浅谈水利水电基础工程施工中有关不良地基处理的新技术

第１２卷　第７期　２０１２笠　中　国水运　Ｖｏ１．１２　ＪｕＩＹ　Ｎｏ．７　７月　Ｏｈ　ｉ　ｎａ　Ｗａｔｅｒ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　２Ｏ１２　浅谈水利水电基础工程施工中　有关不良地基处理的新技术　田献文，孟磊，施观宇　（邢台市朱庄水库管理处，河北邢台０５４０００）　摘要：进入本世纪以来，我国国民经济发展迅速，为满足日益增强的水利水电需求，我国对建设水利水电工程投　入逐步加大。在工程建设中为了获取更多的水利资源，有时需要充分利用不良地基来进行工程建设。不良地基抗滑　稳定安全系数低于设计规定值，地质条件较差，不良地基会因震陷造成建筑物破坏或因振动造成建筑物失稳破坏等　诸多问题，只有经过有效处理，才能进行水利水电基础工程建设。文中就几种处理不良地质的方法展开讨论，特别　是对软弱夹层地基的处理方法进行了详细论述。　关键词：水利水电；基础工程施工；不良地基处理　中图分类号：ＴＶ５４３．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－７９７３（２０１２）０７－０１　７６－０２　有些地基存在天然性能缺陷，称为不良地基，对水利水　电工程建筑的稳定性造成很大影响。主要表现在水力坡降或　基础渗漏量超过容许值，基础不均匀性或沉陷量过大。　一由淤泥、淤泥质土或其他高压缩性土结构组成压缩层的　地基称为软土地基，软土地基的承载能力很低，通常≤　５０ｋＮ／ｍ。，这种地基层不符合水利水电工程建筑物对地基的　要求，因此需要对软土层进行处理。　１．软土基础的特性　、强透水层的防渗处理　就大坝而言，砾石、刚性坝基砂、卵属于强透水层，通　常情况下采取的清除方法都是开挖，由于土坝坝基砂、卵、　砾石的透水性比较强，所以，对于水的流失量较大，而且容　（１）低抗剪强度。当出现外部荷载时，如果软土是处于　软塑一流塑的状态，就会大大降低软土的抗剪性。随着逐步　增加的有效压力，如果软土层本身包含排水出路，软土层会　逐步形成固结。相反的，倘若软土层的排水出路很差的话，　一易造成管涌，扬压力不断增大，给建筑物的稳定性带来影响，　对于这种现象都采用防渗处理。其方法包括：　（１）通过帷幕后排水减压进行反滤层，铺盖坝前混凝土　或者粘土，使渗径延长。　（２）对水泥或者粘土进行帷幕灌浆。　旦增大荷载，也会大大衰减强度。　（２）低透水性。因为软土层含水量很高，当渗透系数ｋ　≤１（ｍｍ／ｄ）时，就会严重影响到软土层的透水性。因此，　当荷载作用过强时，就会增高孔隙水压力，进而严重影响到　地基的压密固结性能。　（３）修筑水泥防渗墙，可采用高压喷射灌浆方法。　（４）防渗墙的修筑还可采用回填粘土活混凝土的方法。　（５）截水墙的构筑可首先开挖清除掉透水层的砾石、卵、　砂然后进行混凝土活粘土回填。　二、可液化土层的处理　（３）空隙比例大，天然含水量较高。在我国，软土天然　孔隙比ｅ通常是在１和２区间，而淤泥和淤泥质土的天然含　水量ｗ则是在５０％到７０％之问，这样通常会超出液限很大　一在静力或振动力的作用下，赋存在少粘性土层或无粘性　土层中的孔隙水的压力不断上升，抗剪强度瞬时消失的土层，　由于土层的液化会导致地基下沉凹陷、滑动且失去稳定性、　对地面的建筑物造成危害。一般的处理方法是：首先挖除可　液化土层，将防渗性能好或其他强度较高的材料置入其中。　部分，最高可以超出２００％。　２．处理软弱地基之方法　在日程时间中我们主要通过排水固结法来稳固淤泥软粘　土地基，具体的施行措施为：　（１）换土法。此种措施的关键点在于对淤土层的换土操　然后采取分层振动或者振冲挤密的方式将其夯实。其次用混　凝土封闭四周围墙，以防其向四周流动。最后，穿过可液化　土层设置砂井、灰土桩或砂桩。　三、软弱夹层基础的处理　收稿日期：２０１２—０３—２９　作。