水利基礎(chǔ)處理工程二

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(duì)地基基礎(chǔ)的要求

1．具有足夠的強(qiáng)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(dòng)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(yán)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(jì)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．?dāng)鄬?、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(dòng)密實(shí)、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(diǎn)：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(shí)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(jìn)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(qiáng)度和整體性)，減少開挖深度，增強(qiáng)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(diǎn)：孔深一般為5～8m，也有深達(dá)15～40m；孔在平面上呈網(wǎng)格交錯(cuò)布置，通常采用群孔沖洗和群孔灌漿；灌漿時(shí)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(jìn)行。3．接觸灌漿：

①目的：加強(qiáng)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(shí)也能增加巖基的固結(jié)強(qiáng)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(jìn)行

③特點(diǎn)：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(dá)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(qiáng)度和粘結(jié)力；流動(dòng)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(diǎn)；

水泥粘土漿雖成本低但結(jié)石強(qiáng)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(jìn)，成本較高，施工復(fù)雜，工藝要求嚴(yán)。

二．水泥灌漿對(duì)材料的要求

1．水泥：顆粒細(xì)、穩(wěn)定性好、膠結(jié)性強(qiáng)、結(jié)石強(qiáng)度高和耐久性好，標(biāo)號(hào)不低于425號(hào)。水泥細(xì)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(qiáng)漿液流動(dòng)性和擴(kuò)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(jī)械：回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)②要求：孔位、孔向、孔深應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求?？孜黄畈怀^10cm，對(duì)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(yàn)：壓水試驗(yàn)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(shí)間，計(jì)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/(min.m.m)

Q——壓入流量，L/min

P——試驗(yàn)壓力，m，通常為同段灌漿壓力的70%～80%

L——試驗(yàn)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(dāng)試驗(yàn)結(jié)果符合下列標(biāo)準(zhǔn)之一時(shí)即可結(jié)束試驗(yàn)，以最終流量作為計(jì)算流量，標(biāo)準(zhǔn)如下：

①流量之一大于5L/min時(shí)，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(shí)，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(shí)，可促進(jìn)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(kuò)散和提高漿液的密實(shí)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(shí)漿液灌注和流動(dòng)的特點(diǎn)，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(rèn)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(shí)，可采用0.2～0.5MPa，有壓重時(shí)，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(jiān)硬完整、使用的灌漿壓力不高的地層。

優(yōu)點(diǎn)：使細(xì)小的裂縫得到充分的灌注，有利于提高灌漿質(zhì)量。

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

可結(jié)合吸漿率和漿液稠度一起考慮。當(dāng)吸漿較小時(shí)應(yīng)灌稀漿，盡快升到規(guī)定的最大灌漿壓力；當(dāng)吸漿率較大時(shí)，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(shí)。

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

缺點(diǎn)：影響細(xì)小裂縫的灌注效果，增加鉆孔數(shù)量。

在灌漿過程中對(duì)吸漿率大小的控制，主要視地質(zhì)結(jié)構(gòu)而定。對(duì)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。灌漿過程中中，必須根根據(jù)灌漿壓壓力或吸漿漿率的變化化，適時(shí)調(diào)調(diào)整漿液稠稠度。漿液稠度的的變換遵循循由稀到濃濃的原則。當(dāng)灌漿壓壓力保持不不變，吸漿漿率均勻減減少時(shí)；或或吸漿率不不變，壓力力均勻升高高時(shí)，不得得改變水灰灰比。采用用限量法控控制時(shí)一般般當(dāng)某一級(jí)級(jí)水灰比漿漿液的灌入入量已超過過限量，而而灌漿壓力力或吸漿率率均無改變變或改變不不明顯時(shí)，，應(yīng)加濃一一級(jí)水灰比比。⑤灌漿結(jié)束束條件和封封孔a．結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)：一般用兩個(gè)指標(biāo)標(biāo)控制，一個(gè)是殘殘余吸漿量量即灌到最最后的限定定吸漿量；；一個(gè)是閉閉漿時(shí)間即即在殘余吸吸漿量的情情況下保持持設(shè)計(jì)規(guī)定定壓力的延延續(xù)時(shí)間。。

