水利工程不良地基施工加固技术探讨

山东天成水利建设有限公司，山东 潍坊 261325

1 水利工程中不良地基的危害

1.1 导致土坡失稳

在水利工程建设中，若发生土坡失稳，会严重影响水利工程的质量及安全，而不良地基的均匀性及稳定性比较差，极易引起土坡失稳现象，即在土坡平衡性比较差的情况下，会因外力冲击土坡内部结构而发生改变，进而会使土坡某一部分顺着一定方向发生下移或偏移，最终破坏土坡稳定性及整体性而引起土坡失稳。

1.2 降低地基承载力

具有良好承载力的地基是保障水利工程高效优质建设的关键。地基承载力是指地基所能承受上部建筑物荷载且内部结构不被破坏的能力。不良地基条件下，地基的承载力会明显降低，这是因为不良地基土层会破坏地基内部的平衡性，削弱地基承载上部建筑物压力的能力，进而易发生地基坍塌。若在上述情况下继续进行水利工程施工，则会引起水利建筑的倾斜及坍塌，甚至发生更大的安全事故。

1.3 引起地基沉降

地基沉降是水利不良地基的常见危害之一。现实中引起地基沉降的因素有很多，而地基土不达标是引起地基沉降最主要的因素。地基沉降是指由于受地基土影响而内部结构稳定性不足，进而难以承载上部建筑荷载而发生的沉降。地基沉降会极大地增加水利工程施工风险，甚至会危及水利建筑安全及施工人员生命。

2 工程概况

某水利枢纽项目附属建筑为5级，护岸挡墙选用的是扶壁式钢筋混凝土结构，墙平均高度为11.6m。经对该项目护岸挡墙地基土进行勘测得知，自下往上的地质特征如下：①淤泥及淤质土；②粉细砂层；③黏土、沙壤土；④人工填土。

3 加固方案的选择

水利工程中针对不良地基进行处理，常用的方法主要有灌注桩技术、强夯法、水泥搅拌桩技术、振冲碎石桩技术等。因为水泥搅拌桩技术在淤泥土、黏性土、粉土及素填土等地基条件下应用，具有施工操作简便、效率高、周期短、噪声低、无基土排污、环保性好及成本低等优势，所以结合该项目地质特点，决定选用水泥搅拌桩技术对地基进行处理。

4 水泥搅拌桩技术要点

4.1 水泥搅拌桩的施工要点

（1）施工准备。为保障水泥搅拌桩技术的应用取得预期的效果，必须在正式开始水泥搅拌桩施工前做好所有的准备工作，切实为增强整个水利工程的稳定性及耐久性奠定基础。第一，针对该项目现场施工条件做全面详细的调查及分析，制订合理的水泥搅拌桩施工方案及组织计划，以便把控施工进度。第二，针对施工人员做好相应的技术及安全交底，使其掌握各施工标准及技术要求，严格按照持证上岗的原则选用施工人员，保证参加水泥搅拌桩施工的人员都具有丰富的经验及较高的技术水平，确保各环节的施工质量。第三，建立完善的原材料管控体系，由专业采购人员进行原材料采购，并加强对各类原材料的质量控制，对原材料的生产日期及合格证书等资料进行严格全面的审核，保障采购回来的原材料都能达到施工要求，避免因材料质量不达标而影响整个工程的质量。

（2）放样测量。放样测量过程中，先利用全站仪精准测量出边桩控制桩及深搅桩的轴线，待验收都达标后，再制作控制桩，确定桩位，并利用竹筷将桩位标出来，再将桩机就位。同时，将临时水准点布设到施工沿线外围约50m位置，以此为标准来对桩顶标高加以控制。

（3）桩基定位。先前后左右移动桩机，使钻头与桩位垂直对准，再借助水平尺将桩机调平。在不平坦的地面施工时，要严格控制桩机的水平度，并应在桩机两侧分别挂上铅锤球，以有效控制桩机的垂直度。

（4）制作水泥浆。利用桩机正式开孔施工前，必须先结合设计要求进行水泥浆配比及拌制，并将拌好的水泥浆倒入集料斗内，以便压浆作业。该项目水泥用量是83kg/m，按水灰比1∶1进行拌制，每组水泥搅拌桩的水泥总用量为3991kg。

（5）拌和下沉喷浆。检查定位好的桩基达到标准要求之后，利用钢丝绳将搅拌机挂到起重机上，接着利用浆胶管将搅拌机及砂浆泵分别连接好。开启搅拌机冷却水循环系统，待运转正常之后，开启搅拌机，并放开起重机的钢丝绳，使搅拌机可依靠自重顺着导向架慢慢下沉至标准深度，停止下沉。下沉过程中应用电流监测表控制下沉速度，一般情况下应控制工作电流最高不能超过70A，下沉速度应控制在1～1.4m/min。若下沉速度较慢，可在输浆系统补充清水以促进钻进，且要提前利用钢尺测量好钻具的总长度，并利用红漆标记出孔深位置，以便随时检查钻进深度。

