水工建筑物地基处理中应注意的问题

水工建筑物地基处理中应注意的问题

近年来，39座小型危险水库的除险加固工程基本完成。由于各种历史原因,建设时期设计、施工程序不规范,工程质量没有严格控制,这些病险水库基本上都属于“三边”工程。这次除险加固的主要内容是加高加宽坝体、增设防浪墙,使其满足防洪和现行规范要求;增设永久性溢洪道;重建放水涵洞。这些水库老放水涵洞大多修建在不良地质条件的天然地基上,直接影响着水工建筑物的安全。这里说的不良地基主要是指的压缩层主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土等高压缩性土层构成的地基;可液化的饱和松砂和粉土地基;以及具有强透水性砂砾石地基。对于水工建筑物来说,不良地基对建筑物的影响主要表现在基础沉降量过大或不均匀沉降、振动液化、滑移失稳、基础渗漏等。当地质条件不能满足建筑物对地基的要求时,则需要对地基进行处理或加固,在对水工建筑物地基进行加固处理时,根据土的类别、处理后土的加固深度、上部结构的要求、当地能提供的材料和机械设备、周围环境因素、对施工工期要求、施工队伍的技术素质、施工技术条件和经济指标比较等因素进行综合分析后选择不同的地基处理方案。换土垫层法因其技术简单、施工方便、经济适用而被广泛采用,本文就换土垫层法应用时应该注意的有关问题谈谈体会。一、基础材料及垫层材料的选择及对换填三合土的保证效果换土垫层法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖除,然后分层换填强度较大的素土、砂砾石、灰土、三合土以及其他性能稳定和无侵蚀性的材料,并经机械碾压或振动夯实,通过试验检测达到设计指标要求为止。水工建筑物在采用换土垫层法时按其使用的材料不同一般分为素土垫层、三合土垫层、混凝土垫层、以及复合型垫层等,因此,使用换土垫层法加固处理地基,在选择材料时应注意以下几方面:(1)水工建筑物换土垫层处理的深度及范围不宜过大,应根据持力层的性质及建筑物的要求进行选材,既要满足结构整体稳定又要防止基础产生渗透破坏。例如:和布克赛尔蒙古自治县巴音敖瓦水库除险加固工程的放水涵洞基础,上部沉积有厚度0.5~3.0m不等的淤泥质土、腐植土、壤土、砂壤土、粉质壤土,且厚薄不均。下部为第四系土黄色、灰黄色、含少量砾砂的粘土,其物理力学指标为:天然密度1.90g/cm3,ρ干=1.63~1.80g/cm3,W=11.7%~15.8%,孔隙率为21%,K=7.11×10-5~10-5cm/s。该土层为密实的高压缩性土。按照GBJ7-89《建筑地基基础设计规范》查表得出该土层的承载力R=250~300Kpa,该地基的承载力完全能满足所建闸室的设计要求。设计部门要求对基础上部3.0m厚的不良土层进行换填三合土处理。基础开挖完成后,我单位对其下部含少量砾砂的粘土层进行了物理性质指标及承载力复核,其试验成果见表1。同时,我们对该水库坝体填筑料场土料进行了复查,并做了土料击实后的物理性质指标及承载力试验,其成果见表2。通过以上试验结果对比,料场土料压实后其承载力和渗透系数都能够满足设计指标要求,因此,设计单位最终将换填三合土处理变更为选择料场土料作为换土垫层材料,节约了成本,方便了施工。(2)不同材料的垫层,其力学性质不同,地基处理的效果也不一样。以砂砾石地基为例:和布克赛尔蒙古自治县大寨田水库出险加固工程放水涵洞地基上层为腐植质土和砂砾石夹砂土,深度大于1.0m以上。下层为砂砾石夹砂土,中密,土质不均匀,砾石土中含砾量占60%左右,其次为砂及土粒,中密-密实,其物理力学试验指标:比重2.7,天然含水率1.74%,天然湿密度2.15g/cm3,天然干密度2.10g/cm3,曲率系数(Cc)0.67,不均匀系数(Cu)14.1,孔隙比(e)0.57,压缩系数av-11.32mpa-1,Es46mpa,剪切C:0.5,φ:38°,渗透系数2.3×10-2cm/s,承载力标准值600kpa。该地基承载力完全可以满足结构稳定要求,但其渗透系数不满足渗透稳定要求。设计部门设计时将上层腐植土清除,换填C10混凝土,将复合土工膜镶嵌于混凝土中,并与坝体及库盘连接成整体,以延长渗径,减小渗流量。二、降低地基沉降量的方法措施其一般规定,主要有以下几种换土垫层的作用概括起来主要有以下几个方面:第一、提高持力层的强度,并将建筑物基底压力扩散到垫层以下的软弱地基,使软弱地基土中所受应力减小到该软弱地基土的容许承载力范围内,从而满足强度要求。第二、垫层置换了不良地基土层,减少地基沉降量,地基沉降量一般在地基的上层部分占较大的比例,采用三合土垫层、灰土垫层、砂砾石垫层,由于垫层的应力扩散作用,传递到下卧层的应力减小,而使下卧层的沉降量减小,从而有效地减少地基沉降量。第三、加速软土地基排水固结,由于砂砾石垫层透水性大,它可以作为饱和软土的排水面,地基土中的孔隙水压力较快消散,加速软土地基固结并提高其强度。第四、调整了不均匀地基的刚度。对于换土垫层的作用应注意以下几点:(1)对于不同的水工建筑物地基,同一垫层的作用是不同的。如砂砾石垫层在工业与民用建筑工程中主要起换土作用,而在水利工程中不仅起换土作用而且主要起排水固结作用;(2)就垫层的材料而言其作用的发挥与处理对象有关;(3)不论采用何种垫层材料,其地基处理的作用效果都是有限的,对深层地基影响不很明显。三、基坑材料、混凝土垫层、水胶结和护坡(1)素土垫层,土料一般为低液限粘土或含“砾”低液限粘土,填土基坑必须为非饱和或无水土层上进行,碾压或夯实土料的含水率应控制在室内击实试验确定的最优含水率的±2%以内,压实后土体干密度应以击实试验确定的最大干密度进行控制。(2)三合土垫层,三合土材料主要为水泥、粘土、小石、中石、水,具有硫酸盐侵蚀的地基,水泥宜采用高抗硫水泥,粘土在使用前宜进行过筛处理,团粒粒径不得大于5mm,含水率以风干含水率控制最佳。三合土配合比一般为下表所示。三合土应采用搅拌机拌和均匀,颜色一致,控制适当的含水率,以用手紧握成团,干密度不小于2.10g/cm3,填料厚度应以现场施工机械通过夯实试验确定。在地下水位以下的基坑内施工或地基土处于饱和状态时,应注意采取不要的排水措施,夯实后的三合土不得浸水,三合土地基完工后,应及时回填基坑和修建基础,或作临时遮盖,防止日晒雨淋。(3)混凝土垫层,目前设计部门在考虑混凝土垫层时,一般多采用C10或C15混凝土,由于水工混凝土使用的水泥强度等级不得低于42.5Mpa。采用高强度等级的水泥配制低强度等级的混凝土,既要保证水胶比满足规范要求,又要尽量少用水泥使混凝土强度不宜过高,要解决这一矛盾,必须掺加粉煤灰等外掺料。这样既保证了混凝土的和易性,又降低了水泥用量。四、不良地质因素在水利工程建设中不良地基基础是经常会遇到的,其处理方法多种多样,由于不同的建筑物对地基基础的要求不同,而且各种不良地质因素对建筑物的影响程度也有很大的差别