水利工程的基础概况和处理方法分析

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【摘要】本文主要阐述水利工程的基础概况和处理方法，保证水利工程建设施工的安全、可靠。

【关键词】水利工程;基础;处理方法

Basic overview and analysis of hydraulic engineering approach

Ruan Shi-bin

（MWR IOC Zhangweinan Wei River Engineering BureauPuyangHenan457000）

【Abstract】This article focuses on basic overview and treatment water conservancy projects， the construction of water conservancy construction ensure safe and reliable.

【Key words】Hydraulic Engineering;Foundation;Processing method

水利工程指为了控制、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）、水利发电工程、航运及城市供水、排水工程。水利工程的地基基础在水利工程中起到非常重要的作用，地基基础处理的主要功能是改善水利构筑物地基的物理和力学性能，增强水利工程的整体性，提升构筑物的防渗能力，确保水利工程主体构筑物的安全施工和运行。

1. 水利工程地基概况

随着国民经济建设发展的需求，还需不断地开发建设新的水利水电项目，今后将会遇到更多的不能满足建筑物要求的不良地基。不良地基是指由于地基的天然地质存在不足，如地质的硬度和承载力不足，不能满足上部构筑物的稳定性要求的地基。针于水利工程构筑物，不良的地基对水利工程构筑物的影响主要表现为以下方面：地形地质条件不良，抗滑能力、地质稳定性、地质安全系数均小于水利工程地基设计的设计值，产生原因主要是由于岩石与混凝土、岩石与岩石，或其他影响抗滑稳定的结构面，如不同倾角的断层带、节理裂隙带、软弱夹层、破碎带、古风化壳、溶蚀带等的抗压强度低，不能满足上部构筑物抗滑、稳定的要求，地基基础可能产生局部或整体剪切破坏：基础的沉陷量过大或不均匀性，地基基础产生这样的原因主要是岩（土）层本身的承载能力不足以满足建筑物的要求，或因地基基础岩（土）强度不一，分布不均匀或岩石地基中有软弱破碎带分布，在外荷载作用下，沉陷值或不均匀沉陷值超过容许值。如地基基础中的软弱岩石、淤泥质软士、断层破碎带、膨胀土、湿陷性黄土等，从而造成建筑物破坏、变形;基础渗漏量或水力坡降超过容许值，产生的主要原因是基础存在孔隙率大的松散砂、卵砾石层、强裂隙透水层、喀斯特渗漏带、构造破碎带以及其他强透水带，从而导致水库大量漏失、扬压力超限、或软弱透水层出现管涌等渗透变形，使基础遭到破坏;地基内无粘性土粉细砂层因振动（机械振动、地震等）可能产生液化，造成建筑物失稳破坏，或因震陷造成建筑物破坏。

2. 地基基础的处理方法

2.1CFG桩的应用。 水泥粉煤灰碎石桩（cement- flyash- gravelpile，简称CFG桩）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-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、混疑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-定的比例分配给桩及桩周土使二者共同受力，同时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，桩的加固作用：

（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有所增加，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隔低桩体强度，反而可以使土体强度恢复并超出原土体天然承载力。

（3）桩的预震效应。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水平向加速激振土体，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。提高了砂土抗液化能力。

（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，出现了应力集中现象，大部分荷载将由桩周和桩端承受，桩间土应力相应减小，于是复合地基的承载力比原有地基承载力有所提高。

（5）对桩周围土质的约束作用。在无侧向约束的土体，受荷后其侧向变形比有侧向约束的大，从而使垂直应力集中，由于CFG桩对桩周土体侧向变形的限制，使侧向变形减小，相应地也减小了垂直变形。

2.2预应力管桩。

（1）预应力混凝土管桩可分为后张法预应力管桩和先张法预应力管桩。先张法预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长混女凝土预制构件，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。

（2）管桩沉桩方法有多种，在我国国内施工过的方法有：锤击法、静压法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法等，而以静压法用得最多。由于柴油锤打桩时震动剧烈、噪音大，为适应市区施工需要，近几年来我国各地开发了大吨位的静力压桩机施压预应力管桩的工艺，静力压桩机又可分为顶压式和抱压式，抱压

式是桩机的夹板夹紧桩身，依靠持板的磨擦力大于入土阻力的原理工作，静力压桩机最大压桩力可达5000-6000KN，可将直径500mm、600mm的预应力管桩压到设计要求的持力层，从而大大推动了预应力管桩的应用和发展。随着国家出台《先张法预应力混凝土管桩基础技术规程》（DB33/10l6-2004），预应力混凝土管桩的工程勘察、设计、施工及工程质量检测等施工中的技术工作做出明确的规定。而高强度预应力混凝土管桩（PHC）主要有以下优点：单管桩的承载力较高，所以相应的单管桩承载力的造价就相对较低;对持力层起伏变化较明显的地质地形条件的适应能力很强;形成的管桩长度不受工程施工所用的机械设备的限制;预应力混凝土管桩身不仅耐打而且管桩的穿透能力非常强。

（3）预应力混凝土管桩施工方法有锤击法和静压法两种，锤击法沉桩具有施工速度快，工程质量较好等优点，静压管桩施工法主要是借助压桩机的自重和配重的重量，通过科学的压梁或压柱，向管桩顶部或通过侧面夹子夹住管桩本身，以便向管桩本身施加重压力，将管桩压入土（岩）层中。预应力管桩施工完成后，要及时进行管桩检测，普遍采用桩基高应变法和低应变法对单桩承载力和桩身完整性进行检测，预应力管桩的单桩承载力由桩端极限阻力和极限侧摩擦力组成。预应力管桩在水利工程中作为一种基础处理方法，在部分沿海地区逐步得到应用，《建筑基桩检测规范》（JGJl06-2003）保证了水利工程管桩基础处理的质量，为以后水利工程主体工程建设安全提供保障。

3. 水利工程地基处理技术发展

随着我国水利工程的不断发展，地基基础的处理技术也从施工工艺、施工材料和施工设备等方面得到了快速提升，但随着水利施工条件的不断变化和施工难度的不断加大，特别是与国外水利地基基础施工技术相比，我国水利地基基础施工技术的发展还存在很大的提升空间。要不断革新地基基础施工技术，特别是地质比较复杂的水利工程的施工，不仅要学习国外先进的施工技术，还要重视对传统技术的发展完善，进-步开发基础施工的新工艺、新材料和新设备，不仅要学习使用先进的TRD防渗墙技术和新型的防渗墙接头，也要充分利用混凝土灌注桩技术，并根据实际情况，因地制宜，采用科学、合理的地基施工技术，不仅要保证施工的质量，还得保证基础以上构筑物的施工安全和正常运行。随着国家对水利工程的不断重视，特别是大型的水利工程施工，宏大的水利工程、特殊的地质要求、复杂的施工技术和多元的施工条件的变化，不仅会给地基基础处理技术带来巨大的挑战，也会给地基基础处理方法带来发展的机遇。

[文章编号]1619-2737（2014）11-03-842