水利水电施工中对不良地基的处理方案

吕兴坤 雷恒

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2104-5640-1696

摘  要：水利水电工程是重要的公共工程，在我国的电力系统中享有重要的位置。在水利水电工程施工中，最常遇到的问题是不良地基问题，因此对不良地基的处理方案尤为重要，将直接影响水利水电工程建设的质量。本文简要分析不良地基的类型，并对不良地基对水利水电施工的影响进行介绍，然后就不良地基的处理方案进行简单的探讨，最后以大坝不良地基灌浆处理方法为例进行深入分析。

关键词：水利水电施工  不良地基  处理方案  管桩加固法  灌浆结构加固

中图分类号：TV551.4                       文献标识码：A文章编号：1674-098X（2021）05（a）-0011-03

Treatment Scheme of Bad Foundation in Water Conservancy and Hydropower Construction

LV Xingkun1  LEI Heng2

（1.Construction Research Institute of Sinohydro Bureau 12 Co.， Ltd.， Hangzhou， Zhejiang Provinve， 311600 China; 2.Beijing National Highway Design and Research Institute Co.， Ltd.， Beijing， 100073  China）

Abstract： Water conservancy and hydropower project is an important public project， which occupies an important position in China's power system. Therefore， the most important problem in water conservancy construction is the bad foundation treatment. This paper simply analyzes the types of bad foundation， and introduces the influence of bad foundation on water conservancy and hydropower construction， then simply discusses the treatment scheme of bad foundation， and finally takes the grouting treatment method of bad foundation of dam as an example for in-depth analysis.

Key Words： Water conservancy and hydropower construction; Bad foundation; Treatment scheme; Pipe pile reinforcement method; Grouting structure reinforcement

由于水利水電工程的特殊性，无论是在建设过程中，还是在运营过程中，都可能出现因不良地基问题导致的水利水电工程质量问题，如果不及时进行处理，可能会引发难以挽回的后果。因此，在水利水电施工中，对不良地基的处理方案尤为重要。

1  水利水电施工中常见的不良地基类型

1.1 软粘土

软粘土多分布于河流中下游、沿海以及湖泊等区域，主要包含淤泥质土以及淤泥两种类型，其含水量相对较多，数值多高于40%，甚至淤泥类软粘土的含水量可达80%。软粘土具有1.0～2.0数值范围的孔隙比，随着孔隙比的增加，淤泥质土可以发展成淤泥。相对而言，软粘土具有较低的强度，难以承载超出70kPa的载荷，部分软粘土甚至难以承受超出20kPa的载荷[1]。在压缩性方面，软粘土具有0.5～45Mpa-1的压缩系数，压缩指数最高可达0.75。在渗透性方面，软粘土具有10-5～10-8cm/s的渗透系数，这也导致工程建设单位在面对软粘土地基时会出现土层固结缓慢，难以快速沉降，影响地基强度的快速增长。在外界载荷的作用下，软粘土地基更容易出现不均匀的变形，导致地基处理难度增加。

1.2 粉砂土

粉砂土和淤泥表现出相反的状态。粉砂土可以承受压力，压力越大，强度越好。这是因为粉砂土几乎不含水分，所以土壤呈粒状，并且土壤颗粒之间存在较大的空隙。如果处于高压下，土壤颗粒将相互挤压并排除土壤颗粒之间的空气。当间隙减小时，粉砂土会变硬。但是，粉砂土同样具有严重的缺陷，即不能承受地震和爆炸[2]。尽管土壤颗粒之间的间隙变小，但粉砂土本身的粘性较小或不粘。在地震期间，粉砂土颗粒会滚落并造成松散结构，会导致水利水电工程变形和倒塌。粉砂土的另一个缺点是难以承受地下水的压力。与软粘土不同，粉砂土的空隙中没有水。这时地面水会渗入这些缝隙，致使粉砂土的状态发生改变，这很容易导致水利水电工程的倒塌。

2  不良地基对水利水电设施建设的影响

2.1 不良地基的抗滑稳定性的安全系数不足

造成这种情况的因素包括不良地基的抗压强度低，或者正好位于相对不稳定的节理破坏区域、断裂区域、溶解区域、断层区域等，地质结构强度不足，且已受到一定程度的破坏，无法满足水利水电工程的抗滑稳定性要求[3]。

