水利基础处理工程

第三章基础处理工程

水工建筑物的基础，按照地层的性质可分为两大类型：①岩基②软基（包括土基和沙砾石基）。一．各类型的水工建筑物对地基基础的要求

1．具有足够的强度，能够承受上部结构传递的应力；

2．具有足够的整体性和均一性，能够防止基础的滑动和不均匀沉陷；

3．具有足够的抗渗性和耐久性，防止发生严重的渗漏和渗透破坏及地下水的侵蚀破坏。二．地基处理的方法

1．地基开挖：在地基范围内将不合设计要求的覆盖层、分化破碎有缺陷的岩层挖掉，是一种最通用可靠的处理方法

2．断层、软弱夹层、破碎带处理方法

砼塞、砼拱、截水槽、防渗墙常用

岩溶处理可用堵、铺、截、围、导、灌

3．砂砾石、软土地基处理

防渗：截水槽、打板桩、防渗墙

加固：预压、换砂、砂井、振动密实、打桩、灌浆等

第一节坝基岩石灌浆一．岩基灌浆的分类及部位

岩基灌浆按目的可分为帷幕灌浆、固结灌浆和接触灌浆。1．帷幕灌浆：①目的：减少坝基的渗流量、降低渗透压力，保证地基的渗透稳定。

②部位：布置在坝基迎水面下的基础内，形成一道连续而垂直或向上游倾斜的幕墙。

③特点：孔较深，通常要求孔深入到岩基，多采用单孔灌浆，使用的灌浆压力较大；斜幕一般比直幕效果好，但施工较复杂；

灌浆时间应在水库蓄水前完成；通常都在基础灌浆廊道内进行，廊道尺寸通常宽2～3m，高3～4m。(图3-1)2．固结灌浆：

①目的：提高和改善岩基的物理力学性能(强度和整体性)，减少开挖深度，增强防渗效果。

②部位：灌浆的范围主要根据大坝地基的地质条件、岩石破碎情况、坝型和基础岩石应力等条件而定。

③特点：孔深一般为5～8m，也有深达15～40m；孔在平面上呈网格交错布置，通常采用群孔冲洗和群孔灌浆；灌浆时间多是在基础开挖和坝基基础部位混凝土浇筑等工序间穿插进行。3．接触灌浆：

①目的：加强坝体混凝土与岸坡或地基之间的结合能力，提高坝体的抗滑稳定性，同时也能增加岩基的固结强度和防渗性能

②部位：在固结灌浆部位，可结合固结灌浆进行

③特点：可通过混凝土钻孔压浆或预先在接触面上埋设灌浆盒及相应的管道系统；应安排在坝体混凝土达到稳定温度后，防止混凝土冷缩拉裂；灌浆压力通常不超过0.1～0.3MPa。二、岩基灌浆材料浆液应具备可灌性；有防渗性，强度和粘结力；流动性；稳定性水泥灌浆、水泥粘土灌浆、化学灌浆。三种材料比较：

水泥浆液最为普遍，可靠、设备和工艺简单、成本低廉的优点；

水泥粘土浆虽成本低但结石强度不高；

化学灌浆是为解决有特殊地质条件或建筑物的裂缝等采用通常的颗粒材料难以灌进，成本较高，施工复杂，工艺要求严。

二．水泥灌浆对材料的要求

1．水泥：颗粒细、稳定性好、胶结性强、结石强度高和耐久性好，标号不低于425号。水泥细度要求一般来讲水泥颗粒粒径应不大于岩石裂隙宽度的1/3～1/5，水泥浆才易于灌入。

2．掺合料：惰性材料如砂、粘土、粉煤灰用以节约水泥；活性材料如减水剂、速凝剂、缓凝剂等有助于加强浆液流动性和扩散性，提高灌浆效果。

3．水：与一般混凝土拌和用水一样。三、水泥灌浆施工1．钻孔：①钻孔机械：回转式钻机②要求：孔位、孔向、孔深应符合设计要求。孔位偏差不超过10cm，对垂直或倾角小于5度的帷幕孔其孔斜偏差不得大于规定数值；孔径上下均一，孔壁平整；帷幕钻孔方向原则上应较多地穿过裂隙和岩层层面，钻孔角度通常控制在0度～10度之间。（图3-2）2．冲洗：在灌浆以前将残存在孔底和粘滞在孔壁的岩粉铁末冲洗出孔外，并将岩层裂隙和孔洞中的充填物冲洗干净。

冲洗方法有单孔冲洗和群孔冲洗。

3．压水试验：压水试验主要是测定岩层的渗透特性，为岩基灌浆或处理提供必要的依据。在一定压力之下，通过钻孔将水压入孔壁四周的缝隙中，根据压入的水量和压水时间，计算出代表岩层渗透特性的技术参数q。地层透水率

q=Q/LP

q——地层透水率，Lu/(min.m.m)

