林 俊

( 江西省水利水電建設(shè)有限公司，南昌330025)

0 引 言

所謂水利工程，是指為調(diào)控和利用自然界的地下水及地表水而建設(shè)的各種水上工程，起到一種除害興利的作用。按照服務(wù)對(duì)象，水利工程可分為農(nóng)田水利工程、防洪工程、灌溉工程、水利發(fā)電工程、城市給排水工程及航運(yùn)工程等。在水利工程中，地基基礎(chǔ)的建設(shè)是其十分關(guān)鍵的一環(huán)，一是因?yàn)槠浔旧碓谡麄€(gè)工程中所起到的作用，一是因?yàn)槠漭^高的建設(shè)難度。總而言之，水利工程地基基礎(chǔ)建設(shè)的水平高低將直接關(guān)系到整個(gè)水利工程上部構(gòu)筑物能否安全施工及工程建成后的使用壽命。

由于水利工程所處位置的特殊性，各方面地質(zhì)情況一般不佳，大多數(shù)工程不得不在軟弱地基上施工。地基作為整體工程的基礎(chǔ)，是施工的重中之重，因此往往需花費(fèi)大量的人力物力和時(shí)間。同時(shí)，水利工程的地基常會(huì)受到汛期及工作面的限制，干擾大，工期緊。因此，若對(duì)水利工程地基處理方法加以研究，找出針對(duì)各種情況下合適的方法，確定行之有效的方案，則能在很大程度上減少資源的耗費(fèi)，大大加快工程的建設(shè)速度。

1 水利工程地基概況

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，不斷有新的水利工程項(xiàng)目陸續(xù)開工，將來也還會(huì)有更多的水利項(xiàng)目需開發(fā)建設(shè)，而水利工程通常位處地質(zhì)不良地段，亦即，今后將會(huì)有更多水利工程要在不能滿足承載要求的地質(zhì)不良地段進(jìn)行施工建設(shè)。不良地基對(duì)水利工程構(gòu)筑物的影響是多方面的:

1) 由于存在不同傾角的斷層帶、軟弱夾層、破碎帶等影響抗滑穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面，其抗滑能力、穩(wěn)定性均小于水利工程的設(shè)計(jì)值，不能滿足上部構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)要求，地基基礎(chǔ)容易產(chǎn)生局部甚至整體剪切破壞，造成工程事故;

2) 由于地基巖層或土層本身的承載能力不夠，或地基中存在軟弱破碎分布帶，基礎(chǔ)強(qiáng)度分布不均勻，在構(gòu)筑物自身及外荷載作用下，易致基礎(chǔ)沉降超限，或發(fā)生過大的不均勻沉降。如若地基中分布有軟弱巖石、斷層破碎帶、膨脹土或濕陷性黃土等，則容易發(fā)生上述現(xiàn)象，從而造成建筑物破壞;

3) 基礎(chǔ)中存在孔隙率較大的松散砂、強(qiáng)裂隙透水層、卵礫石層、喀斯特滲漏帶或其他強(qiáng)透水帶，基礎(chǔ)的水力坡度超過容許值，則容易導(dǎo)致水庫大量漏失，軟弱透水層出現(xiàn)管涌等病害，使基礎(chǔ)遭到破壞;

4)地基內(nèi)若分布有無黏性土粉細(xì)砂層，在機(jī)械振動(dòng)作用下或者遇到地震時(shí)，可能產(chǎn)生液化現(xiàn)象，造成建筑物的失穩(wěn)破壞。

2 地基基礎(chǔ)的常用處理方法

2．1 CFG 樁的應(yīng)用

CFG 樁，即水泥粉煤灰碎石樁，是一種高粘結(jié)強(qiáng)度樁，由水泥、粉煤灰、碎石和砂加水拌合而成。CFG 樁、樁間土體和褥墊層3個(gè)部分便構(gòu)成了CFG 復(fù)合地基。CFG 復(fù)合地基在工程實(shí)際中應(yīng)用廣泛，適用于處理黏土、粉土、人工填土、砂土和淤泥質(zhì)土等土層。長(zhǎng)螺旋鉆管內(nèi)泵壓是最常采用的施工工藝，此施工體系由混凝土泵、長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)、強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)配混凝土運(yùn)輸車幾部分組成。

CFG 樁復(fù)合地基由CFG 樁體、褥墊層和樁周土共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載。其原理為上部基礎(chǔ)傳來的荷載由褥墊層通過適當(dāng)?shù)淖冃伟匆欢ǖ谋壤峙浣o樁體及周圍土體，使得二者同時(shí)受力，樁通過周圍土體側(cè)應(yīng)力的增加而提高受力性能，同時(shí)周圍土的承載力也由于樁的擠密作用而顯著提高。

