水利工程常见不良地基基础施工方法与处理策略探究

张兴旺

(甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院，甘肃 张掖 734000)

水利工程施工建设过程中，不良地基基础较为常见，此类地基存在天然地质缺陷，如未能及时处理，则可能影响水利工程的稳定性及安全性，并会导致开裂、滑坡、坍塌等严重质量问题。为此，在水利工程施工过程中需提高对不利地基基础施工的重视程度，并结合实际情况采取有效的施工方法及处理策略，以保证水利工程施工质量符合相关标准要求。

1 水利工程不良地基基础特点及危害性

笔者总结水利工程不良地基基础的特点及危害性如下。淤泥质软土地基下图1所示。

1)不良地基地质条件较差，基础结构中混凝土与岩石、岩石与岩石及其他对抗滑稳定性产生影响的结构面无法满足抗压的相关标准，如在此区域设置建筑物则其极易处于失稳状态，并可产生剪力破坏等不良事件，进而影响水利工程的稳定性及安全性[1]；2)不良地基含有淤泥质软土、断层破碎带、软弱岩石、湿陷性黄土、膨胀土等，整体承载力偏低，不同位置岩土的强度值差别比较大，地基中含有大量碎裂的杂物，在外力的作用下可产生较大的沉降，进而导致地质不均匀沉陷或沉陷量过大，如未能有效处理可导致岩土层变形或破坏。第三，不良地基基础中含有孔隙率较大的卵砾石、松散砾石、强裂隙透水层、喀斯特渗漏带、强透水带、构造破碎带等，此类结构基础渗漏率过大，水利破降超出最大容许值，导致水利工程漏失量过大，扬压力超出限度值，软弱透水层产生渗透变形，且变形面积逐步加大，进而影响基础结构的稳定性。第四，不良地基基础内部含有无粘性的土粉细砂层，在地震、机械振动等外力作用下极易产生液化，进而导致水利工程稳定性降低或损坏。

2 水利工程不良地基基础施工方法与处理策略

2.1 基础软弱带的施工方法与处理策略

水利工程地基基础软弱带主要包括倾角大于30°的中高倾角软弱带、倾角小于30°的缓倾角软弱带，二者对水利工程的影响存在差异，施工人员采用适宜的施工方法及处理策略。

1)中高倾角软弱带施工方法及处理策略。①如水利工程施工区域存在中高倾角软弱带，施工人员需将软弱带挖出，并回填适量混凝土，以形成混凝土塞结构，进而提高地基的稳定性。在开挖软弱带的过程中，施工人员需保证开挖深度为软弱带宽度的1倍-1.5倍，如软弱带整体规模较小，可适当缩减施工范围，保持软弱带宽度与开挖的深度一致即可，也需保证两侧边坡开挖范围的一致性，如施工区域软弱带的面积较大且处于疏松的状态，则需优先利用混凝土梁实施预处理，使上部构筑物产生的应力能够传输至强度较大的岩体中[2]。在处理土坝坝基区域软弱带的过程中，施工人员需优先清除部分软弱带，并回填适量粘土或混凝土，以形成阻水盖板结构，避免流沙侵蚀坝身区域填土；②水利工程上游段库水与软弱带连通的区域施工过程中，施工人员需设置防渗齿墙，也可开挖防渗井，并在井内回填部分混凝土；③在水利工程施工的地区如果存在密集分布的裂隙地带，则需要将松散状态的土质清除，并回填强度较大的混凝土，配合采用防渗装置，以达到最佳处置效果；④如施工区域坝肩存在裂隙，则需要采用传导力的墙体、框架结构等实施锚固处理，完成处理后进行质量检验，并设施混凝土防渗墙。

2)缓倾角软弱带施工方法及处理策略。①施工人员预先完成挖掘施工操作，将不适宜施工的软土清除，对应区域更换为强度更大的混凝土，完成相关操作后检验施工质量，达标后进行固结灌浆处理即可；②施工人员需选择适宜位置设置穿透软弱带的防滑齿墙，以保证地基基础的牢固程度；③施工人员在处理软弱带的过程中可通过高压喷射的方式完成软弱物质的清除，完成操作后灌注或回填适量水泥砂浆。穿过软弱带施工过程中，施工人员需规范完成预应力锚固操作，并穿过软弱带设置抗剪桩[3]。