Q——压入流量，L/min

P——试验压力，m，通常为同段灌浆压力的70%～80%

L——试验孔段长度，m，与灌浆段长一致，一般为5～6m

在预定压力下，每5min测读一次流量，当试验结果符合下列标准之一时即可结束试验，以最终流量作为计算流量，标准如下：

①流量之一大于5L/min时，连续四次读数，其最大值与最小值之差小于最终值10%。

②流量均小于5L/min时，连续四次读数，其最大值与最小值之差小于最终值20%。

③连续四次读数，流量均小于0.5L/min。4．灌浆的方法和工艺：

①钻孔灌浆次序：遵循分序加密的原则。

a.分序加密，浆液逐渐挤压密实，可促进灌浆区域的连续性；

b.逐序提高灌浆压力，有利于浆液的扩散和提高浆液的密实性；

c.通过后灌序孔和单位吸浆量的变化可推断先灌序孔的灌浆质量和效果；

d.可减少相邻孔串浆现象，有利于施工。

地基灌浆一般按照先固结后帷幕顺序。

②灌浆方法：按灌浆时浆液灌注和流动的特点，分纯压式和循环式。

按钻孔灌浆顺序，分全孔一次灌浆和分段灌浆。

③灌浆压力：通常指作用在灌浆段中部的压力，是灌浆施工中的重要控制参数，在不致破坏岩基稳定和坝体安全的前提下，尽可能采用比较高的压力。

一般认为帷幕灌浆表层孔段的灌浆压力不宜小于1～1.5倍帷幕的工作水头，底部则以2～3倍工作水头为宜；固结灌浆的压力，浅孔无压重时，可采用0.2～0.5MPa，有压重时，可采用0.3～0.7MPa，深孔固结灌浆可参照帷幕灌浆确定。④灌浆压力和吸浆率的控制及浆液稠度的变换：

a．以灌浆压力为主的控制

适用于透水性不大，裂隙不太发育，岩层比较坚硬完整、使用的灌浆压力不高的地层。

优点：使细小的裂缝得到充分的灌注，有利于提高灌浆质量。

缺点：可能造成浆液扩散太远，在缓倾角地质软弱面时，易引起岩层抬动。

可结合吸浆率和浆液稠度一起考虑。当吸浆较小时应灌稀浆，尽快升到规定的最大灌浆压力；当吸浆率较大时，应灌浓浆，并逐渐升压。

b．以吸浆率为主的控制

适用岩层破碎，透水性较大或使用的灌浆压力较高时。

优点：可以减少浆液的流失，不易引起岩层的抬动，不需使用大排浆量的灌浆泵。

缺点：影响细小裂缝的灌注效果，增加钻孔数量。

在灌浆过程中对吸浆率大小的控制，主要视地质结构而定。对具有缓倾角裂缝和软弱面的岩层，一般可控制在5L/（min.m）左右。若吸浆率大于规定值，就降低压力，以控制吸浆率不超过规定值。

c．浆液稠度变换

岩基灌浆中的浆液稠即水灰比有8∶1、5∶1、3∶1、2∶1、1.5∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。灌浆过程中，，必须根据灌灌浆压力或吸吸浆率的变化化，适时调整整浆液稠度。。浆液稠度的变变换遵循由稀稀到浓的原则则。当灌浆压力力保持不变，，吸浆率均匀匀减少时；或或吸浆率不变变，压力均匀匀升高时，不不得改变水灰灰比。采用限限量法控制时时一般当某一一级水灰比浆浆液的灌入量量已超过限量量，而灌浆压压力或吸浆率率均无改变或或改变不明显显时，应加浓浓一级水灰比比。⑤灌浆结束条条件和封孔a．结束标准：：一般用两个指标控控制，一个是残余余吸浆量即灌灌到最后的限限定吸浆量；；一个是闭浆浆时间即在残残余吸浆量的的情况下保持持设计规定压压力的延续时时间。

