水工建筑物地基处理工程要点

【水利知识分享】水工建筑物地基处理工程要点

水利水电工程地基处理是确保建筑物安全稳定运行的关键环节，直接关系到工程的整体质量和长期耐久性。地基处理的目的是改善地基的工程性质，使其满足承载力、抗渗性、整体性和耐久性的基本要求。

一、地基基础要求与处理方法

1.1 地基分类与基本要求

水工建筑物的地基分为岩基和软基两大类型。岩基由岩石构成，又称硬基；软基由淤泥、壤土、砂、砂砾石、砂卵石等构成，可细分为砂砾石地基和软土地基。

• 砂砾石地基：空隙大、孔隙率高，渗透性强
• 软土地基：孔隙率大、压缩性大、含水量大、渗透系数小、承载能力差、沉陷大、触变性强

水工建筑物对地基基础有四项基本要求：

• 足够的强度——能够承受上部结构传递的应力
• 足够的整体性和均一性——防止基础滑动和不均匀沉陷
• 足够的抗渗性——避免严重渗漏和渗透破坏
• 足够的耐久性——防止地下水长期侵蚀破坏

1.2 地基处理的基本方法

水利水电工程地基处理的基本方法主要有开挖、灌浆、防渗墙、桩基础、锚固，以及置换法、排水法、挤实法等，共十种方法：

• 开挖：将不符合设计要求的覆盖层、风化破碎岩层挖掉，是最通用的地基处理方法
• 灌浆：利用灌浆泵压力，将水泥浆液或化学浆液灌注到岩石裂隙、洞穴中，达到加固、防渗目的。化学灌浆成本高、工艺复杂，一般先进行水泥灌浆再在其基础上进行化学灌浆
• 防渗墙：使用专用机具钻凿圆孔或开挖槽孔，以泥浆固壁，浇灌混凝土形成连续地下墙体
• 桩基础：将建筑物荷载传到深部地基，起增大承载力、减小沉降作用，包括打入桩、灌注桩、旋喷桩和深层搅拌桩
• 锚固：将受拉杆件一端固定于岩土体中，另一端与工程结构连接，利用锚固结构抗剪抗拉强度改善岩土力学性质
• 置换法：挖去软弱土层，换填无侵蚀性低压缩性散粒材料，加速软土固结
• 排水法：通过砂垫层、排水井、塑料多孔排水板等形成排水通道，加速土壤中水分排除
• 挤实法：将砂、碎石或生石灰等填料用冲击、振动方法压入土中形成柱体，挤实原土层增加地基强度
• 沉井基础：适用于水闸基础遇开挖困难的淤泥、流砂情况，为矩形或四角修圆的筒状结构物
• 强夯：利用重锤从高处自由落下产生的冲击力夯实地基，砂性土地基中效果较好，夯点平面布置一般为正方形或三角形

1.3 混凝土重力坝与拱坝的地基处理

混凝土重力坝地基处理的主要目的是提高岩基的不透水性、强度和整体性，主要措施包括：

• 坝基开挖与清理：将表层风化破碎岩层挖除，基岩轮廓尽量平顺避免应力集中。开挖至设计岩基面0.5～1m时采用手风钻钻孔、小药量爆破；遇易风化页岩、黏土岩时保留0.2～0.3m保护层
• 坝基固结灌浆：提高岩基整体性、抗压抗剪强度和弹性模量，减小坝基渗漏
• 防渗帷幕灌浆：在坝踵处自岩基面向深层钻孔灌浆，形成防渗结构，减小坝底扬压力和渗透量
• 坝基排水：在帷幕下游钻设主排水孔幕和辅助排水孔，渗水汇入集水井抽排至坝外
• 断层破碎带处理：无法挖除时做混凝土塞或混凝土拱加固

拱坝坝基开挖除与重力坝基本相同外，还要求整个坝基面平顺无突变，岩基面起伏差应小于0.5m，不宜挖成台阶状。

二、灌浆施工技术

2.1 灌浆分类

灌浆按浆液材料分为水泥灌浆、黏土灌浆和化学灌浆；按目的分为帷幕灌浆、固结灌浆、接触灌浆、接缝灌浆、回填灌浆、预应力灌浆和补强灌浆；按地层分为岩石地基灌浆、砂砾石地层灌浆和土层灌浆；按压力分为常压灌浆和高压灌浆（压力在3MPa以上）。

岩基灌浆时，一般先进行固结灌浆，后进行帷幕灌浆，以抑制帷幕灌浆时地表抬动和冒浆。

2.2 灌浆方式与方法

灌浆方式有纯压式和循环式两种：

• 纯压式：浆液注入后不再返回，设备简单、操作方便，但浆液易沉淀堵塞，多用于吸浆量大、有大裂隙且孔深不超过15m的情况
• 循环式：浆液通过射浆管注入孔底，部分返回拌浆筒保持循环流动，可防止水泥沉淀、灌浆效果好，帷幕灌浆优先采用

灌浆方法按钻灌顺序分为全孔一次灌浆法和分段钻灌法。分段钻灌法又分为自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法、综合灌浆法和孔口封闭灌浆法。基岩段长小于6m时采用全孔一次灌浆法，大于6m时采用分段灌浆法。

