水利工程施工中不良地基處理技術

焦政運 孟凡冬

（青州市水利建筑總公司，山東 青州 262500）

0 引言

隨著國民經濟的快速增長，人民對于水利電力的需求量也越來越大，為此國家政府部門也加強對水利工程的建設，為了確保水利工程后續施工的質量，就要做好選址等一些基礎性的工作，而在選址過程中地質性能的好與壞會給水利工程施工質量帶來直接的影響，決定了其是否能夠長期良好地運行下去，同時還關系到了施工的安全可靠性、持久耐用性。所以關于水利工程施工建設質量是當前人民比較關心的問題。由于受到施工環境的局限性，地質條件使水利工程施工時受到了較大的影響，而不良地基問題便是其中較為突出的。這就需要在施工時提前做好處理工作，采用先進的技術，確保其性能更加安全穩定，足夠的密實、堅固。該文重點針對水利工程施工過程中不良地基處理技術進行了分析，僅供參考與借鑒。

1 水利工程施工中不良地基處理技術應用的重要意義

1.1 有利于緩解土質疏松問題

在水利工程施工環節，不良地基所帶來的影響是非常大的，如果此工作做的不到位，后續施工就不能順利進行。在施工過程中不良地基的出現會造成發生土質疏松的問題，進而降低了整個框架的穩定可靠性[1]。當土質存在疏松問題時，土壤黏性不達標，破壞了地質結構密實性。當土壤不夠密實時就會造成整個土體結構承受力度失衡，在長期互相擠壓的作用下土體便會出現移位現象，嚴重時會引發多起安全事故。只有對不良地基進行科學合理的處理，才能夠確保水利工程可以根據規定的施工進度順利完成施工任務，既保證了安全，又保證了質量。所以應用不良地基處理技術可以使這些問題得到有效緩解，避免出現土質疏松問題。

1.2 有利于防止施工地基承載力下降

水利工程施工過程中整體體積非常大，質量要求較高，為此地基結構的建設中就要具備較強的承載力，才能確保水利工程后續施工以及使用更加安全。不良地基處理技術的應用能夠降低塌陷、沉降等問題的發生概率。通常情況，地基要具有較強的承載力，可以承受整個工程施加的較大重力。如果水利工程選取的施工地址承載力并不在規定范圍內，那么其承載力便會逐漸下降，此時會使周圍地基壓力增大。所以為了避免地基內部出現抗剪力降低的情況發生，施工的過程中要以地基實際情況為重要的依據，進而采取科學合理且有效的處理技術。

1.3 有效解決引發的地基不規則沉降問題

在水利工程施工時，地基沉降也是普遍存在的問題之一，由于地基的下降進而造成了水利工程后續的工作難以正常施工，進而導致很多問題的發生。產生地基沉降最主要的原因有以下2 種：一是在施工環節對于地基內部結構破壞，進而出現了地基下沉；二是地基結構抗剪力降低，當地基出現了不規則沉降時，便會對整個地基結構穩定性帶來影響，降低其承載力。這就需要運用不良地基處理的技術，使下沉問題得到有效解決，進而確保水利工程施工進度。

2 水利工程施工中常用的不良地基處理方法

2.1 排水固結法

該方法的組成分為了排水、加壓2 種系統，常用于厚度較大而且具備較強的飽和度的軟性黏土地基中，但在具體的使用時，需要對其進行提前預壓[2]。需要注意的是在使用砂井施工工藝時，為確保足夠的密實、連續，振動時盡可能使用振動錘，振動沉樁工藝的使用，要充分考慮到激振力和套管直徑、長度間的關系，具體見表1。

表1 激振力參考表

2.2 置換法

該方法主要是針對地面存在不良地基土壤時可以采用挖除的方法，并且密實度較好的土壤回填，進而使其形成耐用性，提高整體承載力、抗變形、穩定性。該方法適宜使用到軟弱黏土地基中，但是對于排水抗剪性有較高的要求，<20ka 時就要謹慎使用該方法了。當前振沖置換法、碎石樁法、石灰樁法等比較常用。

2.3 振密、擠密法

該方法主要采用的是振動、擠壓的形式將地基土壤中的縫隙降低，提高強度，進而實現地基處理的效果。常用于一些砂性土、粉土或者是部分黏性土壤中，表層壓實法、振動擠密法、砂樁法等比較常用。