2.2 可液化土层的施工方法与处理策略

与常规土层不同，可液化土层的主要特点是外力作用于无粘性的土层后，抗剪作用完全消失，孔隙区域水压上升。可液化土层包括轻微、中等、严重三级(如表1)，会导致地基产生滑动位移或沉陷等多种问题，并会影响上部构筑物的稳定性及安全性，为此需采取有效的处置措施。1)施工人员在处置可液化土层的过程中需将其开挖清除，并在对应区域置入防渗性能良好且强度较高的材料；2)施工人员可采用分层振动、振冲挤密等方式处理可液化土层，并在周边区域设置混凝土围墙，以达到封闭可液化土层的效果；3)施工人员需穿透可液化土层设置灰土桩或砂桩，也可设置砂井[4]。

2.3 强透水层施工方法与处理策略

水利工程刚性坝基中如存在砾石层、卵石层、砂石层等强透水层，则可导致较为严重的透水问题，使水利工程水量损失，并可引发机械管涌，使扬压力增大，进而影响水利工程的稳定性。为解决此类问题，施工人员需采取如下的施工方法及处理策略。1)施工人员需利用机械设备或通过人工操作的方法清除透水性过强的地层，如砂石、卵石层等，对应区域灌注一定量的混凝土材料，并建立具有截水作用的墙体[5]；2)在建立防渗墙的过程中，施工人员需利用冲击钻的呢过设备辅助构建直径较大的孔结构，并在孔内填充混凝土，也可填充黏土；3)在灌浆的过程中，为保证质量，可采用机械设备进行高压喷射灌浆，完成操作后通过灌浆试验进行质量检验；4)为改善强透水层处理效果，施工人员采用混凝土或粘土铺盖坝前，使渗径延长。防渗墙、帷幕后方区域采取必要的排水减压措施，并设施反滤层。

2.4 膨胀土施工方法与处理策略

膨胀土中含有亲水矿物质组成的高粘成分，此类物质通常处于硬塑状态，接触水分后体积迅速膨胀，失去水分后迅速收缩，此种变化可影响上方修剪购置物的稳定度，导致沉降或开裂等问题，也可导致地基移动。为解决此类问题，施工人员需采取如下施工方法及处理策略。1)施工人员完成地基开挖后需及时妥善保护，避免冰冻、暴晒等问题，及时清除内部积水，也可在地基中预设保护层，但在操作结束后需第一时间填筑，确保对应区域土层含水量处于适宜的范围；2)为避免地基受损，施工人员可通过设置截水墙的方式阻断水流作用；3)施工人员需在非膨胀土层的桩基设施桩端，以保证膨胀土得到有效的处理[6]。

2.5 淤泥质软土施工方法与处理策略

腐泥、泥炭等类型的土壤中淤泥含量过高，牢固程度及承载能力严重不足，在应力的压缩作用下形态发生比较明显的变化，导致其上方区域的构筑物处于失稳的状态，严重影响建筑的安全性。为解决此类问题，施工人员需采取如下施工方法及处理策略。1)施工人员需开挖清除淤泥质软土，填充适量砂垫层，设置砂井排水，并采用抛石的方式挤出内部淤泥；2)施工人员处理淤泥质软土的过程中需控制加荷速率，诱导其逐步排水固结；3)在处理淤泥质软土的过程中，施工人员可利用桩基，也可适当扩大建筑物基础，预留适当的沉陷量；4)施工人员可在底部区域填充砂砾石，并采用板桩墙封闭处理，配合采用镇压层法，以提高淤泥质软土地基基础处理效果。

2.6 深覆盖层施工方法与处理策略

深覆盖层属于水洗中长期冲刷堆积后形成的土层，此类土层致密性严重不足，透水性过强，在外力作用下可产生变形等较为严重的质量稳定，整体抗应力作用较弱。为解决此类问题，施工人员需采取如下施工方法及处理策略。1)施工人员可采用振碾夯实、强夯、压实土体表层等方式处理深覆盖层；2)施工人员需采用帷幕灌浆、固结灌浆等基础处理地基，并利用高压喷射灌浆施工技术建立防渗墙，也可设施混凝土截水墙；3)施工人员需在水利工程坝前区域采用防渗措施，通过机械设备完成沉桩等施工操作，并增加基础区域的总面积，控制荷载。

