水利水電基礎工程施工如何處理不良地基問題關鍵分析

柳炎杰

（中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007）

1 不良地基對水利水電工程造成的危害

1.1 抗滑性無法達標

不良地基構成結構差。在不良地基中，常常存在巖體破碎帶、軟弱土層、節理裂隙帶、卵石層、古風化殼。這些構成結構導致地基抗壓強度差，無法承載混凝土重力壩的巨大重量（混凝土重力壩的重量，往往超過1 500 萬噸，甚至達到2 743 萬噸）。地基受到混凝土重力壩巨大重量擠壓時，土體形狀會發生變形，抗滑性也不能達標，這就會降低地基抗壓穩定安全系數，可能導致水利水電工程坍塌。

1.2 地基基礎沉陷量不均衡

不良地基往往結構復雜，每個部位的結構組成各不相同，甚至不同深度的結構組成也不完全一致，這就會造成不良地基不同位置的承載力不相同，有的地方承載力較強，有的地方承載力較弱。當混凝土重力壩落成后，由于地基受力不均衡，便會導致地基基礎沉陷量不均衡，最后的結果是地基塌陷、凹凸不均，水利水電工程外觀發生變形，甚至出現安全問題。

1.3 滲水量超出允許范圍

不良地基的另一大特點是它的滲透性過高，滲水量往往超出允許值。在江河巨大流量日夜沖刷下，砂礫石孔隙可能出現滲漏，溶洞溶槽出現滲流通道，水流還可以透過巖石節理的裂隙進行滲流，最后，會造成水利水電工程滲漏，危害水壩安全（據統計，全國超過4萬座水壩、水庫存在著滲水問題，其中很大一部分是由于不良地基造成的）。

1.4 地基存在著液化性的危險

不良地基的土砂層缺乏黏性（有些不良地基的土砂層已經喪失黏性），當地基受到較大的振動力時（如水庫地震），地基強度可能瞬間降低，最后地基被液化，出現大面積沉陷。而屹立在地基上的水利水電工程也會發生失穩滑動，或發生重大變形破壞。

2 處理不良地基問題的關鍵施工方法

2.1 處理軟弱層的施工方法

軟弱層大多形成于第四紀晚期，含水量較高（往往超過40%），承載力基本值很低，壓縮系數很大。軟弱層一般由軟黏土構成，而軟黏土的強度極低（有時只有20 KPa）。根據過去水利水電工程施工的實踐經驗，發現施工現場軟弱層的傾斜角度不同，可以將軟弱層劃分為高中傾角軟弱帶與緩傾角軟弱帶。

2.1.1 處理高中傾角軟弱帶

一般先把軟弱帶挖開，然后填充混凝土，在軟弱土層中形成混凝土塞。若壩基屬于高中傾角軟弱帶，可先挖掘、清除一部分軟弱土，再向軟弱帶中填入混凝土（也可填入黏土），構成阻水隔板。若水利水電工程壩肩正位于高傾角軟弱帶上方，需設置混凝土傳力墻、混凝土傳力框架進行預應力錨固。若水利水電工程壩肩屬于破碎巖體，需先檢查破碎巖體的自身穩定性，檢查合格后再于破碎巖體中設置混凝土防滲墻。先在地基中造孔，然后向孔內灌注混凝土，形成地下墻體，起到防滲效果。

2.1.2 處理緩傾角軟弱帶

挖開軟弱帶后，對軟弱帶進行高壓噴射，沖走其中所有的軟黏土，然后填充混凝土砂漿。若軟弱帶的上盤巖體完整堅強，而全部開挖的工程量又太大，可在軟弱帶中開挖平硐或豎井，清除掉軟弱帶的一部分，再填充混凝土。還可以穿過軟弱帶設攔剪樁，或沿軟弱帶邊緣設置抗剪鍵。