2.4 化學加固法

該方法主要采用的是化學漿液注入，這些漿液中往往會融入一些化學品，能夠在較短時間內凝固，將土粒融結，借助化學反應，再加上機械給予攪拌，能夠使土壤具備較強承載力，沉降率降低。常用于砂性土、黏土、黃土中，注漿法、攪拌法等比較常用。

2.5 增大接觸面法

該方法借助軟土鉆孔，進而進行混凝土樁澆筑，實現地基加載力提高，可用在邊坡位置，使土方側壓力具備較強承重，避免土方出現移位現象。多用于一些橋梁的建設。

3 水利工程施工中不良地基處理常用技術

3.1 軟土地基處理

軟土往往具備了較大含水量、低滲透性、強壓縮性、低承載力、低抗剪性等特點，屬于軟、流性飽各的土壤，在土壤中有機質的含量較高，當天然孔隙比例大于1 時便成了淤泥。沿海、內陸等區域常見這樣的軟件土，水利工程多將堤壩建于這些軟土之上。也正是具備了以上特點，軟土極易發生形變、膨脹、滑動，以此為地基，難以確保其承載力。當前在對該類不良地基進行處理時，常用的便是置換法、強夯法、真空預壓法等。

在使用置換法時，主要是將軟土換作砂層，將軟土層的厚度減少，采用垂直預壓的方法使下層的軟土能夠快速將水排出，進而凝固，使整體的承載力提高，沉積量降低，減少沉降發生的概率；砂石樁施工的過程中，加大施壓的力度，使軟土短時間內凝固，如果軟土非常厚，可以先對砂井施工，將塑料排水帶鋪設好，采用真空預壓方法，使軟土中的水分排出，以上提到的這些技術主要都是通過排水固結進而提高不良地基的承載力，如圖1 所示[3]。

圖1 排水固結施工示意圖

如果是一些規模較小的工程，承載力要求較低時可以使用拋石擠淤法，若上層體積較重，而且要求地基具備較強承重能力。規模較大水利工程施工過程中，則要選擇樁基處理技術，可以使用石灰樁法、灰土擠密法等。例如某水利工程施工過程中，要求壩高為55m，針對淤泥性質的軟土進行處理，其厚度為20m，主要采用的是振沖碎石樁，例如某水利工程壩高為18m，軟土厚度為15m，主要采用的是砂井處理方法，如高是37m 厚度為5m 的水利工程施工主要采用的是振沖碎石樁法等，這些案例充分說明了針對不同性質的軟土所采用的地基處理的技術是完全不同的，這就需要在具體的施工過程中根據實際情況選擇最佳的方法。

3.2 可液化土層處理

可液化土層往往都是客觀存在的，而且是無法避免的，并且劃分為輕微、中等、嚴重3 個等級（具體見表2）[4]。所以在進行處理技術的運用時，可根據建筑整體的抗震設計要求、類型，采用合理的技術，在采用樁基礎時，可將樁端深入液化度以下穩定土層中長度計算出來。如果穩定土層是碎石土、粗、中砂等，樁端深入長度在0.8m 以內；如果是其他非巖石土時，深入長度則在1.5m 以上。若采用的是深基礎，那么基礎底面應該埋入液化深度以下的穩定土層中，深度在0.5m 以上。若采用的是加密法，就需要處理到液化深度下界；將全部液化土層替換為非液化土層，或者是覆蓋一定厚度的非液化土層。在對基礎邊緣以外寬度處理時，應該保持在基礎底面下深度1/2，并且在基礎寬度的1/5 以內。

表2 地基液化等級表

3.3 濕陷性黃土地基處理

一般情況下，濕陷性黃土地基形成的主要原因是由于受到了水的浸濕，進而導致土結構快速破壞，發生了較為明顯的濕陷變形，降低了強度，在自重應力與由外荷引起的附加應力的雙重作用之下，發生了濕陷。濕陷性黃土多呈現出黃色或者是黃褐色泥土，粒度成分主要是由50%以上的粉土顆粒組成[5]。在對濕陷性黃土地基進行處理時，首先應該判定黃土濕陷性，目前多采用的是濕陷系數δs值，δs可以借助室內浸水壓縮試驗來進行測量。將天然含水量以及結構黃土土樣，在經過不斷加壓以后，進而達到規定試驗壓力，待壓縮穩定以后，浸水，含水量飽和，土樣快速下沉，待再次穩定以后，獲得浸水后土樣高度hp（見圖2 所示），濕陷系數δs值如公式（1）所示。