国内内帷幕灌浆工工程中，大多多规定在设计计规定压力之之下，灌浆孔孔段的单位吸吸浆小于0.4L/min时，延续30～60min，就可结束；；固结灌浆的的结束标准是是单位吸浆量量小于0.4L/min时，延续时间间30min。b．封孔：灌浆浆结束后，随随即将灌浆孔孔清理干净用用水泥砂浆填填实。⑥质量检查钻检查孔，通通过压水试验验和浆液注入入率检查通过检查孔，，钻芯检查，，或钻孔照相相、摄像，观观察质量开挖平洞、竖竖井或大口径径钻孔，让人人进入检查，，并可直接进进行抗剪强度度、模量等试试验地球物探方法法，静（动））力触探，瑞瑞利波等四、化学灌浆浆将有机高分子子材料配制成成的浆液灌入入地基或建筑筑物裂缝中，，经胶凝固化化后，达到防防渗、堵漏、、补强、加固固的目的。堵漏类：水玻璃，聚聚氨酯类等；；补强类：环氧树脂类类，甲凝类等等。第二节砂砂砾石地层灌灌浆砂砾石地层具具有结构松散散，空隙率大大，渗透性强强的特点。采用固结灌浆浆或帷幕灌浆浆。一、砂砾石地地基的可灌性性砂砾石地基的的可灌性是指指砂砾石地层层能否接受灌灌浆材料灌入入的一种特性性。它是决定定灌浆效果的的先决条件。。1.可灌性决定因因素主要决定于地层的颗粒级级配、灌浆材料的细细度、灌浆压力和灌灌浆工艺等因素。2.可灌性衡量参参数在工程实践中中,常以可灌比来来进行衡量.M=D15/d85式中M-可灌比;M越大，可灌性性越好。D15-砂砾石地层颗颗粒级配曲线线上含量为15%的粒径，mm；d85-灌浆材料颗粒粒级配曲线上上含量为85%的粒径，mm；二、灌浆材料料：以水泥粘土浆浆为宜。三、钻灌方法法：打管灌浆（（图3-10）自下而上，简简单，防渗性性能较差，多多用于临时工工程（围堰））。套管灌浆边钻孔，边跟跟套管，自下下而上，不会会产生坍孔埋埋钻问题，但但易产生地表表冒浆。循环钻灌（图图3-11）自上而下，钻钻一段灌一段段，钻杆兼作作灌浆管。应应封闭孔口，，防止地面抬抬动和地表冒冒浆。预埋花管灌浆浆（图3-12）钻机钻孔，跟跟套管，套管管内安设花管管，花管与套套管间灌注填填料，边拔套套管边灌注，，形成强度后后，再花管注注浆。可重复灌浆，，确保质量，，但管材耗用用多。第三节防渗渗墙施工一防渗墙防渗墙是修建建在挡水建筑筑物和透水地地层中防止渗渗透的地下连连续墙。作用：1.控制闸、坝基基础、土石围围堰及其基础础渗流；2.防止泄水建筑筑物下游基础础的冲刷3.水工建筑物基基础的承重4.加固病害的土土石坝及堤防防工程5.地下水库的修修筑等二防渗墙的的基本型式防渗墙的基本本型式是槽孔孔型。它是由由一段段槽孔孔套接而成的的地下墙。先先施工的槽孔孔称一期槽孔孔,后施工的称二二期槽孔。三防渗墙的的材料1.刚性材料(1)普通混凝土。。(2)粘土混凝土。。(3)掺粉煤灰混凝凝土。2.柔性材料(1)塑性混凝土（（粘土/膨润土）。(2)凝灰浆。(3)固化灰浆。四防渗墙的的施工1.造孔准备(1)必须根据防渗渗墙的设计要要求和槽孔长长度的划分,作好槽孔的测测量定位工作作,并在此基础上上,设置导向槽。。(2)导向槽安置好好后,在槽侧铺设造造孔钻机的轨轨道,安装钻机,修筑运输道路路,架设动力和照照明线路以及及供水供浆管管道,做好排水、排排浆系统。(3)向槽内充满泥泥浆,保持泥浆面在在槽顶以下30-50cm。2.泥浆和泥浆系系统为了确保防渗渗墙的施工质质量,在造孔成墙的的过程中必须须维持槽孔孔孔壁的稳定。。工程中常用用泥浆护壁来来解决这个问问题，泥浆除除了固壁作用外,在造孔过程中中,尚有悬浮岩屑和冷却润滑钻头头的作用;成墙以后,渗入孔壁的泥泥浆和胶结在在孔壁的泥皮皮,还有防渗作用。3.造孔成槽(1)钻劈法，适用用于砂砾石地地层(2)钻抓法，适用用于松散软弱弱地层(3)分层钻进法(4)铣削法4.混凝土浇筑防渗墙的混凝凝土浇筑和一一般的混凝土土浇筑不同,是在泥浆液面面下进行的。。必须：（1）不允许形成成泥浆夹层；；（2）确保混凝土土与基础以及及一、二期混混凝土之间的的结合（施工工缝）；（3）连续浇筑、、一气呵成。。泥浆下浇筑混混凝土常用直直升导管法（（图3-18）。确保导管底端端始终埋在混混凝土和砂浆浆里面。