2.7 喀斯特地基施工方法与处理策略

喀斯特地基在水利工程中比较常见，其主要特点是结构松散，内部含有大量网状结构或碎裂的结构，通过观察能够发现内部被侵蚀的问题比较严重，透水性过强，承载能力严重不足，无法满足修剪水利工程的基本要求，因此需要妥善处理。此类地基的主要特点为透水且强度不均，如未能有效处理，会导致水利工程产生管涌等问题的。第二种是体积较大的洞穴，坝基区域能够发现溶蚀漏水管道，管道为半填充或填充，可能导致地基岩体不均匀，承载力下降，极易产生不均匀沉降等问题。上述两种喀斯特地基的处理方案存在一定差异，第一种多采用截断渗水、置换、降低扬压力等方式处理，也可能通过扩大基础的方案将压力转移。第二种多采用堵漏及防渗的施工方案，以提高地基的整体强度。

1)强喀斯特溶蚀破碎带施工方法与处理策略。①手工人员需优先清除地基表层区域存在的强烈溶蚀岩体结构，完成操作后进行固结灌浆施工操作；②施工人员需合理设施灌浆帷幕，在水利工程坝前区域铺设粘土或混凝土防渗，铺设防渗的厚度为1m以上，长度为水头的5倍以上；③施工人员需在适宜的位置设施齿墙、截水墙，墙体需穿透表层区域的强喀斯特发育带；④为提高结构的稳定性，施工人员可采用整体刚性基础结构，也可通过扩大基础的方案完成处理。

2)喀斯特洞穴管道施工方法与处理策略。①施工人员优先实施开挖施工，清除洞穴内部填充物后回填适量混凝土，也可采用混凝土盖板结构完成封闭；②施工人员妥善封堵漏水的洞口，也可封堵漏水通道断面狭窄区域。实施上述操作过程中，施工人员需控制地下水气产生的反压力作用，预留排气通路。如采用石块进行施工，则需采用砂石粘土进行封堵，并在操作过程中于粘土下层区域设施反滤层。施工人员在封堵连通暗河漏水口时需要重点关注在雨季暗河水位上升情况，并在盖板上方区域设施逆止阀门；③如地下喀斯特管道集中渗漏区域埋藏深度较浅，施工人员可在对应区域修建截水墙，如下部可见隔水层，则可连接隔水层与截水墙；④施工人员在库周浅水区发现漏水洞口时，需设置混凝土围墙，也可采用土堤隔离漏水区域；⑤施工人员需对漏水通道实施钻孔注浆或水泥灌浆，也可灌注粘土或混凝土，以形成帷幕结构。

2.8 坝基涌泉施工方法与处理策略

涌泉问题是严重困扰水利工程施工的地基质量问题，其形成的原因非常复杂，可能影响大坝的整体结构稳定性，也可能导致后需开展混凝土等施工项目的难度明显升高，使工期延长，工程造价增加。笔者认为，可通过以下方案处理涌泉问题。1)在基岩涌泉的处理过程中，可将混凝土灌注至发生涌泉的部位，并对水流进行引导，使涌泉的水流流动至基坑区域，填充适量砂石料，配合混凝土回填等方案进行全方位的封堵处理；2)为强化涌泉的处理效果，可在对应区域设施阀门，调整涌泉方向至水库内部，进而有效避免水库水量损失等问题。

3 结语

综上分析，水利工程施工过程中，不良地基基础为常见问题，如未能采取有效的处理措施，则可能影响水利工程的稳定性及安全性。不同类型水利工程对地基基础承载力及强度、稳定性的要求不同，不同类型不良地基基础的处理方式也存在较大差异，为此施工人员需加强研究分析，结合实际情况确定适宜的不良地基基础施工方法及处理策略，并在实践中不断总结经验，以实现对不良地基基础的有效处理。