2.2 不良地基的水力坡降或渗漏量比过高

造成这种情况的关键因素是不良地基松散的基底砂孔隙度较高，或者存在诸如岩溶渗漏区、卵石层等具有较强裂缝渗透率的强渗透区。此外，不良地基的沉降不均匀或太大，容易导致上部水利水电工程变形和倒塌，不良地基中还可能包含细砂的非粘性粉砂层，在发生地震时易于液化且不能保证水利水电工程的稳定性，导致水利水电工程损坏。

3  不良地基的处理技术

3.1 管桩加固法

预应力管桩是由专业制造商使用预应力技术和离心成型技术然后进行蒸汽养护制成的空心圆柱形预制混凝土桩。整个生产过程由计算机控制，从而减少了人为因素的影响，并且桩身的质量保持可靠。管桩的混凝土强度高，达到C60～C80。预应力管桩成型质量好，孔内土壤对周围桩体影响不大，桩体强度高，穿透力大，承载力低，成本低，施工进度快，工作效率高，施工时间短，被广泛应用于较深软土地上。高强度预应力混凝土管桩为挤土桩，施工速度较高，在施工区引起了土体压缩的作用[4]。管桩本身具有较高的抗压强度，但具有较低的抗弯强度。不同土层之间的水平力很容易导致桩体破裂。因此，在软土地区的管桩施工对开挖有很大影响。开挖的部署和工程措施应符合“避免过大的应力释放，避免对土木工程造成过大的应力，合理控制土壤位移和应力释放”的原则。

3.2 换填技术

换填技术主要是通过大量的沙子和砾石替换原有的软土地基，并且具有良好的透水性。软土换填技术基本上是将基层中的土壤完全开挖，然后再使用砂石填料，可以有效提高软土的强度。在开挖软土地基时，可以使用一些开挖设备进行开挖。地基承受的主要力是剪切力，软土的最大缺点是抗剪强度不高，而砾石等材料则具有良好的抗剪强度。更换后，将获得良好的基础抗剪力。道路施工中的地基沉降是不可避免的问题，无论使用何种材料，都会出现这样的问题，因此，只能采取适当的措施加以解决[5]。

3.3 土木合成材料加固技术

在使用土木合成材料加固技术时需要与软土地基的实际情况结合起来应用，针对软土地基的实际情况选择合适的土木工程合成材料，以满足软土地基加固的实际需求。合成材料加固包括通过在加固桩上添加减震层来加固软土地基，以在桩之间均匀分配填充载荷。土木合成材料被填充在土工布与砾石垫层之间，可以有效地改善软土地基的内部结构，在受到外部压力时，不会变形，从而有效地防止沉降问题发生。

3.4 紧密加固法

3.4.1 排水挤密加固法

主排水挤密加固法要适用于周围高含水量的沼泽、河流、湖泊和海洋等软土地基，本质上是通过施加压力的方式将软土地基中的水分大量挤出，从而增加其密实度与承载能力，是一种新型的加固技术，具有效果好、结构简单的特点，在现代工程建设中得到越来越广泛的应用。

3.4.2 强夯法

强夯法通常使用8～30t的重锤进行动力压实，以提供地基加固，增加地基强度，降低压缩特性等。防止砂土液化的状态，从而可以增加地基的承载力。强夯法适用于饱和粘土的应用，并扩展了替代动力固结的传统方法。使用外力将高强度材料压入地基，在建筑地基中形成与原始地基相匹配的碎石支撑，从而显著提高了地基的承载力。

3.4.3 高压喷射注浆法

高压喷射注浆法与强夯法有一些相似之处。高压喷射注浆法可将水泥，粉煤灰和其他具有良好强度并且固结性较好的材料注入软土地基的深层，以提高整个地基的强度。其中，高压射流割断、打碎土壤、搅拌压实，导致浆液和土壤颗粒被迫混合和固化。高压喷射注浆法适用于含水量高的软土地基。

4  水利水电施工中对不良地基的处理方案

4.1 坝基涌泉处理

坝基涌泉可能来自基岩裂缝，松散的土层或岩溶管道。大坝底部有涌泉时，会导致土坝管地基土被管涌带出，并导致塔身不稳定，甚至造成渗水通道，因此需要进行及时处理。通常使用以下方法进行处理：对于基岩涌泉，如果可以将其阻塞，则使用混凝土将其阻塞。如果水量很大，请将引入集水坑，并使用砾石施工回填。

4.2 深覆盖层处理

当地基是砂、卵石、砾石、残坡层时，由于冲积层的厚度较大，因此堆积量很大，很难挖出并彻底清除。此类地基是疏松的，具有高孔隙率、高渗透率，并且容易形成压缩变形和渗漏。常用的处理方案是灌浆固结或者帷幕灌浆、设置混凝土防渗墙或高压喷砂浆建造防渗墙、使用沉重桩或摩擦桩扩大基础[6]。

