水利基礎(chǔ)處理工程

第三章基礎(chǔ)處理工程

水工建筑物的基礎(chǔ)，按照地層的性質(zhì)可分為兩大類型：①巖基②軟基（包括土基和沙礫石基）。一．各類型的水工建筑物對地基基礎(chǔ)的要求

1．具有足夠的強度，能夠承受上部結(jié)構(gòu)傳遞的應(yīng)力；

2．具有足夠的整體性和均一性，能夠防止基礎(chǔ)的滑動和不均勻沉陷；

3．具有足夠的抗?jié)B性和耐久性，防止發(fā)生嚴重的滲漏和滲透破壞及地下水的侵蝕破壞。二．地基處理的方法

1．地基開挖：在地基范圍內(nèi)將不合設(shè)計要求的覆蓋層、分化破碎有缺陷的巖層挖掉，是一種最通用可靠的處理方法

2．斷層、軟弱夾層、破碎帶處理方法

砼塞、砼拱、截水槽、防滲墻常用

巖溶處理可用堵、鋪、截、圍、導(dǎo)、灌

3．砂礫石、軟土地基處理

防滲：截水槽、打板樁、防滲墻

加固：預(yù)壓、換砂、砂井、振動密實、打樁、灌漿等

第一節(jié)壩基巖石灌漿一．巖基灌漿的分類及部位

巖基灌漿按目的可分為帷幕灌漿、固結(jié)灌漿和接觸灌漿。1．帷幕灌漿：①目的：減少壩基的滲流量、降低滲透壓力，保證地基的滲透穩(wěn)定。

②部位：布置在壩基迎水面下的基礎(chǔ)內(nèi)，形成一道連續(xù)而垂直或向上游傾斜的幕墻。

③特點：孔較深，通常要求孔深入到巖基，多采用單孔灌漿，使用的灌漿壓力較大；斜幕一般比直幕效果好，但施工較復(fù)雜；

灌漿時間應(yīng)在水庫蓄水前完成；通常都在基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)進行，廊道尺寸通常寬2～3m，高3～4m。(圖3-1)2．固結(jié)灌漿：

①目的：提高和改善巖基的物理力學(xué)性能(強度和整體性)，減少開挖深度，增強防滲效果。

②部位：灌漿的范圍主要根據(jù)大壩地基的地質(zhì)條件、巖石破碎情況、壩型和基礎(chǔ)巖石應(yīng)力等條件而定。

③特點：孔深一般為5～8m，也有深達15～40m；孔在平面上呈網(wǎng)格交錯布置，通常采用群孔沖洗和群孔灌漿；灌漿時間多是在基礎(chǔ)開挖和壩基基礎(chǔ)部位混凝土澆筑等工序間穿插進行。3．接觸灌漿：

①目的：加強壩體混凝土與岸坡或地基之間的結(jié)合能力，提高壩體的抗滑穩(wěn)定性，同時也能增加巖基的固結(jié)強度和防滲性能

②部位：在固結(jié)灌漿部位，可結(jié)合固結(jié)灌漿進行

③特點：可通過混凝土鉆孔壓漿或預(yù)先在接觸面上埋設(shè)灌漿盒及相應(yīng)的管道系統(tǒng)；應(yīng)安排在壩體混凝土達到穩(wěn)定溫度后，防止混凝土冷縮拉裂；灌漿壓力通常不超過0.1～0.3MPa。二、巖基灌漿材料漿液應(yīng)具備可灌性；有防滲性，強度和粘結(jié)力；流動性；穩(wěn)定性水泥灌漿、水泥粘土灌漿、化學(xué)灌漿。三種材料比較：

水泥漿液最為普遍，可靠、設(shè)備和工藝簡單、成本低廉的優(yōu)點；

水泥粘土漿雖成本低但結(jié)石強度不高；

化學(xué)灌漿是為解決有特殊地質(zhì)條件或建筑物的裂縫等采用通常的顆粒材料難以灌進，成本較高，施工復(fù)雜，工藝要求嚴。

二．水泥灌漿對材料的要求

1．水泥：顆粒細、穩(wěn)定性好、膠結(jié)性強、結(jié)石強度高和耐久性好，標號不低于425號。水泥細度要求一般來講水泥顆粒粒徑應(yīng)不大于巖石裂隙寬度的1/3～1/5，水泥漿才易于灌入。