通過對(duì)CFG 樁復(fù)合地基3個(gè)部分的作用分別進(jìn)行分析，CFG 樁的加固作用如下:1) 對(duì)地基土有一定的擠密作用。由于振動(dòng)沉管樁的振動(dòng)作用和側(cè)向擠壓作用，對(duì)于散填土、粉土、松散粉細(xì)砂，可減小其樁間土的孔隙比，降低含水率，增大土的干密度和內(nèi)摩擦角，顯著改善土的物理和力學(xué)性能，提高土的承載力;2) 對(duì)樁周圍土質(zhì)的約束作用。土體無側(cè)向約束時(shí)，受荷載作用時(shí)其側(cè)向變形比側(cè)向有約束時(shí)要大，從而使垂直方向應(yīng)力集中。在CFG 樁復(fù)合地基中，由于樁限制了周圍土體的側(cè)向變形，使側(cè)向變形減少，同時(shí)垂直變形也相應(yīng)減少;3) 樁的預(yù)震效應(yīng)。在CFG 樁成樁過程中，有一步驟是用振沖器以一定的頻率加速激振土體，這不僅提高了填料和地基土的密實(shí)度，同時(shí)也使土體獲得強(qiáng)烈的預(yù)震，大大提高了砂土抗液化的能力;4) 置換作用。CFG 樁體在成樁過程中，水泥經(jīng)過與水和粉煤灰的一系列反應(yīng)，生成了不溶于水的結(jié)晶化合物，這種物質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定，更能顯著提高樁體的變形模量及抗剪強(qiáng)度，所以在荷載作下，CFG 樁的壓縮性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于樁間的土體。所以基礎(chǔ)傳與復(fù)合地基的荷載，將集中由樁體傳至樁周和樁端，而樁間土的應(yīng)力則大大減少，從而提高了地基的承載力;5) 樁體的排水作用。在成樁初期，通過在樁孔內(nèi)和周邊充填過濾性良好的粗顆粒填料，CFG 樁復(fù)合地基在地基中就形成了滲透性能良好的人工豎向排水、減壓的通道，方便孔隙水的排出，可有效避免振沖產(chǎn)生的超空隙水壓力的增高，既有利于水利工程地基的排水，又不至于降低樁體的強(qiáng)度，甚至可使土體強(qiáng)度超出原來的天然承載力。

2． 2 預(yù)應(yīng)力管樁

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件可分為先張法和后張法兩種，同樣的，預(yù)應(yīng)力管樁可分為后張法和先張法預(yù)應(yīng)力管樁兩種。管樁的沉樁方法多種多樣，目前國(guó)內(nèi)采用的方法有錘擊法、靜壓法、震動(dòng)法、中掘法及預(yù)鉆孔法等，在這些方法中，最常采用的是靜壓法。近幾年來，為適應(yīng)市區(qū)施工需要，針對(duì)柴油機(jī)捶打樁時(shí)振動(dòng)劇烈和噪音污染的問題，我國(guó)開發(fā)出了大噸位靜力壓樁機(jī)施壓工藝，最大壓樁力可達(dá)5 000 ～6 000 kN。高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁本身有很多的優(yōu)勢(shì):①單管樁的承載力較高，相對(duì)更加經(jīng)濟(jì)合理;②適用性強(qiáng)，尤其適用于持力層起伏變化明顯的地質(zhì)條件;③管樁長(zhǎng)度不受施工設(shè)備限制;④管樁穿透能力強(qiáng)，樁身強(qiáng)度大，耐打。

3 水利工程地基基礎(chǔ)密實(shí)處理

在工程建設(shè)中，地基變形沉陷有著十分嚴(yán)重的破壞作用。而造成這種情況的主要誘因即為地基基礎(chǔ)的密實(shí)度沒達(dá)到相關(guān)要求而致，以及地基基礎(chǔ)沒處理好其密實(shí)度問題而致。造成后者的原因相當(dāng)普遍，如防滲處理不當(dāng)，導(dǎo)致地基滲水嚴(yán)重，在水的長(zhǎng)期作用下，地基土體間的毛細(xì)力逐漸消失，土體的承載力將大大降低。而下降的程度則與土體的密實(shí)度息息相關(guān)。亦即，地基的密實(shí)度是地基承載力的一個(gè)直接影響因素。下面從地基形態(tài)方面對(duì)水利工程地基基礎(chǔ)處理方式進(jìn)行介紹。