國內(nèi)帷帷幕灌漿工工程中，大大多規(guī)定在在設(shè)計(jì)規(guī)定定壓力之下下，灌漿孔孔段的單位位吸漿小于于0.4L/min時(shí)，延續(xù)30～60min，就可結(jié)束束；固結(jié)灌灌漿的結(jié)束束標(biāo)準(zhǔn)是單單位吸漿量量小于0.4L/min時(shí)，延續(xù)時(shí)時(shí)間30min。b．封孔：灌灌漿結(jié)束后后，隨即將將灌漿孔清清理干凈用用水泥砂漿漿填實(shí)。⑥質(zhì)量檢查查鉆檢查孔，，通過壓水水試驗(yàn)和漿漿液注入率率檢查通過檢查孔，鉆鉆芯檢查，或鉆鉆孔照相、攝像像，觀察質(zhì)量開挖平洞、豎井井或大口徑鉆孔孔，讓人進(jìn)入檢檢查，并可直接接進(jìn)行抗剪強(qiáng)度度、模量等試驗(yàn)驗(yàn)地球物探方法，，靜（動(dòng)）力觸觸探，瑞利波等等四、化學(xué)灌漿將有機(jī)高分子材材料配制成的漿漿液灌入地基或或建筑物裂縫中中，經(jīng)膠凝固化化后，達(dá)到防滲滲、堵漏、補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)、加固的目的的。堵漏類：水玻璃，聚氨氨酯類等；補(bǔ)強(qiáng)類：環(huán)氧樹脂類，，甲凝類等。第二節(jié)砂礫礫石地層灌漿砂礫石地層具有有結(jié)構(gòu)松散，空空隙率大，滲透透性強(qiáng)的特點(diǎn)。。采用固結(jié)灌漿或或帷幕灌漿。。一、砂礫石地基基的可灌性砂礫石地基的可可灌性是指砂礫礫石地層能否接接受灌漿材料灌灌入的一種特性性。它是決定灌灌漿效果的先決決條件。1.可灌性決定因素素主要決定于地層的顆粒級(jí)配配、灌漿材料的細(xì)度度、灌漿壓力和灌漿漿工藝等因素。2.可灌性衡量參數(shù)數(shù)在工程實(shí)踐中,常以可灌比來進(jìn)進(jìn)行衡量.M=D15/d85式中M-可灌比;M越大，可灌性越越好。D15-砂礫石地層顆粒粒級(jí)配曲線上含含量為15%的粒徑，mm；d85-灌漿材料顆粒級(jí)級(jí)配曲線上含量量為85%的粒徑，，mm；二、灌漿漿材料：：以水泥粘粘土漿為為宜。三、鉆灌灌方法：：打管灌漿漿（圖圖3-10）自下而上上，簡單單，防滲滲性能較較差，多多用于臨臨時(shí)工程程（圍堰堰）。套管灌漿漿邊鉆孔，，邊跟套套管，自自下而上上，不會(huì)會(huì)產(chǎn)生坍坍孔埋鉆鉆問題，，但易產(chǎn)產(chǎn)生地表表冒漿。。循環(huán)鉆灌灌（圖3-11）自上而下下，鉆一一段灌一一段，鉆鉆桿兼作作灌漿管管。應(yīng)封封閉孔口口，防止止地面抬抬動(dòng)和地地表冒漿漿。預(yù)埋花花管灌灌漿（（圖圖3-12）鉆機(jī)鉆鉆孔，，跟套套管，，套管管內(nèi)安安設(shè)花花管，，花管管與套套管間間灌注注填料料，邊邊拔套套管邊邊灌注注，形形成強(qiáng)強(qiáng)度后后，再再花管管注漿漿。可重復(fù)復(fù)灌漿漿，確確保質(zhì)質(zhì)量，，但管管材耗耗用多多。第三節(jié)節(jié)防防滲墻墻施工工一防防滲墻墻防滲墻墻是修修建在在擋水水建筑筑物和和透水水地層層中防防止?jié)B滲透的的地下下連續(xù)續(xù)墻。。作用：：1.控制閘閘、壩壩基礎(chǔ)礎(chǔ)、土土石圍圍堰及及其基基礎(chǔ)滲滲流；；2.