浅谈水利水电基础工程施工中有关不良地基处理

刘国祝

摘 要：在水利水电施工中，由于不良地基抗滑稳定安全系数低于设计规定值，地质条件较差，会导致建筑物失稳破坏等诸多问题，只有经过有效处理，才能进行水利水电基础工程建设。文中就几种处理不良地质的方法展开讨论，特别是对软弱夹层地基的处理方法进行了详细论述。

关键词：水利水电；基础工程施工；不良地基处理

中图分类号： TV 文献标识码： A 文章编号：

有些地基存在天然性能缺陷，称为不良地基，对水利水电工程建筑的稳定性造成很大影响。主要表现在水力坡降或基础渗漏量超过容许值，基础不均匀性或沉陷量过大。

一、强透水层的防渗处理就大坝而言，砾石、刚性坝基砂、卵属于强透水层，通常情况下采取的清除方法都是开挖，由于土坝坝基砂、卵、砾石的透水性比较强，所以，对于水的流失量较大，而且容易造成管涌，扬压力不断增大，给建筑物的稳定性带来影响，对于这种现象都采用防渗处理。其方法包括：（1）通过帷幕后排水减压进行反滤层，铺盖坝前混凝土或者粘土，使渗径延长。（2）对水泥或者粘土进行帷幕灌浆。（3）修筑水泥防渗墙，可采用高压喷射灌浆方法。（4）防渗墙的修筑还可采用回填粘土活混凝土的方法。（5）截水墙的构筑可首先开挖清除掉透水层的砾石、卵、砂然后进行混凝土活粘土回填。

二、可液化土层的处理在静力或振动力的作用下，赋存在少粘性土层或无粘性土层中的孔隙水的压力不断上升，抗剪强度瞬时消失的土层，由于土层的液化会导致地基下沉凹陷、滑动且失去稳定性、对地面的建筑物造成危害。一般的处理方法是：首先挖除可液化土层，将防渗性能好或其他强度较高的材料置入其中。然后采取分层振动或者振冲挤密的方式将其夯实。其次用混凝土封闭四周围墙，以防其向四周流动。最后， 穿过可液化土层设置砂井、灰土桩或砂桩。

三、软弱夹层基础的处理由淤泥、淤泥质土或其他高压缩性土结构组成压缩层的地基称为软土地基，软土地基的承载能力很低，通常≤50kN/m2，这种地基层不符合水利水电工程建筑物对地基的要求，因此需要对软土层进行处理。

1．软土基础的特性

（1）低抗剪强度。当出现外部荷载时，如果软土是处于软塑—流塑的状态，就会大大降低软土的抗剪性。随着逐步增加的有效压力，如果软土层本身包含排水出路，软土层会逐步形成固结。相反的，倘若软土层的排水出路很差的话，一旦增大荷载，也会大大衰减强度。（2）低透水性。因为软土层含水量很高，当渗透系数 k≤1（mm/d）时，就会严重影响到软土层的透水性。因此，当荷载作用过强时，就会增高孔隙水压力，进而严重影响到地基的压密固结性能。

（3）空隙比例大，天然含水量较高。在我国，软土天然孔隙比 e 通常是在 1 和 2 区间，而淤泥和淤泥质土的天然含水量 w 则是在 50%到 70%之间，这样通常会超出液限很大一部分，最高可以超出 200%。

2．处理软弱地基之方法在日程时间中我们主要通过排水固结法来稳固淤泥软粘土地基，具体的施行措施为：

（1）换土法。此种措施的关键点在于对淤土层的换土操作。也就是说，当淤土层地基厚度不能够满足建筑设计要求时，可以换填砂壤土、灰土、粗砂、水泥土及采用沉井基础等措施来稳固地基。

（2）强夯法。此种措施的关键点在于对地基的夯实操作，主要适用于河流冲积层、滨海沉积层，或者由黄土、粉土、泥炭、杂填土等构成的地基，具体的操作方法为，将一定重量的夯锤挂在适宜的高度，让锤做自由落体运动，达到夯实土质的目的。

（3）旋喷法。此种措施在于防止地基渗水，具体操作措施为：当旋喷机的特殊喷嘴进行预先放置于土层的预定结构中，然后缓缓的将喷嘴提升，此时喷嘴内就会产生高压，在高压的作用下，水泥与固化浆液与土体之间的结合将会更为紧密，进而能够达到提高地基强度与密度的作用，从而有效的控制了地基渗水问题。

（4）振动水冲法。此种方法与换土法较为类似，具体的操作措施为：利用振冲器的工作原理在已有的地基上进行打孔操作，而后利用填充砂、碎石对孔进行回填，接下来对地基进行夯实，这样地基的强度就会有所提升。

（5）特殊材料加固法。此种方法中所用到的特殊材料为土工合成材料，其具体的操作措施为，土工合成材料的优点就是能够对破坏面起到组织的作用，故可以利用土工合成材料在地基可能出现破坏的位置上进行平铺以达到提升地基的承载力的目的。

（6）灌浆法。此种方法就是利用建筑材料混合浆液的固化特性，结合气压、液压以及电化学的原理，将混合浆液注入到建筑物得地基介质中，从而达到地基加固的目的。建筑混合浆液一般是由泥砂浆、水泥浆以及各种化学浆材构成。

