水利水電工程地基施工技術

劉梅光

東營市水利建設工程處 山東 東營 257000

地基施工作為水利水電項目核心內容之一，其施工質量與最終項目施工質量密切相關，水利水電項目施工周期長、不確定因素多加劇施工難度。水利水電實際施工過程中，易會遇見不良地基現象，其地基存在天然質量缺陷，無法滿足地基穩固性要求，有必要采取針對性處理技術予以解決，保證地基施工質量達標。

1 不良地基特征及其對水利水電工程影響

水利水電項目實際施工過程中，不同區域內地質特征不盡相同，會遇見多項不良地基，主要包含以下幾種不良地基類型：一是淤泥軟土地基。淤泥質軟土主要是指地層內含水量較大，自身擁有承載力不足，受載荷作用下易形成變形、膨脹等，影響上層建筑質量及可靠性。此種地基處理主要將其挖開清除，將其置換為砂層。二是膨脹土。膨脹土主要是指處于自然狀態下呈現為硬塑狀態，吸水之后膨脹，主要是由強親水礦物質構成。受膨脹土自身特性，上層建筑物易出現變形，特別是季節性干濕條件下，地基持續性反復收縮膨脹，嚴重損壞建筑物。三是軟弱夾層地基。按照實際傾角不同，將地基軟弱帶劃分為兩種類型，即高、緩，前者主要是傾角超過30o,后者為傾角不超過30o,此種地基對建筑物造成影響不一，所以地基實際處理方式不盡相同。四是喀斯特地基。水利水電項目建設時，喀斯特地基包含兩種類型，一類屬于強度不均勻，透水性較強，且易出現管涌地基；另一類為較大的洞穴，溶蝕管道分布于壩基上喀斯特地基，造成管道漏水，降低局部地基實際承載力。上述不良地基對水利水電工程造成嚴重影響，主要體現在以下幾方面：①地基基礎不均勻或大量沉陷。由于不良地基自身承載力不足，亦或巖土層分布均勻性不足等，致使受外載荷作用下，地基沉陷值難以滿足要求。譬如地基巖土中含有軟質巖石、斷層破碎帶等，增加建筑物發生形變風險，地基產生大面積沉陷，損壞建筑物。②地質條件不佳，抗滑穩定安全性不足。不良地基所在巖土層中，抗滑穩定性安全性不足，深究其成因包含軟弱夾層土層、破碎帶土層等，難以滿足建筑地基實際需求。③地基基礎滲漏量過大。不良地基多存在松散砂層，造成水庫大量漏失，實際壓力數值超限，軟弱透水層出現滲透形變，導致地基質量難以保證。④地基出現液化現象。地基內含有大量無粘性粉細砂層，此類砂層在振動作用下，出現液化現象，強大的震陷影響建筑穩固性，不利于水利水電項目有序建設。

2 水利水電地基施工要求

水利水電施工周期長、技術要求高、涉及人員及部門較多，地基正式施工之前，需系統性掌握施工要求，從整體宏觀層面予以嚴格把控，為后續水利水電地基施工有序推進奠定基礎。按照水利項目實際特征，其地基施工要求包含以下幾方面：（1）正式開工之前，應按照水利項目施工特征，進行系統性地質勘察及檢測，全方位調查現場土地質量、水域流量及交通狀況，通過系統性對實際地質數據資料分析，有目的性、有針對性制定防治方案及措施，保證水利水電地基施工安全有序實施。（2）土地開挖過程中，易出現滑坡、崩塌等質量缺陷，應按照其實際狀況，掌握影響其發生因素，以及形成規律，應預先做好預防規劃及措施。同時，對各類測量數據進行審核復測，利用標高、定位線、基準線完成復測，并對數據進行合理分析，判定其精準度是否滿足施工要求，若存在異常狀況應立即反饋解決。（3）按照地基施工中實際需求，對地基施工路段進行堅固度及場地實際容量設計，保證交通工具、施工設備等順利進入施工現場。（4）應全方位掌握地基施工周圍環境，按照實際狀況做好人員安全防護措施，最大限度減少地質災害發生時覆蓋損失面積。（5）水利水電地基施工時，需嚴格依照相關施工要求及計劃實施，做好周圍建筑、地下水管等設施保護，確保該施工區域地質結構完整性，為保證水利水電地基施工質量做以支撐。（6）施工過程中，應按照初期設計標準，完成周圍環境整改工作，特別是排水坡度和供排水設施。若并未具有明晰的設計規劃，通常排水坡度不應超過3%。若開挖土地基準點未達到周圍水準基槽實際高度，應按照上述地質勘查中要求實施，通過應用合理的方式降低地下周圍水位高度。一般開挖土地基準點應超過周圍水位基槽0.5m以上，方可展開后續施工。

