上海宏波工程咨询管理有限公司 201707
摘要：水利工程建设和施工中，地基基础是影响施工质量的关键因素，不同的地质条件所建设的地基形式也有所不同。水利水电工程建设中，应结合地基的不同形式采取不同的处理措施，在提升地基基础强度的基础上，确保水利工程建设的稳定性和安全性。
关键词：水利工程；不良地基；处理方法；
水利工程施工中，地基处理尤为关键。施工前，技术人员需仔细调查施工地点的地质概况，编制可行的地基处理方案。不良地基的承载力较差，土壤中混有较多的空气和水分，无法保障水利工程建设的有序进行。对此，就需及时采取措施加固地基，提高水利工程的稳定性，力求建设优质的水利工程。
1不良地基的产生原因
随着国家逐步加大对水利事业的重视程度，水利工程建设数量与规模不断扩张。在水利工程建设过程中，不可避免的会遇到各种各样的问题。其中，不良地基尤为显著。结合以往积累的实践经验，这些问题集中体现在如下几方面：
首先，在施工过程中，施工人员发现地基的实际抗滑指数远远低于预期值，而地基抗滑指数偏低也会在很大程度上影响整体工程的施工质量。由于底基层岩石与混凝土之间的滑动系数较小，再加上地质活动较为频繁化，岩层与周围岩体之间的抗压系数较低，极易出现围岩因上层重力负荷过大而崩塌的问题。其次，地基基础的体积过大，不良地基导致的局部不规则沉降幅度也相对较大，再加上施工人员对沉降量控制不及时、不到位，就导致后期控制难度增大，造成大面积沉降，影响了整个地基基础的安全稳固性。最后，多数地基内部未设置硼砂层，在地震波强度稍大时，极易影响整体建筑结构的安全性，甚至导致建筑物坍塌。总之，不良地基的诱导因素是多种多样的，如地基下层土质松散、地下水水位变化较大、地基土体渗水性能较差等。
2水利工程中不良地基的危害分析
2.1不良地基易引起土坡失稳
水利工程施工区域存在不良地基时，由于土坡存在稳定性差、平衡性易出现偏差等特点，在受到外界压力时，土坡会发生内部结构的改变，使部分土坡结构发生位移或瓦解，使土坡的结构稳定性无法保证，最终发生土坡失稳，导致水利工程遭到破坏。现阶段，水利工程建设中，土坡失稳是施工阶段经常遇到的不良地基的情况，一旦处理不到位就会对水利工程带来较大的安全隐患。
2.2地基的承载力下降
所谓地基承载力可以理解为，在不破坏地基内部结构的前提下，地基结构单位面积所能承受的荷载，地基的承载力是保证水利工程建设项目顺利实施并稳定运行的关键。在不良地基上进行水利工程建筑时，因地基结构自身缺陷，如淤泥质的软土地基，其自身承载能力较差，荷载能力不能满足建筑需承受压力，易造成建筑失稳、不均匀沉降、甚至是倾斜倒塌等问题，引发安全风险。
2.3发生沉降
地基沉降是在外界附加力的作用下，地基的土层结构受压发生表面下沉。在工程建设中，地基沉降情况普遍存在，在工程建设之初，就会将沉降问题考虑进去。通常情况下，正常沉降对建筑物是不会造成过大影响的。而过大的沉降或不均匀的沉降却会对建筑物造成严重损害，造成建筑物出现倾斜、倒塌，使建筑物无法安全、正常运营。造成地基大幅度沉降与不均匀沉降的一个重要因素就是不良地基影响。在水利工程施工中，由于不良地基造成地基超范围沉降与不均匀沉降会造成水利工程施工风险，造成人员及财产损失，影响建筑的使用寿命，并最终造成质量问题。
3不良地基基础的处理方法
3.1处理软弱带
（1）高倾角软弱带处理
在处理高倾角软弱带施工，即将地基基础中的软弱带挖除，回填混凝土，以保证地基基础的稳固。开挖阶段，开挖的深度应为软弱带实际宽度的1-1.5倍，两翼边坡控制在1：1-1：0.5之间。若地基基础的软弱带质地非常疏松或宽度很大，则需要借助混凝土梁或混凝土拱，将地基需要承受的荷载均匀分散至两翼处的岩体。在处理软弱土坝的坝基位置时，也可以通过此种方式，将坝基处的软弱带挖除，回填混凝土，以防治流水深入坝基，影响坝身稳定性。