五、、质质量量检检查查：：槽槽孔孔检检查查、、清清孔孔检检查查、、混混凝凝土土质质量量检检查查、、墙墙体体质质量量检检测测。。第四四节节高高压压喷喷射射灌灌浆浆施施工工一、、高高压压（（10-30MPa）喷喷射射灌灌浆浆作作用用冲切切掺掺搅搅作作用用升扬扬置置换换作作用用挤压压渗渗透透作作用用位移移握握裹裹作作用用二、、高高压压喷喷射射凝凝结结体体三、、高高压压喷喷射射灌灌浆浆施施工工方方法法：：单单管管、、双双管管、、三三管管和多多管管法法。。四、、施施工工程程序序与与工工艺艺：：造造孔孔、、下下喷喷射射管管、、喷喷射射提提升升、、成成桩桩（（墙墙））。。单管浆液双管内浆外气三管气水浆向家家坝坝上上游游围围堰堰防防渗渗墙墙壮壮观观的的施施工工场场景景帷幕幕灌灌浆浆施施工工现现场场（（分分序序加加密密施施工工法法））高压压旋旋喷喷桩桩施施工工高喷喷防防渗渗墙墙在在深深厚厚覆覆盖盖层层施施工工第五五节节软软土土地地基基处处理理方方法法1、软软土土地地基基的的工工程程问问题题及及解解决决途途径径含水水量量大大于于液液限限、、孔孔隙隙比比大大于于1.0的粘粘性性土土及及标标准准贯贯入入击击数数小小于于4的砂砂性性土土地地基基通通称称软软基基。。软土土的的物物理理力力学学特特性性天然然孔孔隙隙比比大大：：e>1天然然含含水水量量高高：：w≥wl压缩缩系系数数高高渗透透系系数数小小抗剪剪强强度度低低灵敏敏度度高高具有有明明显显的的流流变变性性软土土地地基基问问题题及及处处理理方方法法2、在在软软基基上上建建筑筑工工程程的的主主要要问问题题是是地地基基的的强强度度低低，，地地基基承承载载力力低低，，引引起起建建筑筑物物下下陷陷量量大大，，建建筑筑物物易易失失稳稳。。必必须须进进行行处处理理，，在建筑筑物物结结构构方面面采采取取的的措措施施采用用轻轻质质材材料料；；采采用用轻轻型型结结构构；；采采用用深深基基础础结结构构。。在地基基处处理理方方面面采取取的的措措施施：：夯实实法法及及碾碾压压法法换土土垫垫层层法法排水水固固结结预预压压法法挤密密法法和和振振冲冲法法强夯夯法法深层层搅搅拌拌法法高压压喷喷射射注注浆浆法法夯实实法法及及碾碾压压法法通过过夯夯锤锤或或机机械械，，夯夯击击或或碾碾压压填填土土、、疏疏松松土土层层，，使使其其孔隙隙体体积积减减少少、、密密实实程程度度提提高高，这这种种作作用用称称为为压实实。压实实能能降降低低土土的的压压缩缩性性、、提提高高其其抗抗剪剪强强度度、、减减弱弱土土的的透透水水性性，，使使经经过过处处理理的的表表层层弱弱土土成成为为能能承承担担较较大大荷荷载载的的地地基基持持力力层层。。换土土垫垫层层法法当建建筑筑物物基基础础下下的的持持力力层层比比较较软软弱弱、、不不能能满满足足上上部部荷荷载载对对地地基基的的要要求求时时，，常常采采用用换土土垫垫层层法法来处处理理软软弱弱土土地地基基，，即即将将基基础础下下一一定定深深度度内内的的土土层层挖挖去去，，然然后后回回填填以以强强度度较较高高的的砂砂、、碎碎石石或或灰灰土土等等，，并并夯夯至至密密实实。。换土土垫垫层层按按其其回回填填的的材材料料可可分分为为砂砂垫垫层层、、碎碎石石垫垫层层、、灰灰土土垫垫层层等等。。砂垫垫层层的的主主要要作作用用：：1.提高浅基础下下地基的承载载力；2.减少沉降量；；3.加速基底下软软弱土层的排排水固结；4.防止冻胀；5.消除膨胀土的的胀缩作用。。换土垫层法碎石垫层施工工排水固结预压压法排水固结预压压法是利用地基土土排水固结的的原理，通过过施加预压荷荷载，并增设设各种排水条条件（砂井、、塑料排水板板、排水垫层层等排水体）），以加速饱饱和软粘土固固结发展的一一种软土地基基处理方法。。根据固结理论论，粘性土固结所所需时间与排排水距离的平平方成正比。因此，为了了加速土层的的固结，最有有效的方法是是增加土层的的排水途径，，缩短排水距距离。（1）堆载预压法法（2）塑料排水板板堆载预压法法（3）真空预压法法真空预压处理理软基真空预压处理理软基塑料排水板施施工（1）塑料排水板施施