3 水利水電地基工程施工技術分析

3.1 透水層防滲技術

透水層控制程度與水利水電工程質量密切相關，更是水利水電地基施工技術核心內容之一，需對其予以高度重視。譬如，地基處理核心目標在于自重型濕陷性黃土，由于此類土質自身重量較大，具有較強的吸水性，若透水層浸水嚴重會影響土質整體結構穩定性，最終增加滲透型管涌質量缺陷，地基實際承載力難以保證。此種狀況作為嚴重安全隱患，一經發生安全事故，對水利水電工程造成不良影響不可估量。解決上述問題核心方式為，通過高壓噴射灌漿方式，形成一個混凝土擋土墻，以此實現防滲處理，匹配大壩混凝土設施完成滲透線路搭建和延伸。高壓噴射灌漿方式包含三種，即單管法、二管法、三管法，不同噴射灌漿方式，其特征存在較大差異性，單管法主要是應用高壓泥漿以20MPa-25MPa壓力，沖擊破壞土體，通過一定時間之后形成凝結體，此種方法加固成效優良，施工速率快，經濟性較佳；二管法是應用泥漿泵高壓裝置形成20MPa-25MPa壓力漿液，以及壓縮機壓縮空氣，從兩個通道分別噴射高壓漿和空氣；三管法使用可同時輸送水、氣、漿噴射管，從噴嘴噴射壓力為30MPa-50MPa超高壓水流。

3.2 地基排水固結法

地基排水固結法核心原理為地基在外界載荷作用下，通過布設豎向排水井，促使土層中孔隙水持續性被排出，孔隙比減小，地基發生固結變形，提高地基土強度。排水固結法主要用于地基發生沉降和穩定，為提高固結速度，行之有效方式是在天然土層中增加排水途徑，以此實現縮短排水實際距離，布設相應的豎向排水井，以此提高地基固結速度，保證處于短時間內獲取良好的固結成效，預先完成沉降；并提高地基土抗剪強度，促使地基承載力得以提高，保證地基穩定性。排水固結法適用于軟弱和飽和土層中，按照選取排水技術不同，通常排水固結法可劃分為多種方式：①堆載預壓法。在水利水電施工現場臨時堆填土石，對地基進行加載預壓，保證地基沉降可預先完成，提高地基實際承載力。通常預壓載荷與建筑物載荷相同，但部分狀況下為以免再次固結形成影響，通常預壓載荷與建筑物載荷之比為1.3:1。②真空預壓法。真空預壓主要是指黏土層上鋪設相應的墊層，之后利用薄膜將其完成密封，依托真空泵對砂墊進行抽氣，實現地下水位降低，加速地基固結速度。③降水預壓法。通過水泵將地基地下水抽出，以此降低地下水位，減少孔隙水壓力，增大有效應力，提高地基固結，在飽和粉土及砂地基中應用成效較佳。④電滲排水法。在電滲作用下逐漸將水分排出，在土體中插入金屬電極，接入相應的直流電，受電流電場影響土體中水持續性匯聚于陰極排出。

3.3 土層板塊沉降、錯位和移動預防技術

以雜填土為例，其不僅實際密度不均勻，而且土層粘性較弱，在地殼運動及自身特性作用下，易造成土層整體結構發生位移、地基出現不均勻下沉現象，不利于水利水電項目有序實施。為進一步防止土層板塊出現位移及沉降，影響周圍地質環境，需利用混凝土將其周圍墻體予以封固；應用灰土強夯法，以一定單位的間隔，完成土層鉆孔工序，隨后在孔內注入相應的物質，將其予以夯實，促使土層均勻、厚實，保證土層密實度滿足施工要求。但需特別注意的是，實際夯實過程中，會造成嚴重震動，應對建筑物及設備做好防護措施。該方式有效提高地基承載力，防止處于較大壓力下地基出現位移及沉降。

3.4 軟土地基施工技術

軟土地基主要是由軟弱粘性土構成地基，其內部含有大量淤泥，地基間存在較大的空隙，抗剪強度能力不足，具有較強的透水性，由于上述特征實際承載力受限。水利水電項目地基需承受較大的載荷，以此滿足施工載荷需求，需對軟土地基進行有效處理，提高其地基密實度及承載力，保證其地基實際承載力達標，包含以下幾種地基施工技術。