2.3 帷幕灌浆

帷幕灌浆是形成地下防水幕以减小渗流量或降低扬压力的关键工艺。施工工艺包括钻孔、裂隙冲洗、压水试验、灌浆和质量检查。

施工要点：

• 钻孔孔位偏差不应大于10cm，终孔孔径不宜小于φ56mm
• 裂隙冲洗压力为灌浆压力的80%，不大于1MPa，冲洗至回水澄清或不超过20min
• 压水试验压力为灌浆压力的80%，一般不大于1MPa
• 灌浆按分序加密原则进行，三排孔帷幕先灌下游排、再上游排、最后中间排
• 灌浆段长宜为5～6m，最长不大于10m；接触段段长宜为1～3m
• 普通水泥浆液水胶比采用5、3、2、1、0.7、0.5六级，由稀至浓逐级变换

结束标准：在最大设计压力下，注入率不大于1L/min时，继续灌注30min可结束灌浆。

质量检查：以检查孔压水试验成果为主要依据，检查孔应在灌浆结束14d后进行。合格标准为接触段透水率合格率100%，其余段合格率不小于90%，不合格试段透水率不超过设计规定的**150%**且分布不集中。

2.4 固结灌浆

固结灌浆目的是提高岩体整体性和抗变形能力，宜在有盖重混凝土条件下进行。混凝土坝盖重厚度1.5m以上，盖重混凝土达**50%**设计强度后方可钻灌。

• 浆液水胶比采用3、2、1、0.5四级，开灌水胶比选用3
• 结束标准同帷幕灌浆：注入率不大于1L/min时继续灌注30min
• 质量检查优先采用检测岩体弹性波波速法，检测在灌浆结束14d后进行；也可采用钻孔压水试验，在灌浆结束7d或3d后进行，检查孔不少于灌浆孔总数的5%，合格率达**85%**以上

2.5 高压喷射灌浆

高压喷射灌浆（高喷）采用20～40MPa的高压水或浆液通过喷嘴喷射冲击破坏土体，形成桩柱或板墙状凝结体，适用于淤泥质土、粉质黏土、砂土、砾石、卵碎石等松散透水地基的防渗工程。

四种基本方法对比：

方法	压力/参数	桩径/延伸长度
单管法	浆液压力 20～25MPa	桩径 0.5～0.9m，板状延伸 1～2m
二管法	浆液 20～25MPa + 压缩空气 0.7～0.8MPa	桩径 0.8～1.5m
三管法	水 30～50MPa + 气 0.7～0.8MPa + 浆液 0.2～0.7MPa	桩径 1.0～2.0m
新三管法	高压水气切割 + 高压浆气二次喷射，喷嘴间距 0.5～0.6m	更大半径，适用于含密实充填物的大粒径地层

高压喷射灌浆的喷射形式包括旋喷（形成柱状体）、摆喷（形成哑铃体）、定喷（形成板状体）。施工按分排分序原则，先下游排、后上游排、最后中间排。

质量检查：围井检查宜在高喷结束后7d进行，开挖取样宜在14d后进行；钻孔检查宜在高喷结束后28d进行。

三、防渗墙施工技术

3.1 防渗墙类型

水工混凝土防渗墙按墙体结构形式分为桩柱形、槽孔形和混合形三类，其中槽孔形使用最为广泛。按墙体材料分为普通混凝土、钢筋混凝土、黏土混凝土、塑性混凝土和灰浆防渗墙。按布置方式分为嵌固式、悬挂式和组合式防渗墙。

薄防渗墙成槽方法有薄型抓斗成槽、冲击钻成槽、射水法成槽和锯槽机成槽等，槽孔孔斜率不应大于4‰。

3.2 施工程序

槽孔形防渗墙施工程序：平整场地 → 挖导槽 → 做导墙 → 安装挖槽机械设备 → 制备泥浆注入导槽 → 成槽 → 混凝土浇筑成墙。

3.3 质量检查

防渗墙质量检查包括工序质量检查和墙体质量检查两部分：

• 终孔检查：孔深、孔斜率、槽宽、孔形、嵌入基岩深度、槽孔间套接厚度
• 清孔检查：接头孔刷洗质量、孔底淤积厚度、泥浆密度/黏度/含砂量
• 浇筑检查：导管布置与埋深、混凝土面上升速度、钢筋笼及预埋件安装
• 墙体检查：成墙28d后进行，采用钻孔取芯、注水试验等方法，检查孔数量为每15～20个槽孔1个
• 抗压强度试件每个墙段至少1组（大于500m³的墙段至少2组），抗渗试件每8～10个墙段1组

总结

地基处理是水利水电工程施工中技术含量高、质量要求严的关键工序。从地基分类到十种基本处理方法，从岩基灌浆到高压喷射灌浆，从防渗墙类型到成墙后全方位质量检测，每一个环节都需精确把控。帷幕灌浆的分序加密、固结灌浆的波速检测、高喷灌浆的多工法选择以及防渗墙的槽孔精度控制，构成了地基处理技术体系的核心。掌握这些核心技术要点，是确保水利水电工程地基安全稳定、耐久可靠的基础。