也就是说，当淤土层地基厚度不能够满足建筑设计要求　时，可以换填砂壤土、灰土、粗砂、水泥土及采用沉井基础　等措施来稳固地基。　（２）强夯法。此种措施的关键点在于对地基的夯实操作，　作者简介：田献文（１９７８一），男，河北省邢台市人，邢台市朱庄水库管理处工程师，主要从事工程管理、水资源保护工作孟保护工作。　。　磊（１９７３一），男，河北省邢台市人，邢台市朱庄水库管理处工程师，主要从事工程管理与施工及水资源　施观宇（１　９８３一），男，山东临清人，邢台市朱庄水库管理处助理工程师，主要从事水利工程施工、管理及大　坝观测方面的研究。　第７期　田献文等：浅谈水利水电基础工程施工中有关不良地基处理的新技术　１７７　主要适用于河流冲积层、滨海沉积层，或者由黄土、粉土、　泥炭、杂填土等构成的地基，具体的操作方法为，将一定重　力墙的方法来应对高倾角软弱带位于坝肩特别是拱坝坝肩时　的情况。而当破碎岩体自身稳定性没问题时，可采用设置混　凝土防渗墙的方法防止重力坝破碎岩体坝肩渗流。此外，设　量的夯锤挂在适宜的高度，让锤做自由落体运动，达到夯实　土质的目的。　置防渗齿墙或者清除松散体回填混凝土来防治坝基裂隙带密　集发育时出现渗流。　（２）缓倾角软弱带处理　采用混凝土填补方式清除软弱带的影响。如果遇到软弱　带上层岩体不易粉碎破除，或是整体开挖的情况下易造成工　作量过大的情况，可选用下面两种工作方式来完成相应的挖　（３）旋喷法。此种措施在于防止地基渗水，具体操作措　施为：当旋喷机的特殊喷嘴进行预先放置于土层的预定结构　中，然后缓缓的将喷嘴提升，此时喷嘴内就会产生高压，在　高压的作用下，水泥与固化浆液与土体之间的结合将会更为　紧密，进而能够达到提高地基强度与密度的作用，从而有效　的控制了地基渗水问题。　（４）振动水冲法。此种方法与换土法较为类似，具体的　操作措施为：利用振冲器的工作原理在已有的地基上进行打　孔操作，而后利用填充砂、碎石对孔进行回填，接下来对地　基进行夯实，这样地基的强度就会有所提升。　（５）特殊材料加固法。此种方法中所用到的特殊材料为　土工合成材料，其具体的操作措施为，土工合成材料的优点　就是能够对破坏面起到组织的作用，故可以利用土工合成材　料在地基可能出现破坏的位置上进行平铺以达到提升地基的　承载力的目的。　（６）灌浆法。此种方法就是利用建筑材料混合浆液的固　化特性，结合气压、液压以及电化学的原理，将混合浆液注　入到建筑物得地基介质中，从而达到地基加固的目的。建筑　混合浆液一般是由泥砂浆、水泥浆以及各种化学浆材构成。　（７）硅化加固法。采用化学材料注入的方式，促使所注　入的化学材料与地基发生化学反应，使其产生强度高的物质。　此种措施中所采用的化学材料为硅酸钠（Ｎａ。Ｏ・ｎＳｉＯ。）溶　液与氯化钙（ＣａＣ１。）溶液。此种方法存在的弊端是操作成　本较高，而且耗能也较高，因此此种方法在实际的工程中很　少运用。　（８）加筋法。此种方法是利用土工材料的抗拉性能，将　其埋置在地基土层中，促使土质与加筋材料融合，形成一个　完成的结构体，进而达到了稳定地基整体强度结构的目的。　一般来说，加筋法最重要的作用就是能够减少地基的整体变　形。　（９）桩基法。此种方法主要是利用淤土地基结构比较疏　松的特点，在原有地基的基础上，打入强度较高的水泥桩，　进而增强地基的强度。此种方法较为简单，且操作方便，因　此在实际的建筑工程中较为常用。　３．地基基础软弱带按其倾角大小可分为高中倾角软弱带　和缓倾角软弱带，其对建筑物的影ｖ向是不同的，处理的方法　也不一样　（１）高倾角软弱带处理　开挖出宽度为１—１．５倍的软弱带，两侧边坡开挖比例为　１：１—１：１．５之间，做成混凝土塞。当软弱带具有较大宽度且　较宽松时，可以使用混凝土拱或者混凝土梁，通过这种方法　可使两侧完整岩体有效分担上部荷载。对于土坝坝基软弱带，　可采用阻水盖板的方法，可清除部分软弱带后回填粘土活混　凝土以防止渗流淘刷坝身填士。