一般情况下，上游流域为水库与软弱带的连接位置，在此位置，施工单位应进行防渗流井的开挖施工，后回填混凝土，或构筑防渗齿墙，以去除基础软弱带造成的不良影响。如果坝体的肩部地带位置为高倾角的软弱带，则可以采用预应力锚固、混凝土传力墙与传力框架处理。在重力坝位置出现破碎岩体结构坝肩现象，需要针对破碎岩体的稳定性情况进行分析，以采取对应措施。通常情况下，选择在破碎岩体内部建设混凝土结构防渗墙解决这一问题。在发生坝基裂隙密集发育情况时，应将此部分结构全部清除，之后混凝土回填，以提升此位置结构的稳定性与牢固性。
（2）缓倾角软弱带处理
地基基础为缓倾角软弱带时，处理软弱带需要做到：1）完成开挖与混凝土回填施工后，做好清理工作，如果上盘结构是较为坚硬的岩体，则需要的开挖量会非常大，这时可以采用平峒、竖井开挖等施工方式进行软弱带的清除，后进行混凝土回填。2）在建筑可以穿越基础软弱带防滑齿墙时，应做好预应力锚固控制工作。3）顺着软弱带方向进行钢筋混凝土加固或抗剪桩数量增加。
3.2处理液化土层
在水利工程建设过程中，遇到液化土层，会造成地基基础滑移与沉陷，严重影响水利建筑的安全性。为此，我们可以采用如下方式处理液化土层：使用人工与机械结合方式进行土层处理，将液化土层清除后，在其内部结构中加入防渗材料，为防止土层流动，可以在液化土层的周围进行围堵。例如，通过原有土层构筑灰土桩等，也可以借助振冲挤压或分层震动等方式处理。
3.3淤质泥软土处理
淤泥质软土易于出现侧向膨胀、压缩变形和挤出滑移等问题，进而对工程上部结构的稳定性产生较为显著的影响。为科学处理坝基淤泥质软土引起的排水问题，需开挖清理淤泥质软土，加强砂垫层和置换及排水工作。在抛掷石块的基础上达成挤压目的。合理利用砂井改进排水效果，预留沉淀量，在扩大地基的前提下，优化桩基建设，严格控制增加荷载的速率。同时加强排水固结，合理利用板桩墙实施封闭处理。做好底部侧向填砂石工作，以此有效规避滑石问题。
如某泵站工程出口闸室原设计中并未对基础加以控制，在工程设计中仅采用筏板基础，原地基设计承载力为160kPa，开挖处理后主体处在河道的河床位置，该处为黑色淤泥质黏土，不具备较为理想的承载力。地质勘探设计验证后无法满足设计规范和标准。为此，有必要切实加强基础处理。项目部门对比了该地地质和泵房位置的地质，发现二者十分相似。因此在设计中，选择桩径为0.5m的粉喷桩，在黏土层1m位置设置桩，并严格控制行距及间距在1m范围，且布置过程中将其设置为梅花形。该方案便捷性和经济性较强，处理后地基承载力超过180kP，符合地基设计要求。下图为砂垫层剖面图。
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图1砂垫层剖面图
3.4膨胀土土层处理
地基膨胀土中的高粘度亲水矿物较多，矿物在遇到水后易于膨胀，因此建筑结构变形、倾斜和沉陷现象也尤为普遍。为此，处理膨胀土层时，需规避地下水对此的负面影响。在开挖工作的初期全面清理积水，避免现场温度过低或温度过高，做好保护层预留工作。开挖施工后，要立即组织填筑施工，以桩端穿越膨胀土层，以此最大限度地减轻外来水流对结构的不利影响。
3.5强透水层砂、砾石层防渗处理
若在工程施工中对强透水层中的砂、砾石层采取防渗措施，则一方面会流失大量的水，另一方面也会引发机械管涌等问题，破坏工程的稳定性和安全性。为此，应在清理强透水层的砂石和砾石层后，以混凝土或粘土回填，坝前使用混凝土或粘土铺筑，以此有效控制水流渗入的直径，在防渗墙和帷幕后组织排水减压工作。
3.6深覆盖层处理
水利水电工程建设的环境尤其复杂，水利水电工程的跨度也相对较大。某些地基可能深埋于河流冲击层下，且冲基层中也覆盖了较多的碎石层，碎石层中存在较大的空隙。如受到较长时间的冲击，则会加强地基的渗透性，对水利工程施工产生较为明显的负面影响。对此，施工人员可先采用水泥灌注法。水泥灌注广泛应用于地基松散的位置，且在工程施工中需使用渗透性较为理想的材料灌注碎石层。在振动处理中，以合理频率振动，确保地基的稳定性和安全性。振动处理技术操作十分便捷，故而在工程施工中得以广泛应用。最后，要科学铺设混凝土，完善防渗性能。依据工程施工要求，施工人员可在混凝土中加入适量的外加剂，以此完善混凝土的性能。同时，严格计算混凝土外加剂的添加量，既要符合工程施工规范，又需保证混凝土强度，优化混凝土的性能。
