泛议水工建筑物的基础处理

张治浩

(新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院，乌鲁木齐830002)

0 引言

近些年来，国家对水利工程建设给予了高度重视，2011年中央一号文件更是强调要加强水利水电的建设。从水工建筑发展的历史来看世界各国发展迅速，规模也越来越大。我国的建设规模变化也是如此，据资料显示土石坝的高度已从100 m提高到近200 m，混凝土坝的高度则将达到250 m左右;电站装机容量将达到300万～400万kW甚至1 000万kW以上;各种类型的抽水蓄能电站已开始兴建;在西部许多大规模的引水、供水、灌溉等工程都在相继兴建。随着施工技术不断提高及各种类型先进设备的应用，水工建筑物不断的向高拱坝、高土石坝、碾压混凝土坝、深埋隧洞及大型水工建筑物等方向进展。基础工程处理的成败直接关系到整个水工建筑物的安危与经济效益。

1 基础处理的特点

水利工程建筑的地点地质情况都很复杂，岩基通常由于地壳岩层形成过程中在构造应力作用下，产生位移与变形，形成褶皱构造与断裂构造，导致岩体构造复杂化。给水利工程的基础处理也带了更多的技术性施工。根据多年来施工过程中所积累的经验，施工中的特点主要有以下4个方面:

1)施工位置的特殊性，水利工程一般设计在偏僻的非平坦地带，但不管建筑的地点是硬基还是软基，施工部位都的位于地下，及不方便。

2)施工地点环境都比较恶劣，一般都需要凝固材料，所以基础的处理必须保持连续作业，若施工停顿、外在因素比如环境因素等的介入都将造成重大事故，且一旦发生不易修复，只能返工，尤其是西部高原地区及北方的黄土高原。

3)因为工程的复杂性，基础处理施工通常伴有基础开挖和混凝土浇筑等项目的交替进行中，或是多点开工的方式以便能最大限度地缩短工程工期，如果技术处理不当将埋下极大的隐患。

4)地质勘测的艰难性，水工建筑的选址多在森林、峡谷、高原地带，地质的复杂使得设计的合理性经常受挫，许多情况被迫返工或是中途更改设计方案，给施工和质量保证带来严重的困难。

2 基础处理的设计原则

地基处理工程的设计和施工质量直接关系到水工建筑的安全使用性能，如果处理设计不当，可以引发工程事故，甚至是灾难性的。因此，对地基处理的设计要严格按照国家和部门规范进行，以确保能够顺利施工，保证工程质量。水工基础工程的处理有两种:①不改变地基的工程性质。②对地表地下结构同时处理，即通过某些如灌浆、排水或增设桩基等方式对地表以下的地质特征进行改造。在设计中应注意下列要求:

2.1 岩基地质结构设计要求

若筑坝地址地质结构为岩基，由岩土力学可知基础的稳定性主要取决于地下岩体结构的抗剪强度、变形能力及渗透稳定性。建筑物的形体结构不同、采用的材料不同对基础施加的力是不同的，对基础的设计处理要求也是不同的。如果是采用的混凝土结构，各种载荷将都会作用于地基上，则对基础必须进行加固设计，设计要满足以下4个方面:

1)岩体要尽量保持均一，局部与整体的抗压强度与变形模量无显著差异，并具有足够的强度，以满足坝基抗滑稳定性要求。

2)岩体结构要具有足够的整体性和均匀性，以便有足够的抗剪强度。

3)要具备足够的耐久性和抵御意外风险的能力，在使用寿命内，防止岩体性质在水的长期综合作用下发生恶化，使强度降低。

4)满足渗透稳定要求，按相关手册要求大型筑坝在防渗帷幕内的设计要求单位吸水量应＜0.01 L/(min·m·m)。帷幕下游要设相应的排水幕，以降低扬压力，断层破碎带与软弱夹层等渗漏通道更不能产生机械管涌或化学管涌。

2.2 软弱岩体地质结构设计要求

有软弱夹层的岩体，它的抗剪强度则取决于内部夹层的特性。抗滑稳定除了要研究沿坝体与岩体接触面的情况以外，还要研究软弱结构面产生的深层或浅层滑动问题，包括可能出现的滑动面的形式，采用什么样的抗滑稳定计算的方法，计算参数如何进行选择，安全系数如何来确定及采用什么样的模型试验等。对于每个大坝来讲坝基荷载一旦超过地基的承载能力，将会导致坝基岩体压缩面发生超过允许的沉降，从而出现不均匀沉降或局部岩体由于应力集中而破裂。这对各种坝都是危险的，故在研究变形时，应在大坝和岩基的联合作用下，研究坝基变形对坝体应力的影响，不均匀沉降引起坝体应力集中，水平位移对防渗帷幕的作用等。而软弱夹层、强风化层和断层破碎带又是导致坝基产生变形的主要因素，因此也是主要研究对象。

2.3 软地基设计要求

软地基的地质结构一般是由淤泥、粉细砂、壤土、砂砾石等松软物质构成。具有含水量大，空隙大;易压缩，整体固结不均;承载能力不高，抗剪能力低;透水性差、黏聚力强，能够起到有效防滑;吸水后陷性高等特点，属于很容易变形的材质。若不受破坏可以有较好的结构强度和承载能力，一旦破坏整个地质结构强度便遭到破坏，极容易坍塌。软基础的特征决定了它的沉降难以把握，所以设计必须要有对地基的载荷和排水及回填材料的处理。要考虑成型建筑体与基础共同作用产生的载荷和应力的对地基的影响。设计过程中，要根据土质情况，能用天然地基的要采相应取措施首先使用天然地基。条件不允许的再进行人造基础，且必须对地基进行化学或是物理技术处理，在建筑物的布置上要力求与主轴对称，结构尽量保持均匀，增强结构之间的联系;如果建筑方案要求活动载荷占施加基础上的总载荷的比例较大，要考虑活动载荷如何分批进行加载。

3 水利工程地基处理技术发展

随着科技的进步，国内外在水利工程地基的处理技术上都得到了快速的发展。我国通过建国以来对大型水利工程的基础处理如乌江渡、葛洲坝、三峡等，已经积累了很多经验，技术处理水平不断的提高。

近几年随着国家对水利事业的大量投入，基础处理技术从设计、材料、工艺、设备、施工技术等各个环节都有了很大的提高，但是随着施工环境、条件、环保和社会效益等方面的要求的提高，我国的水利工程建设仍然存在很多点上的不足，与世界先进技术相比，我国的水利建筑基础施工处理更有较大的空间需要提升。我们必须不断的发挥自己的才能，革新技术，对一些大型工程项目处理，要充分吸收国外的先进技术，既要把先进TRD防渗技术和新型的防渗墙融合起来，又要发挥混凝土灌注桩传统技术的优势，努力开发出适合我们自己的新材料、新设备、新工艺。

摆在水利工作面前的将是对大型水利工程、宏大水利建设、特殊的地质与环境、多元化施工条件下的基础处理的新的挑战。

［1］ 贺建涛，马军平，等.地基处理［M］.北京:机械工业出版社，2008.

［2］ 张丹.浅析常用基础处理方法及设计［J］.湖南水利水电，2011(2):28－29.

［3］ 邓植祥.浅谈水利工程的基础处理［J］.科技风，2010(8):133－144.