3.4.1 換填土施工技術

軟土地基核心不足在于穩定性不佳、強度較小，易早長期使用過程中出現下沉質量缺陷，為保證水利水電工程地基實際承載力提高，需將原有較薄淤泥層挖出之后，應用換填施工技術，有效提高其實際透水性，而且實現軟質地基構造重新組合，按照實際狀況，選取換填灰土、砂土等方式，以此實現加固地基目標。在軟弱地基開挖換填深度為2m以內，選用分層填筑、壓實、檢測壓實度方法施工，提高地基實際抗形變及穩定能力。換填施工技術適用于地基地面以下不太深范圍軟土層，填充質地堅硬、性能穩定碎石、卵石等材料實現分層填充，保證其實際密實度。該施工技術要點包含以下幾方面：一是砂墊層施工過程中核心內容為將砂加密至設計要求，通常加密方式較多，如振動法、碾壓法等，此類方法要求在基坑內逐層完成砂石鋪設，逐層進行壓實。需特別注意的是，施工過程中應檢驗下層密實度達標之后，方可開展上層施工。二是正式鋪設材料之前，需完成驗槽工作，為以免其發生坍塌土體，要求邊坡具有一定的穩定性。開挖基坑鋪設砂墊層時，需防止對軟弱土層造成一項影響，否則坑底土結構在實際施工過程中受損，強度會大幅度降低，造成承受建筑物實際載荷作用下，形成較大的沉降量。三是砂、砂石墊層地面應鋪設于同一高度，若深度難以滿足施工要求，基坑地基土面應開挖成階梯狀，實際搭接部位需保證振搗密實，施工應嚴格依照先深后淺順序實施。四人工級配砂石墊層，需充分將砂石予以拌和，之后進行鋪設振搗密實。將細砂作為墊層實際填料時，需注重地下水對其干擾，不建議使用平振法、插振法。表1為各種墊層壓實標準[1]。

表1 各種墊層壓實標準

3.4.2 強夯法

強夯法主要是指應用起吊設備，將一定重量的重錘提升至一定高度，促使其做自由落體，通過較強的夯擊能力和沖擊波作用，促使其表面形成硬殼層，具有良好的密實性，進而提高土體實際強度，減少壓縮性，實現夯實土層目標。強夯法主要應用于砂性土、非飽和粘性土與雜填土地基中。為進一步保障強夯法施工成效，需在實際施工過程中做好質量檢測，保證其施工質量達標。應抽調專業人員負責以下監測工作：①是系統性檢查強夯施工過程中各項檢測數據，審核未達標的應補夯或其他措施；②強夯施工完之后間隔一定時間之后，對地基質量進行檢查；③質量檢驗方法，按照實際土性選取原位測試和室內土工試驗；④質量檢驗數量。按照水利水電施工區域復雜性確定。

3.5 預壓法

預壓法核心目的在于為有效提高軟土地基實際承載力，減少構造物實際建設完成之后發生沉降量，預先在擬建構造物地基上增設一定靜載荷，促使地基土體具有一定的密實度，之后將其載荷卸除，滿足實際施工要求。軟土地基預先施加壓力，促使多數沉降均于預壓過程中完成，提高地基自身強度，該施工技術在淤泥質粘土、淤泥與人工充填土等地基中具有良好的應用成效，預壓方式包含兩種，即堆載預壓、真空預壓。一方面，堆載預壓法主要是指水利水電項目正式建設之前，利用超過設計載荷填土載荷，促使地基預先進行沉降，挺好地基實際強度，減少地基發生沉降現象。該方式通常將路堤填土為堆載，具有良好的經濟性，正式施工過程中，應分層分級增加載荷，以此實現載荷速率可控化，保證地基循序漸進增加，以免地基出現剪切破壞。另一方面，真空預壓法主要是處于需加固的軟土地基中，布設相應的砂井，并覆蓋相應的密封膜，保證其與外界空氣隔絕，通過真空裝置將薄膜內部空氣排出，在膜內外形成一定氣壓差，氣壓差轉變這作用于地基載荷，保證地基不會產生剪切破壞。該施工技術方式較為簡易，可提高預壓速率，節省大量堆載材料，適用于大面積施工。

4 結束語

地基施工質量直接決定水利水電項目施工成效，需準確把握不良地基特征，以及其對水利水電工程造成影響，掌握地基施工技術要點，按照實際狀況，選取合適的地基施工處理技術，提高地基實際承載力，保證施工質量達標，為水利水電良好發展做以支撐。