2．摻合料：惰性材料如砂、粘土、粉煤灰用以節(jié)約水泥；活性材料如減水劑、速凝劑、緩凝劑等有助于加強漿液流動性和擴散性，提高灌漿效果。

3．水：與一般混凝土拌和用水一樣。三、水泥灌漿施工1．鉆孔：①鉆孔機械：回轉(zhuǎn)式鉆機②要求：孔位、孔向、孔深應(yīng)符合設(shè)計要求?？孜黄畈怀^10cm，對垂直或傾角小于5度的帷幕孔其孔斜偏差不得大于規(guī)定數(shù)值；孔徑上下均一，孔壁平整；帷幕鉆孔方向原則上應(yīng)較多地穿過裂隙和巖層層面，鉆孔角度通?？刂圃?度～10度之間。（圖3-2）2．沖洗：在灌漿以前將殘存在孔底和粘滯在孔壁的巖粉鐵末沖洗出孔外，并將巖層裂隙和孔洞中的充填物沖洗干凈。

沖洗方法有單孔沖洗和群孔沖洗。

3．壓水試驗：壓水試驗主要是測定巖層的滲透特性，為巖基灌漿或處理提供必要的依據(jù)。在一定壓力之下，通過鉆孔將水壓入孔壁四周的縫隙中，根據(jù)壓入的水量和壓水時間，計算出代表巖層滲透特性的技術(shù)參數(shù)q。地層透水率

q=Q/LP

q——地層透水率，Lu/()

Q——壓入流量，L/min

P——試驗壓力，m，通常為同段灌漿壓力的70%～80%

L——試驗孔段長度，m，與灌漿段長一致，一般為5～6m

在預(yù)定壓力下，每5min測讀一次流量，當試驗結(jié)果符合下列標準之一時即可結(jié)束試驗，以最終流量作為計算流量，標準如下：

①流量之一大于5L/min時，連續(xù)四次讀數(shù)，其最大值與最小值之差小于最終值10%。

②流量均小于5L/min時，連續(xù)四次讀數(shù)，其最大值與最小值之差小于最終值20%。

③連續(xù)四次讀數(shù)，流量均小于0.5L/min。4．灌漿的方法和工藝：

①鉆孔灌漿次序：遵循分序加密的原則。

a.分序加密，漿液逐漸擠壓密實，可促進灌漿區(qū)域的連續(xù)性；

b.逐序提高灌漿壓力，有利于漿液的擴散和提高漿液的密實性；

c.通過后灌序孔和單位吸漿量的變化可推斷先灌序孔的灌漿質(zhì)量和效果；

d.可減少相鄰孔串漿現(xiàn)象，有利于施工。

地基灌漿一般按照先固結(jié)后帷幕順序。

②灌漿方法：按灌漿時漿液灌注和流動的特點，分純壓式和循環(huán)式。

按鉆孔灌漿順序，分全孔一次灌漿和分段灌漿。

③灌漿壓力：通常指作用在灌漿段中部的壓力，是灌漿施工中的重要控制參數(shù)，在不致破壞巖基穩(wěn)定和壩體安全的前提下，盡可能采用比較高的壓力。

一般認為帷幕灌漿表層孔段的灌漿壓力不宜小于1～1.5倍帷幕的工作水頭，底部則以2～3倍工作水頭為宜；固結(jié)灌漿的壓力，淺孔無壓重時，可采用0.2～0.5MPa，有壓重時，可采用0.3～0.7MPa，深孔固結(jié)灌漿可參照帷幕灌漿確定。④灌漿壓力和吸漿率的控制及漿液稠度的變換：

a．以灌漿壓力為主的控制

適用于透水性不大，裂隙不太發(fā)育，巖層比較堅硬完整、使用的灌漿壓力不高的地層。

優(yōu)點：使細小的裂縫得到充分的灌注，有利于提高灌漿質(zhì)量。

缺點：可能造成漿液擴散太遠，在緩傾角地質(zhì)軟弱面時，易引起巖層抬動。

可結(jié)合吸漿率和漿液稠度一起考慮。當吸漿較小時應(yīng)灌稀漿，盡快升到規(guī)定的最大灌漿壓力；當吸漿率較大時，應(yīng)灌濃漿，并逐漸升壓。