（6）搅拌喷浆及提升。当钻到设计要求深度之后，及时检查钻进情况是否达标，达标后及时开启灰泵，将搅拌机内的水泥浆液按边搅拌边喷浆的方式压进桩基底部，待搅拌机被提出地表后，将传动系统转动速度调成二挡反转。当灰浆量达到设计灰浆量的2/3时，边提升搅拌机边旋转，并继续喷浆。这个过程中要结合设计要求将搅拌机提升速度严格控制在0.31～0.49m/min，控制首次喷浆量为设计标准值的71%。

（7）复搅下沉的方法。待搅拌机提升至设计标高后，停止提升，将传动系统调为二挡正转，并关闭喷浆系统，自停灰面往下缓慢复搅，直至设计深度后停止。

（8）对拌机进行重复提升。完成复搅作业之后，再将传动系统调为反转，并打开灰浆泵，边搅拌边喷浆，直至搅拌机提升离开地面之后，即完成一组水泥搅拌桩施工。

（9）系统清洗。在集料斗内添加适量的清水，开启灰浆泵，清洗干净管路内剩余的水泥浆，同时也要将搅拌桩顶部的杂质清洗干净。

（10）重复上述内容直到完成所有的水泥搅拌桩施工。

4.2 水泥搅拌桩施工中的问题处理

此次水泥搅拌桩施工期间，发生了较为严重的桩头下沉问题，下沉深度约为1.3～2m。这主要是由于粉细砂层含水量大，再加上基坑低于地下水水位，深井降水过程中引起了粉细砂层流动，导致水泥浆及细砂随着水流了出来，进而造成桩头下沉问题。经过分析研究，决定利用砂料按1m厚标准进行回填，并暂停基坑降水施工，开始拌和施工，基于水泥搅拌桩原有长度又增长了1m，采取分区填筑方式开展施工后，再开展水泥搅拌桩施工，最终桩头下沉问题得到了有效解决。

5 水泥搅拌桩成桩质量检查

5.1 单桩复合地基及单桩负荷的检测

（1）单桩复合地基的检测。单桩复合地基检测试验以慢速维持法进行，并利用手动油泵逐级增加负荷，依据2倍设计负荷开展试验，分为四级卸载试验及八级加载试验，卸载量是分级荷载值的2倍。堆载平台采取工字钢塔及钢梁搭建，承压板选用的有0.82m2、1.10m2、1.68m23个规格，反力装置选用的是堆积沙袋方式。

（2）单桩荷载试验的检测。单桩荷载试验选择慢速维持荷载法进行，并采取手动油泵逐级增加荷载。每一级增加荷载量是56kN，首次加载量是分级荷载的2倍，第二次增加荷载至设计要求荷载值，堆载平台采取钢梁及工字钢塔搭建，反力装置采取沙袋堆积方式。

（3）试验的结果。单桩的竖向抗压极限承载能力及地基承载能力都达到了设计要求。

5.2 使用轻型动力触探进行检测

轻型动力触探装置的主要组成部分包括穿心锤、触探杆及锥头等。实际检测开始后，首先将锥头放至于1/4桩径位置，接着利用穿心锤敲打触探杆，将触探杆打进水泥搅拌桩内，每打进100mm就记录一次锤击次数，等锤击次数超过50次后停止试验。锤击次数小于10次的则为不合格。此次检测的所有水泥搅拌桩的锤击次数都达到15次以上，水泥搅拌桩的强度达到了标准要求。并且，进行了钻芯取样，可知此次水泥搅拌桩施工的喷浆均匀且无夹泥现象。

6 水泥搅拌桩技术的经济性分析

该水利项目建设中，根据实际地基情况及地质特点，决定选择水泥搅拌桩技术进行地基处理，并经实验室内配比试验，有效优化了水泥的渗入量及水泥搅拌桩的水灰比，得出了最合适的水泥渗入量及水灰比。同时，在确保水泥搅拌桩施工质量的基础上，也进行了合理的技术改进，不仅加快了水泥搅拌桩的施工效率，缩短施工工期1.5个月，而且节约水泥用量约400t，最终有效增强了地基的承载力及强度，推动整个水利项目顺利保质保量完工。

7 结束语

综上所述，在水利工程建设中遇到不良地基时，一定要充分全面地调查清楚现场地质情况，并综合分析项目施工现场实际情况及地质特点，选择合适的加固处理技术，并严格控制加固施工过程中各环节的质量，保证不良地基加固施工取得理想的效果，最大程度上降低不良地基对水利工程项目的危害及不利影响，在推动水利工程项目安全、高效、优质完工的同时，也使整个工程实现最大化的效益目标。