通过设置防渗齿墙或者开挖　防渗井回填混凝土的方法，防止软弱带与库水相通的上游端　发生渗流。可采用设置预应力锚固、传力框架或者混凝土传　除及填补灌浆操作：１）平硐；２）竖井。选用平硐或竖井的　工作方式时，因采用高压喷射方式排除软弱物质，所以需穿　过软弱带设置防滑齿墙。而在回填或灌注过程中，为加强建　筑物的牢固程度，应预先对软弱带所在位置的填充物进行锚　固处理。即在穿过软弱带的位置钻孔或挖井，以钢筋混凝土　填充，增强和后续填充物的连接，以加强填充物整体应力。　四、淤泥质软土影响的解决方法　淤泥和淤泥质土等统称为淤泥质软土，外观多为软塑状　及流塑状。其工程特性表现为天然含水量高于液限，孔隙比　大于等于１０、不易渗透，抗剪强度低、承载力差、变形量大　等。因其兼具触变、流变、不均匀性等性质，所以容易在高　压情况下出现压缩变形、侧向膨胀等情况，这些都会造成建　筑物失稳。在水坝坝基建造过程中，针对淤泥质软土的处理　常采用下列方法：（１）封闭并固化淤泥质软土，减小压缩变　形；　（２）预留沉陷量；　（３）排水固结；　（４）扩大基础面　积或采用其他基础形式；　（５）抛石挤淤；　（６）砂井排水；　（７）软基砂垫层置换；　（８）开挖清除；　（９）镇压层法，　提高稳定性，解决失稳，边坡坍塌问题。　五、深覆盖层处理方法　深覆盖层一般具备松散、空隙比大、渗透性强、易受外　力影响产生压缩变形和渗漏等特性，如若其中含有软弱夹层，　更会影响抗滑稳定性，继而影响工程质量。所以，当地基所　在地因为含厚度层较大的砾石层、碎石层、河床冲积层、泥　石堆积层、洪积物层或其他冲击堆积层而不方便进行全部开　挖清除时，多采用下列方法进行处理：　（１）改变受力情况，　如采用摩擦桩基。　（２）铺盖防渗复合土工膜。　（３）筑防渗　墙。（４）灌浆法建造防渗帷幕或使破碎岩体形成整体减小水　的渗透。　（５）夯实土体覆盖层，增强稳定性。　六、坝基涌泉处理方法　坝基涌泉具有很大危害性，往往是由基岩裂隙或其他松　散土层中渗出或突然冲入基坑中。坝基涌泉的存在增加了水　工建筑物的渗漏条件，会给施工及工程处理带来很多难于解　决的问题（如混凝土浇筑困难），更有可能造成流土破坏及　坝身不稳，影响安全运行。处理坝基涌泉常用方法如下：　（１）基岩涌泉。对于此种方式的涌泉，多采用填筑法，　先设置好防渗体，做好防渗准备，然后填筑由细到粗的碎石　及石块。在此过程中可能会遇到涌水量大的情况，可先对其　进行引流，待满足填筑条件后再予以处理。　（２）涌泉出口安装单向逆止阀门。工程建设过程中，会　因选址的不同而需要对不同的地基基础进行处理，可能面临　的选择方法有很多，但需要根据建筑物本身（下转第１　９９页）　第７期　柴冰：钢箱梁的吊装与顶推过程中的测量监控与安全措施　１９９　和施工坐标值，以便施工时方便对照。　焊接施工平台支墩顶面按顶推阶段标高放样，吊机将运　梁车上的钢梁节段垂直起吊至安装处，再临时连接板螺栓孔　眼内部分打入冲钉部分穿上螺栓，测量轴线、标高，符合要　求后拧螺栓，保证该段定位准确。　吊装测量要点：１）轴线——平曲线及旁弯控制，２）箱　体及翼板对称点标高——扭转控制，３）桥面中线标高——竖　曲线及上翘下挠控制。　线与支座上摆中心偏差，桥轴线上每２ｍ分点标高值（与设　计值比较），梁长等。　三、安全保证措施　（１）在施工中严格按照顶推方案施工设计图要求搭设临　时支墩、支架。尤其是沪宁高速公路中央分隔带处临时支墩　及滑道施工，需要先申报方案，待方案批复后，在交通部门　实施临时交通管制下组织施工。　（２）加强领导，健全组织。项目经理部、工区、施工队　对每节段的测点进行全过程跟踪观测与控制，同时随时　掌握临时支墩偏位情况。　３．顶推施工中的测量监控　钢梁在行进过程中需及时进行横向偏位纠正；　成立安全领导小组。各施工队设专职安全员，制定严格的安　全措施，定期分析安全生产形势，充分发挥各级质检人员的　监督作用，研究、解决施工中存在的问题，及时发现和排除　安全隐患。　