b．以吸漿率為主的控制

適用巖層破碎，透水性較大或使用的灌漿壓力較高時。

優(yōu)點：可以減少漿液的流失，不易引起巖層的抬動，不需使用大排漿量的灌漿泵。

缺點：影響細小裂縫的灌注效果，增加鉆孔數(shù)量。

在灌漿過程中對吸漿率大小的控制，主要視地質(zhì)結(jié)構(gòu)而定。對具有緩傾角裂縫和軟弱面的巖層，一般可控制在5L/（min.m）左右。若吸漿率大于規(guī)定值，就降低壓力，以控制吸漿率不超過規(guī)定值。

c．漿液稠度變換

巖基灌漿中的漿液稠即水灰比有8∶1、5∶1、3∶1、2∶1、1.5∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。灌漿過程中，必須根據(jù)灌漿壓力或吸漿率的變化，適時調(diào)整漿液稠度。漿液稠度的變換遵循由稀到濃的原則。當灌漿壓力保持不變，吸漿率均勻減少時；或吸漿率不變，壓力均勻升高時，不得改變水灰比。采用限量法控制時一般當某一級水灰比漿液的灌入量已超過限量，而灌漿壓力或吸漿率均無改變或改變不明顯時，應(yīng)加濃一級水灰比。⑤灌漿結(jié)束條件和封孔

a．結(jié)束標準：一般用兩個指標控制，一個是殘余吸漿量即灌到最后的限定吸漿量；一個是閉漿時間即在殘余吸漿量的情況下保持設(shè)計規(guī)定壓力的延續(xù)時間。

國內(nèi)帷幕灌漿工程中，大多規(guī)定在設(shè)計規(guī)定壓力之下，灌漿孔段的單位吸漿小于0.4L/min時，延續(xù)30～60min，就可結(jié)束；固結(jié)灌漿的結(jié)束標準是單位吸漿量小于0.4L/min時，延續(xù)時間30min。b．封孔：灌漿結(jié)束后，隨即將灌漿孔清理干凈用水泥砂漿填實。⑥質(zhì)量檢查鉆檢查孔，通過壓水試驗和漿液注入率檢查通過檢查孔，鉆芯檢查，或鉆孔照相、攝像，觀察質(zhì)量開挖平洞、豎井或大口徑鉆孔，讓人進入檢查，并可直接進行抗剪強度、模量等試驗地球物探方法，靜（動）力觸探，瑞利波等四、化學(xué)灌漿將有機高分子材料配制成的漿液灌入地基或建筑物裂縫中，經(jīng)膠凝固化后，達到防滲、堵漏、補強、加固的目的。

堵漏類：水玻璃，聚氨酯類等；

補強類：環(huán)氧樹脂類，甲凝類等。第二節(jié)砂礫石地層灌漿

砂礫石地層具有結(jié)構(gòu)松散，空隙率大，滲透性強的特點。采用固結(jié)灌漿或帷幕灌漿。一、砂礫石地基的可灌性

砂礫石地基的可灌性是指砂礫石地層能否接受灌漿材料灌入的一種特性。它是決定灌漿效果的先決條件。

1.可灌性決定因素

主要決定于地層的顆粒級配、灌漿材料的細度、灌漿壓力和灌漿工藝等因素。

2.可灌性衡量參數(shù)

在工程實踐中,常以可灌比來進行衡量.M=D15/d85

式中M-可灌比;M越大，可灌性越好。

D15-砂礫石地層顆粒級配曲線上含量為15%的粒徑，mm；

d85-灌漿材料顆粒級配曲線上含量為85%的粒徑，mm；二、灌漿材料：以水泥粘土漿為宜。三、鉆灌方法：打管灌漿（圖3-10）

自下而上，簡單，防滲性能較差，多用于臨時工程（圍堰）。套管灌漿

邊鉆孔，邊跟套管，自下而上，不會產(chǎn)生坍孔埋鉆問題，但易產(chǎn)生地表冒漿。循環(huán)鉆灌（圖3-11）

自上而下，鉆一段灌一段，鉆桿兼作灌漿管。應(yīng)封閉孔口，防止地面抬動和地表冒漿。預(yù)埋花管灌漿（圖3-12）

鉆機鉆孔，跟套管，套管內(nèi)安設(shè)花管，花管與套管間灌注填料，邊拔套管邊灌注，形成強度后，再花管注漿。可重復(fù)灌漿，確保質(zhì)量，但管材耗用多。第三節(jié)防滲墻施工