3．1 平面地基基礎(chǔ)處理

所謂平面地基基礎(chǔ)處理，即將水漫灌于地基基礎(chǔ)表面，使得土體達(dá)到飽和狀態(tài)后，土體間毛細(xì)力逐漸消失，并在自重作用下緩緩下沉，從而重組土體顆粒的配比。跟泥沙沉淀原理同理，這個(gè)過程也需要較長(zhǎng)的時(shí)間。為防止上層地基粗化，影響其密室度，在沙礫卵石地基中，需在地基表層及時(shí)補(bǔ)充相應(yīng)粒徑的沙粒和卵石。待到灌水處理完畢，要對(duì)地基基礎(chǔ)再次進(jìn)行夯實(shí)，保證地基基礎(chǔ)的密實(shí)度。

3．2 坡面地基基礎(chǔ)處理

與平面地基基礎(chǔ)處理相比，坡面地基基礎(chǔ)的地貌基礎(chǔ)特征不同，因此上述的水漫灌注的方法難以實(shí)行。一般情況下，對(duì)于坡面地基基礎(chǔ)，常通過在坡面一定高程處開挖滲水溝，并將水灌入水溝，以達(dá)到使地基基礎(chǔ)土體飽和后在自重作用下下沉密實(shí)的效果。同時(shí)，開挖滲水溝將不可避免的會(huì)對(duì)坡面基礎(chǔ)土體的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，為減少這種不利因素的作用，應(yīng)該盡量減少滲水溝的斷面尺寸。

再者，觀察坡面地基基礎(chǔ)土體是否達(dá)到飽和標(biāo)準(zhǔn)的方法也不同于平面基礎(chǔ)，對(duì)一般黏粉地基，坡面出現(xiàn)散浸即達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)沙礫卵石地基，則需坡面不出現(xiàn)流砂才可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。在飽和過程結(jié)束后，要對(duì)地基進(jìn)行反復(fù)夯實(shí)，保證地基的密實(shí)度。

4 水利工程地基處理技術(shù)的發(fā)展

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的快速發(fā)展，各項(xiàng)技術(shù)也處于日新月異，迅速創(chuàng)新完善的過程中，地基基礎(chǔ)的處理水平同樣得到了快速提高，從施工工藝、設(shè)備、材料等方面得到全方位的改進(jìn)和創(chuàng)新，但隨著水利施工要求的提高和施工難度的不斷加大，我們?nèi)孕璨粩喔镄碌鼗A(chǔ)施工技術(shù)。尤其是和國(guó)外相比，我國(guó)相應(yīng)的施工技術(shù)還存在著很大的發(fā)展空間。尤其是對(duì)于地質(zhì)較為復(fù)雜的水利工程施工更要重視，不僅要引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的施工技術(shù)，也要不斷發(fā)展和完善國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)技術(shù)，重視對(duì)基礎(chǔ)施工的新材料、新設(shè)備和新工藝的開發(fā); 著力將新型的防滲墻接頭以及TRD 防滲墻技術(shù)應(yīng)用到工程實(shí)際中，同時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況，充分利用已較為成熟的混凝土灌注樁技術(shù)，因地制宜，合理、科學(xué)地采用地基基礎(chǔ)施工工藝，確保施工的質(zhì)量，使地基基礎(chǔ)以上的建筑物的安全運(yùn)行得到保障。隨著國(guó)家對(duì)于水利工程重視程度的不斷加強(qiáng)，特別是對(duì)于大型的水利工程，其體形的宏大、地質(zhì)條件的特殊性、施工技術(shù)的復(fù)雜性、施工條件的多元化等，都給地基基礎(chǔ)處理技術(shù)帶來了很大的挑戰(zhàn)，但同時(shí)這也是地基基礎(chǔ)的處理工藝取得迅速突破的一個(gè)契機(jī)。

5 結(jié) 語

隨著水利工程建設(shè)的日益發(fā)展，其建設(shè)水平和規(guī)模在我國(guó)取得了巨大的發(fā)展，各種水利工程地基的施工與處理技術(shù)也在漸漸的改進(jìn)并完善。地基基礎(chǔ)的處理在水利工程施工中顯得尤為重要，特別是在地質(zhì)條件復(fù)雜或者生態(tài)脆弱的地區(qū)，基礎(chǔ)處理就顯得更為重要，它不僅能保證水利工程上部構(gòu)筑物施工的正常開展，而且關(guān)系到整個(gè)水利工程是否可靠和安全。作為水利工程的研究人員，對(duì)于水利工程地基技術(shù)的研究要不斷地創(chuàng)新，以滿足如今越來越復(fù)雜的施工條件要求。

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