控制钢梁前进过程中轴线偏位，及时告知进行纠偏；　控制各对称点标高，防止出现支墩偏载；　对各类支墩进行监控，防止沉降量过大，防止出现倾覆　和滑。　（３）严格安全监督，完善安全检查制度。各级安全生产　领导小组要定期组织检查。各级安全监督人员要经常检查，　发现问题及时纠正，真正把事故消灭在萌芽状态。　（４）按施工组织设计和工艺流程科学组织施工。严格工　序衔接，严格操作规程，严禁各种违章指挥和违章作业行为　的发生。　具体监控步骤为：　（１）临时支墩、顶推滑道的测量　根据钢箱梁顶推施工的走行线形要求，计算所有支墩的　（５）所有施工设备和机具在使用前均必须由专职人员负　责进行检查、维修、保养状况良好。架子工、起重工、电工、　电焊工等主要工种必须经过培训并经过考核取得合格证，方　可持证上岗操作，杜绝违章作业。　（６）夜问施工要有良好的照明设备，危险地段设危险标　志，施工地段设置缓行标志，并在交叉路口配备足够的值勤　人员，组织好过往的车辆，确保人员车辆的安全。　坐标以及滑道顶的控制标高，并复核无误。施工现场安排专　人测控，确保点位、标高的准确。　（２）钢箱梁节段拼装时的测量　复核钢箱梁顶推滑道的线形是否与设计相符，标高是否　达到施工控制精度要求，无误后用１：１的比例在平台上放　出钢箱梁各节段的梁底大样、梁段拼装接缝、箱底中心，然　后吊装钢箱梁节段，钢箱梁放置时应与划出的梁边线、梁端　线重合。　（３）钢箱梁顶推过程中的测量　（７）加强安全防护，工地要求设置醒目的安全警戒标志，　通道两侧设置安全防护标志。桥梁作业要设立安全栏杆、安全网，　施工人员要戴安全帽，系好安全带，脚手架、脚手板要搭设牢固，　跨沪宁高速公路桥上设置防落网，保证过往车辆的安全。　（８）抓好现场管理，坚持文明施工，保障人身、机械和　器材的安全。　顶推钢箱梁前，先在平曲线的圆心上设立观测点，然后　在钢箱梁顶的线路中心线上每隔１０ｍ间距设一观测小棱镜。　钢箱梁顶推过程中，用全站仪观测钢箱梁线路中心线上布设　的小棱镜，可以随时计算、测量钢箱梁的偏位情况，并可及　时进行纠偏。　４．落粱施工测量监控　（９）加强和沪宁高速公路管理处的联系，共同作好跨沪　宁高速公路分离式立交桥施工中的安全防护、车辆畅通工作。　四、结束语　钢梁顶推初步到位后，安装支座，准备落梁；　钢箱梁顶推到位，调整梁端线、梁边线精度满足设计及　施工规范要求，然后采用千斤顶起梁，准确量测支座位置及　上座板螺栓孔位置后安装支座，支座位置、标高经复核无误，　匀速缓慢的落梁于永久支座上。　落梁过程的测量内容：整体轴线偏差、底部支撑点十字　南京四桥麒麟互通Ｇ、Ｈ匝道钢箱梁桥的吊装、顶推成功，　是首次在公路桥梁上采用自有结构作为导梁顶推成功的钢箱　梁桥，在吊装和顶推准备阶段，施工阶段以及落梁校正阶段测　量监控在技术上保证了吊装与顶推的顺利进行，合理的安全保　证措施既没影响沪宁高速的正常交通通行，又是各个工序有序　有效的顺利进行，取得了良好的经济效益及社会效益。　（上接第ｌ７７页）的建筑条件进行详细的分析，以便确定不　［２】王晓华．高压喷射注浆在海勃湾电厂贮灰场中的应用　Ｕ１．山西建筑，２００７，（０２）．　良因素对建筑物的影响程度究竟有多大，依此作为依据，在　选用处理方法时，综合考虑工程条件，以方便，可靠，经济　合理性为先决条件，优选适用于工程本身的处理方法，满足　施工进度要求。　参考文献　『１１丁友斌，刘军号．用防渗墙对土石坝进行加固的质量控制　【Ｉ１．安徽水利水电职业技术学院学报，２００６，（０３）．　【３１黄之历．高压旋喷连续防渗墙在广慈水库工程大坝地基处　理中的应用　７ｇ￣－ｌ，建设与管理，２０１０，（０２）．　［４】朱录才．浅谈深层搅拌防渗墙在水库除险加固中的应用　Ｕ】．中国科技信息，２０１１，（０２）．　［５】周进春，李刚．刍议重力坝地基处理Ｕｊ．黑龙江水利科技，　２００９。（Ｏ１）．