3．地基基础软弱带按其倾角大小可分为高中倾角软弱带和缓倾角软弱带，其对建筑物的影响是不同的，处理的方法也不一样。

（1）高倾角软弱带处理开挖出宽度为 1~1.5 倍的软弱带，两侧边坡开挖比例为1:1~1:1.5 之间，做成混凝土塞。当软弱带具有较大宽度且较宽松时，可以使用混凝土拱或者混凝土梁，通过这种方法可使两侧完整岩体有效分担上部荷载。对于土坝坝基软弱带，可采用阻水盖板的方法，可清除部分软弱带后回填粘土活混凝土以防止渗流淘刷坝身填士。通过设置防渗齿墙或者开挖防渗井回填混凝土的方法，防止软弱带与库水相通的上游端发生渗流。可采用设置预应力锚固、传力框架或者混凝土传力墙的方法来应对高倾角软弱带位于坝肩特别是拱坝坝肩时的情况。而当破碎岩体自身稳定性没问题时，可采用设置混凝土防渗墙的方法防止重力坝破碎岩体坝肩渗流。此外，设置防渗齿墙或者清除松散体回填混凝土来防治坝基裂隙带密集发育时出现渗流。

（2）缓倾角软弱带处理采用混凝土填补方式清除软弱带的影响。如果遇到软弱带上层岩体不易粉碎破除，或是整体开挖的情况下易造成工作量过大的情况，可选用下面两种工作方式来完成相应的挖除及填补灌浆操作：1）平硐；2）竖井。选用平硐或竖井的工作方式时，因采用高压喷射方式排除软弱物质，所以需穿过软弱带设置防滑齿墙。而在回填或灌注过程中，为加强建筑物的牢固程度，应预先对软弱带所在位置的填充物进行锚固处理。即在穿过软弱带的位置钻孔或挖井，以钢筋混凝土填充，增强和后续填充物的连接，以加强填充物整体应力。

四、淤泥质软土影响的解决方法

淤泥和淤泥质土等统称为淤泥质软土，外观多为软塑状及流塑状。其工程特性表现为天然含水量高于液限，孔隙比大于等于 10、不易渗透，抗剪强度低、承载力差、变形量大等。因其兼具触变、流变、不均匀性等性质，所以容易在高压情况下出现压缩变形、侧向膨胀等情况，这些都会造成建筑物失稳。在水坝坝基建造过程中，针对淤泥质软土的处理常采用下列方法：（1）封闭并固化淤泥质软土，减小压缩变形；（2）预留沉陷量；（3）排水固结；（4）扩大基础面积或采用其他基础形式；（5）抛石挤淤；（6）砂井排水；（7）软基砂垫层置换；（8）开挖清除；（9）镇压层法，提高稳定性，解决失稳，边坡坍塌问题。

五、深覆盖层处理方法

深覆盖层一般具备松散、空隙比大、渗透性强、易受外力影响产生压缩变形和渗漏等特性，如若其中含有软弱夹层，更会影响抗滑稳定性，继而影响工程质量。所以，当地基所在地因为含厚度层较大的砾石层、碎石层、河床冲积层、泥石堆积层、洪积物层或其他冲击堆积层而不方便进行全部开挖清除时，多采用下列方法进行处理：（1）改变受力情况，如采用摩擦桩基。（2）铺盖防渗复合土工膜。（3）筑防渗墙。（4）灌浆法建造防渗帷幕或使破碎岩体形成整体减小水的渗透。（5）夯实土体覆盖层，增强稳定性。

六、坝基涌泉处理方法

坝基涌泉具有很大危害性，往往是由基岩裂隙或其他松散土层中渗出或突然冲入基坑中。坝基涌泉的存在增加了水工建筑物的渗漏条件，会给施工及工程处理带来很多难于解决的问题（如混凝土浇筑困难），更有可能造成流土破坏及坝身不稳，影响安全运行。处理坝基涌泉常用方法如下：

（1）基岩涌泉。对于此种方式的涌泉，多采用填筑法，先设置好防渗体，做好防渗准备，然后填筑由细到粗的碎石及石块。在此过程中可能会遇到涌水量大的情况，可先对其进行引流，待满足填筑条件后再予以处理。

（2）涌泉出口安装单向逆止阀门。工程建设过程中，会因选址的不同而需要对不同的地基基础进行处理，可能面临的选择方法有很多，但需要根据建筑物本身的建筑条件进行详细的分析，以便确定不良因素对建筑物的影响程度究竟有多大，依此作为依据，在选用处理方法时，综合考虑工程条件，以方便，可靠，经济合理性为先决条件，优选适用于工程本身的处理方法，满足施工进度要求。

七．结语

在水利水电工程施工中应认真处理不良地基问题，严格管理，精细施工，保证水利水电工程的质量。

参考文献：

[1] 周进春，李刚．刍议重力坝地基处理[J]．黑龙江水利科技，2009，（01）

[2] 丁友斌，刘军号．用防渗墙对土石坝进行加固的质量控制

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。