2.2 處理淤泥土的施工方法

淤泥土屬于黏性土，它們在靜水或流速緩慢的流水中經過沉積、生物化學作用形成。淤泥土含水量可能超過80%，孔隙比等于或超過1.5，有機質含量高，強度低、壓縮性高、流動性強、滲透性低、靈敏度高。當淤泥土受到混凝土重力壩數千萬噸的壓力時，會發生變形、沉陷。

處理淤泥土，可將淤泥土全部挖掉，換上粗糙碎石，人工形成礫層。但這種施工方法成本高，施工周期長，要消耗大量人力、物力、財力。另一種施工方法是強行換土：在地基底部填充大量片石，再用壓路機進行碾壓，把淤泥土擠壓出去。這種施工方法工序簡單，操作方便，成本較低，便于控制質量，可以有效縮短工期，節約人力、物力、財力。

2.3 處理膨脹土的施工方法

膨脹土屬于高塑性黏土，礦物成分主要是蒙脫石。膨脹土具有很強親水性，吸水時體積膨脹，失水時體積收縮，性質極不穩定，往往造成水利水電工程發生不均勻的水平或豎向脹縮變形，最后出現位移、開裂。

2.3.1 換土

對現場膨脹土進行勘探，計算厚度，然后開挖不良地基，把膨脹土全部挖掉、清除，再換上灰土或其他非膨脹性材料，這種施工方法工期短，可迅速提高地基的承載力，但工程量較大。

2.3.2 樁基

若膨脹土層厚度過大，難以進行換土，可以在膨脹土層上進行樁基施工。向膨脹土層進打入強度高，承載力強，抗彎性高的混凝土管樁，讓管樁穿過膨脹土層，深入抗壓強度更高的基巖，把混凝土重力壩的載荷穿過膨脹土層傳遞到基巖上去。這種施工方法吊裝方便、接駁迅速，施工速度高，在施工中又不會產生污泥、廢水。

2.3.3 改良土質

在現場提取膨脹土樣本，分析其中成分、性質，然后對癥下藥，向膨脹土層中添加水泥、石灰，使膨脹土的膨脹性下降甚至消失。還可以向膨脹土層中添加有機化學劑或無機化學劑，它們亦可以降低膨脹土的塑性指數。

2.3.4 隔水法

在膨脹土層底部設置隔水層，切斷膨脹土的滲水條件，也可以讓土體的含水率保持穩定，同時降低膨脹土的膨脹潛勢。

2.3.5 預濕膨脹

根據膨脹土遇水體積膨脹的性質，在施工前，向膨脹土層大量注水，提高土體的含水率，直至土體體積保持穩定，又不會破壞土體結構。

以上各種施工方法，各有利弊，必須根據現場的實際情況靈活選擇。在實施施工時，既可以采用一種施工方法，也可以綜合采用多種施工方法。

2.4 地基滲水量過大時施工處理方法

可直接向不良地基的縫隙、裂縫中填充混凝土，封閉縫隙、裂縫，阻止地基繼續滲水。有時，現場滲水量太大，用混凝土填充無濟于事。那么，就要在地基附近開挖排水坑，將滲水引入坑內，再把大量礫石填入排水坑，最后抽干滲水，向縫隙澆灌混凝土。若現場不良地基屬于透水層很深的沙礫石，可采用帷幕灌漿：利用高速射流沖擊土層，再將漿液灌入土層的孔隙、裂隙，形成連續、完整的阻水防滲帷幕，從而減小滲流量，降低滲透壓力。

2.5 處理地基液化的施工方法

用黏性高的非液化土替換可液化土層，再將地基四周用混凝土封閉。還可采用強夯、振動加密等方法，對液化地基進行加固。

3 結語

不良地基是水利水電基礎工程施工必須面臨的一個難題。但當前處理不良地基的各種施工技術已經相當成熟。只要根據不良地基現場的具體實際情況進行具體分析，再有針對性地選擇正確施工方法，就必定能克服不良地基問題，保證水利水電工程的安全。