3.7喀斯特地基处理
水利工程施工中，喀斯特地基分为两种：
一是建筑物在喀斯特洞穴中的地基，该地基位置有溶隙发育，出现了交叉性溶蚀网络。断层破裂带交汇处，破碎岩体较多，且厚度较大，因此溶蚀作用更为显著，出现了泥包石或泥夹石现象。洞隙间岩体在风化作用下可能产生松动问题，同时溶洞或溶隙中出现了不同数量的松散透水泥沙。该类地基强度不均，透水性明显，且管涌几率较大，威胁了建筑物的稳定与安全。
二是少数大的洞穴、溶蚀管道主要分布在坝基位置，因而也是漏水的主要通道。主要呈填满或半填满状态，降低了局部地基的承载力，无法保证地基岩体的一致性。受荷载作用影响，易于出现不均匀沉降。
二者在处理方式上存在较大的差异。前者主要采用清除置换和截断渗水等措施，保证溶蚀破碎带的完整度，完善其力学强度，也可于结构上适度扩大基础，进而达到转移压力的目的。而后者主要采用防渗堵漏的方式或清理填充物等方式来优化其力学性能。
3.8坝基涌泉处理
坝基涌泉主要位于松散土层、发育裂隙和溶洞基岩的堤坝之中。坝内水沿着地基空隙可向外渗水，同时也会对地基产生冲击作用，影响地基的性能。坝基涌泉一方面会影响坝体的存水能力，另一方面也会威胁地基性能，甚至引发坝体不均匀沉降，出现坝基失稳问题。对此，施工中通常采用填筑法加以处理。在基岩的空隙之中填充防渗体，之后分层填充基岩的空隙。如涌泉水较多，则要予以引流处理，进而优化填筑环境和条件。或者可在涌泉出口位置设置单向逆止阀，以此控制空隙的涌水量，符合填筑要求后便可开展填筑施工。
4工程案例分析
4.1工程概况
某水电站建设于干流之上，库容量为440万m2，正常蓄水位为605m，该区域有泥质条带灰岩、薄层灰岩结构，处于断裂发育区。地下水是碳酸盐岩类岩溶裂隙水。库区地基中有淤泥和松散层分布，出现了较为严重的水土流失问题，大量淤泥堆积。在不良地基处理中，需保障地基结构的稳定性，全方位保障防渗质量，规避渗漏问题。施工方案需具备良好的可行性和经济性。结合库区不良地基概况，本工程最终选取高压旋喷桩处理技术进行施工作业。
4.2不良地基处理技术
根据工程的地质资料，该库区中淤泥堆积较为严重，且覆层厚度较大，上部分布有低液限黏土，下部主要分布卵石混合土，结构紧密度较差，承载力存在明显的不足，而且易于产生滑移问题，无法将其直接用于地基部分。而以高压旋喷桩法加固，结合工程施工规定，需采用两管法施工。该项目工程量大，工期紧张，需严格控制旋喷参数，地基承载力不得小于250kPa。
在生产性试验的基础上以旋喷试验明确工程施工的技术参数。在试验基础上，技术人员确定选择复喷的处理方。粘土层孔径为150mm，高压水提升速率需控制在5cmmin，喷浆提速控制在7cmmin，浆液密度必须满足规定要求。结果显示，桩基承载力达到了工程施工要求。此外，控制高压旋喷桩施工技术和流程，对工程施工中的每一个环节加大控制力度，利用专业钻机、搅拌机和灰浆泵切实加强施工处理工作。高压旋喷桩的间距控制在2m，加密桩间距为1.7m，且以梅花形布桩。
4.3效果分析
高压旋喷桩成桩4周后，应以取芯试验测量桩基的抗压极限承载力，桩基的承载力为1150kN/850kN，符合水利工程施工要求，也达成了加固处理的预期目标。
5结束语
总而言之，不良地基对水利工程的质量和性能产生了十分显著的影响。为此，在工程建设和施工期间，应充分结合工程施工的要求，采取有效措施，完善不良地基处理工作。不同施工技术的施工要求和适用范围不同，因此，需在了解工程概况的基础上，还要选择合适的不良地基处理方法，以保证施工的效率，推动整体工程的高质量完工。
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