一防滲墻

防滲墻是修建在擋水建筑物和透水地層中防止?jié)B透的地下連續(xù)墻。

作用：1.控制閘、壩基礎(chǔ)、土石圍堰及其基礎(chǔ)滲流；

2.防止泄水建筑物下游基礎(chǔ)的沖刷3.水工建筑物基礎(chǔ)的承重4.加固病害的土石壩及堤防工程5.地下水庫的修筑等二防滲墻的基本型式

防滲墻的基本型式是槽孔型。它是由一段段槽孔套接而成的地下墻。先施工的槽孔稱一期槽孔,后施工的稱二期槽孔。三防滲墻的材料

1.剛性材料

(1)普通混凝土。

(2)粘土混凝土。

(3)摻粉煤灰混凝土。

2.柔性材料

(1)

塑性混凝土（粘土/膨潤土）。

(2)

凝灰漿。

(3)

固化灰漿。

四防滲墻的施工

1.造孔準備

(1)必須根據(jù)防滲墻的設(shè)計要求和槽孔長度的劃分,作好槽孔的測量定位工作,并在此基礎(chǔ)上,設(shè)置導(dǎo)向槽。

(2)導(dǎo)向槽安置好后,在槽側(cè)鋪設(shè)造孔鉆機的軌道,安裝鉆機,修筑運輸?shù)缆?架設(shè)動力和照明線路以及供水供漿管道,做好排水、排漿系統(tǒng)。

(3)向槽內(nèi)充滿泥漿,保持泥漿面在槽頂以下30-50cm。

2.泥漿和泥漿系統(tǒng)

為了確保防滲墻的施工質(zhì)量,在造孔成墻的過程中必須維持槽孔孔壁的穩(wěn)定。工程中常用泥漿護壁來解決這個問題，泥漿除了固壁作用外,在造孔過程中,尚有懸浮巖屑和冷卻潤滑鉆頭的作用;成墻以后,滲入孔壁的泥漿和膠結(jié)在孔壁的泥皮,還有防滲作用。3.造孔成槽

(1)鉆劈法，適用于砂礫石地層

(2)鉆抓法，適用于松散軟弱地層

(3)分層鉆進法(4)銑削法4.混凝土澆筑

防滲墻的混凝土澆筑和一般的混凝土澆筑不同,是在泥漿液面下進行的。必須：（1）不允許形成泥漿夾層；（2）確?；炷僚c基礎(chǔ)以及一、二期混凝土之間的結(jié)合（施工縫）；（3）連續(xù)澆筑、一氣呵成。

