试论水利工程基础处理技术

试论水利工程基础处理技术

陈弘渊

陈弘渊

海南建设工程股份有限公司海南海口570208

摘要：在水利工程方面,由于水利工程对防渗水功能要求的严格,所以在水利工程建设初期必须对地基进行防渗水等方面的处理,因此基础灌浆技术在整个水利工程的施工中占据着重要的位置。水利工程基础处理的主要功能是改善水利工程建筑物地基的物理和力学性能，增强地基的整体性，提高地基基础的承载能力，确保水利工程主体构筑物的安全施工和运行。

关键词：水利工程；基础处理；技术

1、前言

“水利工程”是指为了控制、调节和利用自然界的地表水和地下水以除害兴利的目的而建设的各种水上工程。水利工程按其服务的对象可以分为防洪工程、农田水利工程灌溉工程、水力发电工程、航运及城市供水、排水工程。“基础”一词理解为“与建筑物产生相互作用的地质区域（包括岸边结合部、岸坡、山坡），该区域内的应力应变和渗透状况随建筑物的修建和运行而发生改变”。这种改变包括应力场、温度场、水文场、物质场（渗流带走）的变化，基本上是对“基础”下了一个定义。水利工程的地基基础在水利工程中起到非常重要的作用。正确做好水利工程基础处理，不仅可以保证施工正常开展，还能保证水利工程的安全运行。

2、水利工程的地基

随着我国经济的不断发展，我国的水利工程建设也获得了很大的发展，越来越多的水利工程建设起来。在水利工程建设过程当中，往往面临十分复杂的地质环境，遇到不良地基，造成地基基础不能承载上部建筑物的重量，产生不均匀沉降，造成建筑物不稳定，最终影响整个水利工程的使用。地基对于水利工程建设来说十分的重要，是整个水利工程建设的基础。一旦遇到不良地基，就会对水利工程产生十分严重的影响，具体表现在以下几个方面：第一，由于地质条件比较恶劣造成一些抗滑结构面的强度比较低，无法承受巨大的压力，，如抗滑能力、地质稳定性等均低于水利工程设计中对地基的基本的要求，无法满足地基上部建筑物对于抗滑性以及稳定性的要求。第二，由于地基土层较软，强度不够，远远无法达到上部建筑物的承载要求，或者是地基土层的强度分布不均匀，地基土层中存在着相对比较薄弱的环节，在上部建筑物的压力之下产生比较严重的不均匀沉降，从而导致地基沉降、局部破坏甚至是整体受到破坏，最终使地基之上的建筑物受到极大的影响，发生破坏变形。第三，如果水利工程的地基位于结构比较松散的砾石层、构造破碎带或者是其它的透水性比较好的地质构造环境，水利工程往往会发生比较严重的透水、渗透，最终导致基础的渗漏量过大或水力坡降远远的超出容许的范围之内，给水利工程的正常使用带来严重的危害。

3、水利工程基础处理技术

3.1CFG桩。

水泥粉煤灰碎石桩（简称CFG桩），主要是由水泥、粉煤灰、碎石、砂加水拌和形成的高粘结强度桩，CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成CFG复合地基。长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机配混凝土运输车组成完整的施工体系。CFG桩复合地基适用于处理粘土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等土层。在CFG桩复合地基中，上部结构传来的荷载是由CFG桩体、桩周土和褥垫层共同承担的。褥垫层将上部基础传来的基底压力或水平力通过适当的变形以一定的比例分配给桩及桩周土使二者共同受力，同时土由于桩的挤密作用提高了承载力，而桩又由于周围土体的侧应力的增加而改善了受力性能。

CFG桩复合地基中的桩、桩周土和褥垫层的作用机理进行分析可知CFG桩的作用如下：

（1）对地基土具有一定的挤密作用。

对于散填土、松散粉细砂、粉土，由于振动沉管CFG桩的振动和侧向挤压作用使桩间土孔隙比减小，含水量降低，土的干密度和内摩擦角增加，土的物理力学性能得到改善从而提高桩间土的承载力。

（2）桩体的排水作用。

CFG桩复合地基在成桩初期，因桩孔内和周边充填过滤性较好的粗颗粒填料，在地基中就形成了渗透性能良好的人工竖向排水、减压的通道，使孔隙水沿桩体向上排出，可以有效地消散和防止振冲产生的超孔隙水压力的增高，加速水利工程地基的排水，这种排水作用不但不会降低桩体强度，反而可以使土体强度恢复并超过原土体天然承载力。