防止泄泄水建建筑物物下游游基礎(chǔ)礎(chǔ)的沖沖刷3.水工建建筑物物基礎(chǔ)礎(chǔ)的承承重4.加固病病害的的土石石壩及及堤防防工程程5.地下水水庫的的修筑筑等二防防滲墻墻的基基本型型式防滲墻墻的基基本型型式是是槽孔孔型。。它是是由一一段段段槽孔孔套接接而成成的地地下墻墻。先先施工工的槽槽孔稱稱一期期槽孔孔,后施工工的稱稱二期期槽孔孔。三防防滲墻墻的材材料1.剛性材材料(1)普通混混凝土土。(2)粘土混混凝土土。(3)摻粉煤煤灰混混凝土土。2.柔性材材料(1)塑性混混凝土土（粘粘土/膨潤土土）。。(2)凝灰漿漿。(3)固化灰灰漿。。四防防滲墻墻的施施工1.造孔準(zhǔn)準(zhǔn)備(1)必須根根據(jù)防防滲墻墻的設(shè)設(shè)計(jì)要要求和和槽孔孔長度度的劃劃分,作好槽槽孔的的測量量定位位工作作,并在此此基礎(chǔ)礎(chǔ)上,設(shè)置導(dǎo)導(dǎo)向槽槽。(2)導(dǎo)向槽槽安置置好后后,在槽側(cè)側(cè)鋪設(shè)設(shè)造孔孔鉆機(jī)機(jī)的軌軌道,安裝鉆鉆機(jī),修筑運(yùn)運(yùn)輸?shù)赖缆?架設(shè)動(dòng)動(dòng)力和和照明明線路路以及及供水水供漿漿管道道,做好排排水、、排漿漿系統(tǒng)統(tǒng)。(3)向槽內(nèi)內(nèi)充滿滿泥漿漿,保持泥泥漿面面在槽槽頂以以下30-50cm。2.泥漿和和泥漿漿系統(tǒng)統(tǒng)為了確確保防防滲墻墻的施施工質(zhì)質(zhì)量,在造孔孔成墻墻的過過程中中必須須維持持槽孔孔孔壁壁的穩(wěn)穩(wěn)定。。工程程中常常用泥泥漿護(hù)護(hù)壁來來解決決這個(gè)個(gè)問題題，泥泥漿除除了固壁作作用外,在造孔孔過程程中,尚有懸浮巖巖屑和冷卻潤潤滑鉆鉆頭的作用用;成墻以以后,滲入孔孔壁的的泥漿漿和膠膠結(jié)在在孔壁壁的泥泥皮,還有防滲作作用。3.造孔成成槽(1)鉆劈法法，適適用于于砂礫礫石地地層(2)鉆抓法法，適適用于于松散散軟弱弱地層層(3)分層鉆鉆進(jìn)法法(4)銑削法法4.混凝土土澆筑筑防滲墻墻的混混凝土土澆筑筑和一一般的的混凝凝土澆澆筑不不同,是在泥泥漿液液面下下進(jìn)行行的。。必須須：（1）不允允許形形成泥泥漿夾夾層；；（2）確保?；炷僚c與基礎(chǔ)礎(chǔ)以及及一、、二期期混凝凝土之之間的的結(jié)合合（施施工縫縫）；；（3）連續(xù)續(xù)澆筑筑、一一氣呵呵成。。泥漿下下澆筑筑混凝凝土常常用直直升導(dǎo)導(dǎo)管法法（圖圖3-18）。確保導(dǎo)導(dǎo)管底底端始始終埋埋在混混凝土土和砂砂漿里里面。。五、質(zhì)質(zhì)量檢檢查：：槽孔孔檢查查、清清孔檢檢查、、混凝凝土質(zhì)質(zhì)量檢檢查、、墻體體質(zhì)量量檢測測。第四節(jié)節(jié)高高壓噴噴射灌灌漿施施工一、高高壓（（10-30MPa）噴射射灌漿漿作用用沖切摻摻攪作作用升揚(yáng)置置換作作用擠壓滲滲透作作用位移握握裹作作用二、高高壓噴噴射凝凝結(jié)體體三、高高壓噴噴射灌灌漿施施工方方法：：單管管、雙雙管、、三管管和多管管法。。四、施施工程程序與與工藝藝：造造孔、、下噴噴射管管、噴噴射提提升、、成樁樁（墻墻）。。