泥漿下澆筑混凝土常用直升導(dǎo)管法（圖3-18）。

確保導(dǎo)管底端始終埋在混凝土和砂漿里面。五、質(zhì)量檢查：槽孔檢查、清孔檢查、混凝土質(zhì)量檢查、墻體質(zhì)量檢測。

第四節(jié)高壓噴射灌漿施工一、高壓（10-30MPa）噴射灌漿作用沖切摻攪作用升揚置換作用擠壓滲透作用位移握裹作用

二、高壓噴射凝結(jié)體三、高壓噴射灌漿施工方法：單管、雙管、三管和多管法。四、施工程序與工藝：造孔、下噴射管、噴射提升、成樁（墻）。單管漿液雙管內(nèi)漿外氣三管氣水漿向家壩英上游圍肆堰防滲騰墻壯觀憶的施工景場景帷幕灌遺漿施工雀現(xiàn)場（應(yīng)分序加根密施工額法）高壓戒旋噴昨樁施泥工高噴狐防滲弦墻在惜深厚歇覆蓋攤層施齊工第五節(jié)貌軟土穩(wěn)地基處皆理方法1、軟步土地谷基的菠工程公問題丟及解乏決途尸徑含水量梢大于液指限、孔潤隙比大忍于1.公0的粘膜性土銀及標夫準貫爬入擊全數(shù)小廁于4的砂迫性土蹲地基法通稱濫軟基狂。軟土持的物盾理力孔學(xué)特侄性天然則孔隙鐘比大構(gòu)：e>1天然含需水量高漏：w≥wl壓縮系難數(shù)高滲透系春數(shù)小抗剪宜強度插低靈敏筆度高具有明數(shù)顯的流者變性軟土地恐基問題蛙及處理痛方法2、唐在軟藝基上像建筑辦工程項的主掌要問室題是頂?shù)鼗鹊膹姙┒鹊凸茫赝兴鬏d力宵低，創(chuàng)引起俘建筑濫物下殿陷量駛大，桿建筑陷物易迫失穩(wěn)乞。必預(yù)須進衫行處峰理，在建筑物宜結(jié)構(gòu)方面采暫取的措籍施采用沃輕質(zhì)催材料名；采炸用輕愚型結(jié)之構(gòu)；張采用追深基房誠礎(chǔ)結(jié)錄構(gòu)。在地基處孤理方面采取世的措佩施：夯實法羽及碾壓兼法換土延墊層號法排水拖固結(jié)景預(yù)壓屠法擠密法刮和振沖若法強夯法深層膏攪拌碰法高壓噴嫂射注漿館法夯實法僻及碾壓變法通過渣夯錘乞或機在械，進夯擊多或碾酒壓填假土、詳疏松煌土層禍，使津其孔隙抖體積忍減少磁、密歪實程典度提初高，這種嚼作用稱涉為壓實。壓實能種降低土衫的壓縮創(chuàng)性、提娛高其抗債剪強度樂、減弱配土的透和水性，斷使經(jīng)過冶處理的決表層弱覺土成為愧能承擔(dān)霜較大荷拌載的地盛基持力溪層。換土垮墊層爐法當建斬筑物門基礎(chǔ)迅下的濫持力祖層比陪較軟眉弱、凝不能云滿足稍上部遺荷載界對地冠基的錢要求走時，關(guān)常采鄉(xiāng)豐用換土縮慧墊層裙法來處役理軟黑弱土津地基穿，即姨將基暫礎(chǔ)下扶一定笛深度伯內(nèi)的陷土層樹挖去辮，然猜后回批填以馳強度抵較高慕的砂嚷、碎購石或視灰土麗等，著并夯悔至密桐實。換土異墊層鬼按其務(wù)回填表的材答料可嗓分為嗎砂墊邪層、醫(yī)碎石伐墊層絕、灰惜土墊爪層等皇。砂墊染層的價主要輛作用甘：1.提高淺性基礎(chǔ)下撤地基的備承載力借；2.減少浩沉降裁量；3.加速基設(shè)底下軟曠弱土層松的排水葵固結(jié)；4.防止雄凍脹黎；5.消除膨繡脹土的巡壽脹縮作久用。換土執(zhí)墊層江法碎石墊灑層施工排水固裂結(jié)預(yù)壓旨法排水固鏈結(jié)預(yù)壓董法是利新用地倘基土搭排水券固結(jié)姑的原蘿理，乏通過朝施加悄預(yù)壓燦荷載袖，并量增設(shè)沒各種眾排水數(shù)條件畫（砂莫井、昂塑料罰排水攀板、月排水確墊層賣等排晃水體辣），考以加音速飽癥和軟巨粘土櫻固結(jié)秤發(fā)展寨的一伸種軟雁土地丑基處諒理方援法。根據(jù)固糞結(jié)理論菠，粘性兵土固嘴結(jié)所臉需時級間與奸排水稻距離李的平媽方成荒正比。因此作，為了棕加速土釀層的固亡結(jié)，最身有效的掠方法是紗增加土丘層的排任水途徑溫，縮短鎮(zhèn)排水距晃離。（1）堆載橡預(yù)壓法（2）塑料間排水板褲堆載預(yù)禁壓法（3）真空倦預(yù)壓法真空預(yù)熔壓處理軍軟基真空界預(yù)壓握處理節(jié)軟基塑料混排水嶼板施控工（1）塑料排化水板施幣工（2）擠密臭法和乓振沖燭法在砂數(shù)土中虛，通穗過機鏡械振險動擠光壓或辟加水然振動疊可以秧使土綿密實蠶。擠滔密法默和振社沖法誓就是固利用狗這個勁原理榆發(fā)展嚼起來舉的兩楚種地抱基加傾固方典法。擠密帖法的旱加固查機理更主要甲靠樁田管打迷入地胡基中阿，對療土產(chǎn)劉生橫評向擠甜密作摩用，器在一原定擠邀密功澤能作活用下騎，土擔(dān)粒彼倍此移蹈動，蝴小顆撲粒填鋸入大蘋顆粒帶的空后隙，先顆粒慰排列舒緊密滾，孔刃隙體洋積減棒少，選地基澇土的道強度才也隨本之增晶強。倦所以頂擠密規(guī)法主叉要是叨使松興軟土蔬地基斑擠密獻，改針善土臘的強駐度和每變形粗特性釘。擠密法席和振沖請法（2）振沖夾法是帖利用來一個旁振沖宜器，俯在高秤壓水居流的唉作用啦下邊枯振