水利工程的基础处理探析

林 俊

( 江西省水利水电建设有限公司，南昌330025)

0 引 言

所谓水利工程，是指为调控和利用自然界的地下水及地表水而建设的各种水上工程，起到一种除害兴利的作用。按照服务对象，水利工程可分为农田水利工程、防洪工程、灌溉工程、水利发电工程、城市给排水工程及航运工程等。在水利工程中，地基基础的建设是其十分关键的一环，一是因为其本身在整个工程中所起到的作用，一是因为其较高的建设难度。总而言之，水利工程地基基础建设的水平高低将直接关系到整个水利工程上部构筑物能否安全施工及工程建成后的使用寿命。

由于水利工程所处位置的特殊性，各方面地质情况一般不佳，大多数工程不得不在软弱地基上施工。地基作为整体工程的基础，是施工的重中之重，因此往往需花费大量的人力物力和时间。同时，水利工程的地基常会受到汛期及工作面的限制，干扰大，工期紧。因此，若对水利工程地基处理方法加以研究，找出针对各种情况下合适的方法，确定行之有效的方案，则能在很大程度上减少资源的耗费，大大加快工程的建设速度。

1 水利工程地基概况

随着国民经济的高速发展，不断有新的水利工程项目陆续开工，将来也还会有更多的水利项目需开发建设，而水利工程通常位处地质不良地段，亦即，今后将会有更多水利工程要在不能满足承载要求的地质不良地段进行施工建设。不良地基对水利工程构筑物的影响是多方面的:

1) 由于存在不同倾角的断层带、软弱夹层、破碎带等影响抗滑稳定的结构面，其抗滑能力、稳定性均小于水利工程的设计值，不能满足上部构筑物的设计要求，地基基础容易产生局部甚至整体剪切破坏，造成工程事故;

2) 由于地基岩层或土层本身的承载能力不够，或地基中存在软弱破碎分布带，基础强度分布不均匀，在构筑物自身及外荷载作用下，易致基础沉降超限，或发生过大的不均匀沉降。如若地基中分布有软弱岩石、断层破碎带、膨胀土或湿陷性黄土等，则容易发生上述现象，从而造成建筑物破坏;

3) 基础中存在孔隙率较大的松散砂、强裂隙透水层、卵砾石层、喀斯特渗漏带或其他强透水带，基础的水力坡度超过容许值，则容易导致水库大量漏失，软弱透水层出现管涌等病害，使基础遭到破坏;

4)地基内若分布有无黏性土粉细砂层，在机械振动作用下或者遇到地震时，可能产生液化现象，造成建筑物的失稳破坏。

2 地基基础的常用处理方法

2．1 CFG 桩的应用

CFG 桩，即水泥粉煤灰碎石桩，是一种高粘结强度桩，由水泥、粉煤灰、碎石和砂加水拌合而成。CFG 桩、桩间土体和褥垫层3个部分便构成了CFG 复合地基。CFG 复合地基在工程实际中应用广泛，适用于处理黏土、粉土、人工填土、砂土和淤泥质土等土层。长螺旋钻管内泵压是最常采用的施工工艺，此施工体系由混凝土泵、长螺旋钻机、强制式混凝土搅拌机配混凝土运输车几部分组成。

CFG 桩复合地基由CFG 桩体、褥垫层和桩周土共同承担上部结构传来的荷载。其原理为上部基础传来的荷载由褥垫层通过适当的变形按一定的比例分配给桩体及周围土体，使得二者同时受力，桩通过周围土体侧应力的增加而提高受力性能，同时周围土的承载力也由于桩的挤密作用而显著提高。

通过对CFG 桩复合地基3个部分的作用分别进行分析，CFG 桩的加固作用如下:1) 对地基土有一定的挤密作用。由于振动沉管桩的振动作用和侧向挤压作用，对于散填土、粉土、松散粉细砂，可减小其桩间土的孔隙比，降低含水率，增大土的干密度和内摩擦角，显著改善土的物理和力学性能，提高土的承载力;2) 对桩周围土质的约束作用。土体无侧向约束时，受荷载作用时其侧向变形比侧向有约束时要大，从而使垂直方向应力集中。在CFG 桩复合地基中，由于桩限制了周围土体的侧向变形，使侧向变形减少，同时垂直变形也相应减少;3) 桩的预震效应。在CFG 桩成桩过程中，有一步骤是用振冲器以一定的频率加速激振土体，这不仅提高了填料和地基土的密实度，同时也使土体获得强烈的预震，大大提高了砂土抗液化的能力;4) 置换作用。CFG 桩体在成桩过程中，水泥经过与水和粉煤灰的一系列反应，生成了不溶于水的结晶化合物，这种物质性质稳定，更能显著提高桩体的变形模量及抗剪强度，所以在荷载作下，CFG 桩的压缩性远远小于桩间的土体。所以基础传与复合地基的荷载，将集中由桩体传至桩周和桩端，而桩间土的应力则大大减少，从而提高了地基的承载力;5) 桩体的排水作用。在成桩初期，通过在桩孔内和周边充填过滤性良好的粗颗粒填料，CFG 桩复合地基在地基中就形成了渗透性能良好的人工竖向排水、减压的通道，方便孔隙水的排出，可有效避免振冲产生的超空隙水压力的增高，既有利于水利工程地基的排水，又不至于降低桩体的强度，甚至可使土体强度超出原来的天然承载力。