圖2 浸水壓縮試驗p-h 曲線

式中：h0表示的是土樣的原始高度（cm）；hp表示的是土樣在保持天然濕度以及結構時，通過施加壓力到規定的壓力值，待下沉穩定以后的高度（cm）；′表示的是經過以上施加壓力后處于穩定狀態的土樣，在通過浸水后，待下沉穩定以后的高度（cm）。

濕陷系數δs壓力的測定，當基礎底面壓力≤300kPa 橋涵，自基底算起，10m 內土層采用200kPa，新近堆積黃土采用150kPa，10m 以下至非濕陷性土層頂面，采用其上覆土的飽和自重土壓力，當上覆土的飽和自重土壓力＞300kPa 時，仍采用300kPa；對于基礎底面壓力＞300kPa 橋涵，應采用實際壓力。當濕陷系數δs≥0.15 時，為濕陷性黃土，否則為非濕陷性黃土。

其次是對濕陷性黃土地基濕陷類型進行劃分，采用的是自重濕陷量Δzs來進行判定，如果自重濕陷量Δzs≤7cm時，判定其為非自重濕陷性黃土場地，如果Δzs＞7cm時，則判定為自重濕陷性黃土場地。濕陷性黃土自重濕陷量Δzs如公式（2）所示。

式中：Δzs表示的是自重濕陷量（cm）；δzsi表示的是第i層土在上覆土的飽和（Sr ≥0.85）自重壓力下的自重濕陷系數；hi表示的是第i層土的厚度（cm）；β0表示的是不同區域土質不同修正的系數。

自重濕陷量Δzs的累計自天然地面算起至其下全部濕陷性黃土層的底面為止，如果挖、填方的厚度和面積較大時，自設計地面算起，其中自重濕陷系數δzs<0.015 的土層可不計。

然后是判定濕陷性黃土地基濕陷等級，換言之，也就是地基土受水浸濕以后發生濕陷的程度，衡量時可采用地基內各個土層濕陷下沉穩定以后所產生的濕陷量總和，如果總濕陷量較大，那么結構物危險系數就越大，設計以及施工或者處理時要求便會較高，基底以下地基濕陷量Δs如公式（3）所示。

式中：δsi為自基底算起第i層土的濕陷系數；hi為基底以下第i層土的厚度（cm）；β為考慮地基土側向擠出條件、浸水概率等因素的修正系數。

基底以下地基的濕陷量Δs應自基礎底面進行計算，對于非自重濕陷性黃土，累計至基底以下5m 深度為止。對于自重濕陷性黃土處的大橋和特大橋，累計至非濕陷性土層頂面為止；對于其他橋涵，當基底以下自重濕陷性黃土厚度＞10m 時，隴西、隴東、陜北、晉南、豫西地區的累計深度應≥15m，其他地區應≥10m，其中濕陷系數δs<0.015 的土層可不累計。濕陷性黃土地基的濕陷等級，應根據自重濕陷量Δzs和基底以下地基濕陷量Δs的大小進行判定，具體見表3。

表3 濕陷性黃土地基的濕陷等級的判定

如果Δs＞30cm，但是卻≤50cm，Δzs＞7cm，但是卻≤30cm 時，視為Ⅱ級；如果Δs＞50cm，但是卻≤60cm，Δzs＞30cm，但是卻≤35cm 時，視為Ⅲ級。

3.4 強透水層處理

強透水層主要指的就是以礫石、卵石等為主的地基土，此類型的地基土屬于強透水性地層，在開挖地基時極易導致水土流失，嚴重時會導致管涌發生，造成地基形成了較為固定的水流通道，對于建筑物整體穩定性必然會帶來威脅。針對該情況多使用的是防滲處理技術，在施工的過程中采用止水帷幕將水下滲的路徑阻斷，將混凝土、黏土鋪于大壩前面，使滲水路徑得到有效延伸，同時還要將漿液灌于大壩前面的混凝土帷幕中，進而使混凝土滲透性大幅度降低，徹底清除掉透水層中的礫石、卵石，對修筑的防滲墻進行高壓噴射。

4 結語

水利工程涉及的是人民利益，不良地基如果處理不當，不僅會使人民利益受損，甚至危及人民生命安全。所以要給予高度重視，針對不同類型的不良地基，采用最適合的處理技術，這就需要在具體施工過程中準確掌握不良地基的具體情況，進而采用科學的方法，進而降低由于不良地基而導致水利工程整體結構受到影響的概率，將施工質量、效率大幅度提高。