4.3 高渗透层防渗处理

以水利工程大坝为例进行分析，在施工过程中，大坝主体结构的基层主要由砂、砾石和卵石组成，是高渗透性的层，通常在施工过程中需要及时挖掘。在土坝基础施工中，砂、砾石和卵石对基层的相对强烈冲击通常会导致严重的水流失，并且很容易形成强烈的管涌，从而不断增加水利水电工程的扬压力，既影响水利水电工程的可持续性，也影响正常使用的防渗技术。

4.4 地基软弱带处理

倾角较大的软弱带处理中，必须挖出地基软弱带并用混凝土填充，深度应为地基软弱带宽度的1～1.5倍，两翼的槽口应在1∶1和1∶0.5之间。如果地基软弱带的宽度较宽或质地较疏松，则应使用混凝土拱或混凝土梁将较高的承载力分配给两翼上的整个岩体。对于土坝地基软弱带，有必要先开挖一些软弱带，然后用混凝土回填，以免渗流冲刷大坝主体。在上游位置，当水库连接到地基软弱带时，应挖开防渗并用混凝土回填，或用防渗齿墙以防止渗水。如果坝基肩部存在倾角较大的地基软弱带，则可以通过安装传力框架，传力混凝土墙和预应力锚固来解决。

5  混凝土大坝不良地基灌浆处理分析

5.1 选择高性能灌浆材料

当使用灌浆的方式处理不良地基时，选择灌浆材料时应考虑以下几个方面。首先，要明确不良地基的处理目的，即对大坝基础进行防渗补强和堵漏，高性能灌浆材料指的是浆液固化后可以具有较高的强度，可以有效地保持混凝土結构的材料。使其防渗堵漏的要求是混凝土具有很强的抗渗性，并且对浆液强度的要求并不高。但是，灌浆材料必须具有较高的浇注速率，因此必须选择满足标准的灌浆。最后，灌浆材料的耐用性也非常重要，选择的灌浆材料应具有较好的耐用性，并且不会因外部腐蚀而改变。

5.2 灌浆前科学处理不良地基

除了施工现场的地质原因外，还有许多其他影响因素会导致不良地基出现。因此，不同的情况需要不同的处理，主要有两种处理方式。（1）解决基本问题（例如小裂缝）的表面处理方法，可以使用一些钢丝刷工具进行处理，软化并清除表面上的污垢，然后使用一些清洁工具进行清洁，比如有机溶液。清洁后，确保裂缝表面干燥。（2）凿槽法，主要用于对较大的裂缝进行处理，先使用工具把裂缝完成V型槽。凹槽的宽度和深度由裂缝的大小决定，达到标准之后，向两侧加快，然后进行填充。

5.3 灌浆结构加固

导致混凝土大坝开裂的主要原因是沉降不均匀，尺寸控制也主要受到外部影响。在混凝土大坝运行期间，大坝也会变形。因此，面对这些问题，仅依靠灌浆是远远不够的，还需要处理表面层。这两种方法的结合可以更彻底地消除裂缝，使灌浆结构得到有效加固，但解决该问题的根本措施还是选择高质量的灌浆材料。

6  结语

在水利水电工程建设中，对不良地基的处理尤为重要，这直接影响到工程质量。对于不良地基，有必要调查其性质和程度，找出构成不良问题的因素，然后确定对水利水电工程的影响程度，并根据具体情况选择最科学、最经济、最有效和最简单的处理方案。

参考文献

[1] 谢辉.山区不良地基处理——某所生产厂房工程地基处理分析研究[D].绵阳：西南科技大学，2020.

[2] 张寒波.不良地基土改造技术及人工挖孔桩在工民建施工的应用[J].低碳世界，2019，9（12）：134-135.

[3] 彭浩.浅析道路桥梁工程施工中的软土地基施工技术应用[J].科技资讯，2019，17（28）：30-31.

[4] 王俊淞.注浆结合钢管桩在岩溶地区不良地基处理中的应用[J].土工基础，2019，33（3）：246-249.

[5] 张国来，马银阁，孙世国，等.土工合成材料加筋垫层法在复垦地基中的应用[J].矿业研究与开发，2019，39（5）：119-121.

[6] 张建智，赵海军.多道瞬态瑞雷面波法在乌海某小区不良地基岩土结构勘察中的应用研究[J].地质调查与研究，2019，42（1）：57-63.