2． 2 预应力管桩

预应力钢筋混凝土构件可分为先张法和后张法两种，同样的，预应力管桩可分为后张法和先张法预应力管桩两种。管桩的沉桩方法多种多样，目前国内采用的方法有锤击法、静压法、震动法、中掘法及预钻孔法等，在这些方法中，最常采用的是静压法。近几年来，为适应市区施工需要，针对柴油机捶打桩时振动剧烈和噪音污染的问题，我国开发出了大吨位静力压桩机施压工艺，最大压桩力可达5 000 ～6 000 kN。高强度预应力混凝土管桩本身有很多的优势:①单管桩的承载力较高，相对更加经济合理;②适用性强，尤其适用于持力层起伏变化明显的地质条件;③管桩长度不受施工设备限制;④管桩穿透能力强，桩身强度大，耐打。

3 水利工程地基基础密实处理

在工程建设中，地基变形沉陷有着十分严重的破坏作用。而造成这种情况的主要诱因即为地基基础的密实度没达到相关要求而致，以及地基基础没处理好其密实度问题而致。造成后者的原因相当普遍，如防渗处理不当，导致地基渗水严重，在水的长期作用下，地基土体间的毛细力逐渐消失，土体的承载力将大大降低。而下降的程度则与土体的密实度息息相关。亦即，地基的密实度是地基承载力的一个直接影响因素。下面从地基形态方面对水利工程地基基础处理方式进行介绍。

3．1 平面地基基础处理

所谓平面地基基础处理，即将水漫灌于地基基础表面，使得土体达到饱和状态后，土体间毛细力逐渐消失，并在自重作用下缓缓下沉，从而重组土体颗粒的配比。跟泥沙沉淀原理同理，这个过程也需要较长的时间。为防止上层地基粗化，影响其密室度，在沙砾卵石地基中，需在地基表层及时补充相应粒径的沙粒和卵石。待到灌水处理完毕，要对地基基础再次进行夯实，保证地基基础的密实度。

3．2 坡面地基基础处理

与平面地基基础处理相比，坡面地基基础的地貌基础特征不同，因此上述的水漫灌注的方法难以实行。一般情况下，对于坡面地基基础，常通过在坡面一定高程处开挖渗水沟，并将水灌入水沟，以达到使地基基础土体饱和后在自重作用下下沉密实的效果。同时，开挖渗水沟将不可避免的会对坡面基础土体的稳定性产生不利影响，为减少这种不利因素的作用，应该尽量减少渗水沟的断面尺寸。

再者，观察坡面地基基础土体是否达到饱和标准的方法也不同于平面基础，对一般黏粉地基，坡面出现散浸即达到标准，而对沙砾卵石地基，则需坡面不出现流砂才可达到标准。在饱和过程结束后，要对地基进行反复夯实，保证地基的密实度。

4 水利工程地基处理技术的发展

随着我国基础设施建设工程的快速发展，各项技术也处于日新月异，迅速创新完善的过程中，地基基础的处理水平同样得到了快速提高，从施工工艺、设备、材料等方面得到全方位的改进和创新，但随着水利施工要求的提高和施工难度的不断加大，我们仍需不断革新地基基础施工技术。尤其是和国外相比，我国相应的施工技术还存在着很大的发展空间。尤其是对于地质较为复杂的水利工程施工更要重视，不仅要引进国外先进的施工技术，也要不断发展和完善国内传统技术，重视对基础施工的新材料、新设备和新工艺的开发; 着力将新型的防渗墙接头以及TRD 防渗墙技术应用到工程实际中，同时要根据实际情况，充分利用已较为成熟的混凝土灌注桩技术，因地制宜，合理、科学地采用地基基础施工工艺，确保施工的质量，使地基基础以上的建筑物的安全运行得到保障。随着国家对于水利工程重视程度的不断加强，特别是对于大型的水利工程，其体形的宏大、地质条件的特殊性、施工技术的复杂性、施工条件的多元化等，都给地基基础处理技术带来了很大的挑战，但同时这也是地基基础的处理工艺取得迅速突破的一个契机。

5 结 语

随着水利工程建设的日益发展，其建设水平和规模在我国取得了巨大的发展，各种水利工程地基的施工与处理技术也在渐渐的改进并完善。地基基础的处理在水利工程施工中显得尤为重要，特别是在地质条件复杂或者生态脆弱的地区，基础处理就显得更为重要，它不仅能保证水利工程上部构筑物施工的正常开展，而且关系到整个水利工程是否可靠和安全。作为水利工程的研究人员，对于水利工程地基技术的研究要不断地创新，以满足如今越来越复杂的施工条件要求。

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