單管漿液雙管內(nèi)漿外氣三管氣水漿向家壩上游游圍堰防滲滲墻壯觀的的施工場景景帷幕灌漿施施工現(xiàn)場（（分序加密密施工法））高壓旋噴樁樁施工高噴防滲墻墻在深厚覆覆蓋層施工工第五節(jié)軟軟土地基處處理方法1、軟土地基基的工程問問題及解決決途徑含水量大于于液限、孔孔隙比大于于1.0的粘性土及及標(biāo)準(zhǔn)貫入入擊數(shù)小于于4的砂性土地地基通稱軟軟基。軟土的物理理力學(xué)特性性天然孔隙比比大：e>1天然含水量量高：w≥wl壓縮系數(shù)高高滲透系數(shù)小小抗剪強(qiáng)度低低靈敏度高具有明顯的的流變性軟土地基問問題及處理理方法2、在軟基基上建筑工工程的主要要問題是地地基的強(qiáng)度度低，地基基承載力低低，引起建建筑物下陷陷量大，建建筑物易失失穩(wěn)。必須須進(jìn)行處理理，在建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)方面采取的的措施采用輕質(zhì)材材料；采用用輕型結(jié)構(gòu)構(gòu)；采用深深基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)。在地基處理方方面采取的措施施：夯實(shí)法及碾碾壓法換土墊層法法排水固結(jié)預(yù)預(yù)壓法擠密法和振振沖法強(qiáng)夯法深層攪拌法法高壓噴射注注漿法夯實(shí)法及碾碾壓法通過夯錘或或機(jī)械，夯夯擊或碾壓壓填土、疏疏松土層，，使其孔隙體積減減少、密實(shí)實(shí)程度提高高，這種作用用稱為壓實(shí)。壓實(shí)能降低低土的壓縮縮性、提高高其抗剪強(qiáng)強(qiáng)度、減弱弱土的透水水性，使經(jīng)經(jīng)過處理的的表層弱土土成為能承承擔(dān)較大荷荷載的地基基持力層。。換土墊層法法當(dāng)建筑物基基礎(chǔ)下的持持力層比較較軟弱、不不能滿足上上部荷載對(duì)對(duì)地基的要要求時(shí)，常常采用換土墊層法法來處理軟弱弱土地基，，即將基礎(chǔ)礎(chǔ)下一定深深度內(nèi)的土土層挖去，，然后回填填以強(qiáng)度較較高的砂、、碎石或灰灰土等，并并夯至密實(shí)實(shí)。換土墊層按按其回填的的材料可分分為砂墊層層、碎石墊墊層、灰土土墊層等。。砂墊層的主主要作用：：1.提高淺基礎(chǔ)礎(chǔ)下地基的的承載力；；2.減少沉降量量；3.加速基底下下軟弱土層層的排水固固結(jié)；4.防止凍脹；；5.消除膨脹土土的脹縮作作用。換土墊層法法碎石墊層施施工排水固結(jié)預(yù)預(yù)壓法排水固結(jié)預(yù)預(yù)壓法是利用地基基土排水固固結(jié)的原理理，通過施施加預(yù)壓荷荷載，并增增設(shè)各種排排水條件（（砂井、塑塑料排水板板、排水墊墊層等排水水體），以以加速飽和和軟粘土固固結(jié)發(fā)展的的一種軟土土地基處理理方法。根據(jù)固結(jié)理理論，粘性土固結(jié)結(jié)所需時(shí)間間與排水距距離的平方方成正比。因此，為為了加速土土層的固結(jié)結(jié)，最有效效的方法是是增加土層層的排水途途徑，縮短短排水距離離。（1）堆載預(yù)壓壓法（2）塑料排水水板堆載預(yù)預(yù)壓法（3）真空預(yù)壓壓法真空預(yù)壓處處理軟基真空預(yù)壓處處理軟基塑料排水板板施工（1）塑料排水板板施工（2）擠密法和振振沖法在砂土中，，