（3）地基土固结，提高抗液化能力。

桩的施工有预震效应，CFG桩复合地基成桩过程中，振冲器以一定的振动频率或冲击加速激振土体，使填料和地基土在提高相对密实度的同时获得强烈的预震，提高了砂性土或软土地基的固结和抗液化能力。

（4）桩的置换作用。

CFG桩中的水泥经水解和水化反应以及与粉煤灰的凝硬反应，生成不溶于水的稳定结晶化合物，它能使桩体的抗剪强度和变形模量大大提高，所以在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显比桩间土小。因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，大部分荷载将由桩周和桩端承受，桩间土应力相应减小，提高了地基的承载力。

3.2预应力管桩。

施工工地用的预应力管桩多为先张法预应力的管桩，先张法预应力的管桩是采用先张法预应力的工艺制作的混凝土预制构件，主要施工方法为沉入法。现在，随着国民经济的不断发展，大大推动了预应力管桩的应用和发展，我国相应出台了预应力管桩加工制作的相关规定，和对预应力管桩勘探、设计、施工的相关规范。预应力沉入桩施工方法主要有：锤击沉桩、静压沉桩、震动沉桩，施工方法的不同适应的地质也不一样。锤击沉桩适应于砂类土、黏性土地质，桩锤的选用也应根据地质条件、桩型、桩的密集程度，单桩承载力等因素确定；静压沉桩主要适应于淤泥质土、软黏土、标准贯入度N≤20的黏性土地质；振动沉桩适应于锤击效果较差的密实性黏土、砾石、风化岩地质。沉桩的顺序：对于密集管桩群，自中间向两边或四周对称施打；根据基础设计的标高，宜先深后浅；根据桩的规格，可先大后小、先长后短。预应力管桩的接桩，可采用焊接、法兰连接和机械连接，接桩材料工艺应满足设计要求和有关规范规定。近年来，由于预应力管桩质量稳定可靠、强度高、施工方便快捷、工期短等优点，被广泛应用于各类建筑工程的基础处理和加固。

3.3软土地基化学固结的处理技术。

化学固结处理技术，就是对软土地基利用化学方法进行地基处理固结，以加强其自身的稳定性。常见的方法有灌浆法、高压喷射注浆法、深层搅拌法。这几种化学固结方法对于软土处理机理相同，但作用不同。对于深层搅拌法来说，在进行软土处理的过程中，是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过深层搅拌，将地基中的软土和固化剂充分均匀结合，从而使固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土地基固化，变成具有良好整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。化学固结处理技术的主要功能就是加固加强地基，使软土固化，从而改善地质条件，提高地基基础的承载力。高压旋喷注浆法始创于日本，在化学注浆法的基础上，采用高压水流切割技术而发展起来的。高压喷射注浆是利用钻机成孔，把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为20Mpa以上的高压射流，从喷嘴中喷射出来浆液冲击切割土体，土粒在喷射流的冲击力，离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，浆液凝固后，便在土中形成一个固结体复合地基，从而提高地基承载力，减少地基的变形，达到地基加固的目的。高压喷射注浆法有：旋喷、定喷、摆喷；它的主要作用是加固地基，改良土质，防渗截水等；主要用于土体坝体加固、帷幕灌浆、固结灌浆等。灌浆法是将水泥砂浆、水泥浆、粘土浆、粘土水泥浆掺入各种化学浆料（比如木质素类、聚氨酯类、硅酸盐类）予以液化，通过气压或液压将其注入地基介质中或建筑物与地基的缝隙部位，从而达到加固地基的作用。灌浆法：主要作用是加固地基，改良地质，防渗截排等；主要应用于坝体加固（包括土坝、石坝、砼坝）、帷幕灌浆、固结灌浆等。

4、小结

总之，在水利地基工程处理技术中，掌握地基的条件要求，多方面核实实际地质情况和周边环境，通过经济、技术比选，合理选择适应于所建工程的地基处理方案。在施工过程中，应熟练掌握水利工程地基处理各种方法，严格工序管理，加强过程控制，严把质量关。把不良地基对建筑物或构筑物可能造成危害，消除在工程建设前期的各项管理工作中。确保把所做的水利工程建设成“功在当代、利在千秋”的惠民工程。