水利基础处理工程二

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/()

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，必须根据灌浆压力或吸浆率的变化，适时调整浆液稠度。浆液稠度的变换遵循由稀到浓的原则。当灌浆压力保持不变，吸浆率均匀减少时；或吸浆率不变，压力均匀升高时，不得改变水灰比。采用限量法控制时一般当某一级水灰比浆液的灌入量已超过限量，而灌浆压力或吸浆率均无改变或改变不明显时，应加浓一级水灰比。⑤灌浆结束条件和封孔

a．结束标准：一般用两个指标控制，一个是残余吸浆量即灌到最后的限定吸浆量；一个是闭浆时间即在残余吸浆量的情况下保持设计规定压力的延续时间。

国内帷幕灌浆工程中，大多规定在设计规定压力之下，灌浆孔段的单位吸浆小于0.4L/min时，延续30～60min，就可结束；固结灌浆的结束标准是单位吸浆量小于0.4L/min时，延续时间30min。b．封孔：灌浆结束后，随即将灌浆孔清理干净用水泥砂浆填实。⑥质量检查钻检查孔，通过压水试验和浆液注入率检查通过检查孔，钻芯检查，或钻孔照相、摄像，观察质量开挖平洞、竖井或大口径钻孔，让人进入检查，并可直接进行抗剪强度、模量等试验地球物探方法，静（动）力触探，瑞利波等四、化学灌浆将有机高分子材料配制成的浆液灌入地基或建筑物裂缝中，经胶凝固化后，达到防渗、堵漏、补强、加固的目的。

堵漏类：水玻璃，聚氨酯类等；

补强类：环氧树脂类，甲凝类等。第二节砂砾石地层灌浆

砂砾石地层具有结构松散，空隙率大，渗透性强的特点。采用固结灌浆或帷幕灌浆。一、砂砾石地基的可灌性

砂砾石地基的可灌性是指砂砾石地层能否接受灌浆材料灌入的一种特性。它是决定灌浆效果的先决条件。

1.可灌性决定因素

主要决定于地层的颗粒级配、灌浆材料的细度、灌浆压力和灌浆工艺等因素。

2.可灌性衡量参数

在工程实践中,常以可灌比来进行衡量.M=D15/d85

式中M-可灌比;M越大，可灌性越好。

D15-砂砾石地层颗粒级配曲线上含量为15%的粒径，mm；

d85-灌浆材料颗粒级配曲线上含量为85%的粒径，mm；二、灌浆材料：以水泥粘土浆为宜。三、钻灌方法：打管灌浆（图3-10）

自下而上，简单，防渗性能较差，多用于临时工程（围堰）。套管灌浆

边钻孔，边跟套管，自下而上，不会产生坍孔埋钻问题，但易产生地表冒浆。循环钻灌（图3-11）

自上而下，钻一段灌一段，钻杆兼作灌浆管。应封闭孔口，防止地面抬动和地表冒浆。预埋花管灌浆（图3-12）

钻机钻孔，跟套管，套管内安设花管，花管与套管间灌注填料，边拔套管边灌注，形成强度后，再花管注浆。可重复灌浆，确保质量，但管材耗用多。第三节防渗墙施工

一防渗墙

防渗墙是修建在挡水建筑物和透水地层中防止渗透的地下连续墙。

作用：1.控制闸、坝基础、土石围堰及其基础渗流；

2.防止泄水建筑物下游基础的冲刷3.水工建筑物基础的承重4.加固病害的土石坝及堤防工程5.地下水库的修筑等二防渗墙的基本型式

防渗墙的基本型式是槽孔型。它是由一段段槽孔套接而成的地下墙。先施工的槽孔称一期槽孔,后施工的称二期槽孔。三防渗墙的材料

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。

四防渗墙的施工

1.造孔准备

(1)必须根据防渗墙的设计要求和槽孔长度的划分,作好槽孔的测量定位工作,并在此基础上,设置导向槽。

(2)导向槽安置好后,在槽侧铺设造孔钻机的轨道,安装钻机,修筑运输道路,架设动力和照明线路以及供水供浆管道,做好排水、排浆系统。

(3)向槽内充满泥浆,保持泥浆面在槽顶以下30-50cm。

2.泥浆和泥浆系统

为了确保防渗墙的施工质量,在造孔成墙的过程中必须维持槽孔孔壁的稳定。工程中常用泥浆护壁来解决这个问题，泥浆除了固壁作用外,在造孔过程中,尚有悬浮岩屑和冷却润滑钻头的作用;成墙以后,渗入孔壁的泥浆和胶结在孔壁的泥皮,还有防渗作用。3.造孔成槽

(1)钻劈法，适用于砂砾石地层

(2)钻抓法，适用于松散软弱地层

(3)分层钻进法(4)铣削法4.混凝土浇筑

防渗墙的混凝土浇筑和一般的混凝土浇筑不同,是在泥浆液面下进行的。必须：（1）不允许形成泥浆夹层；（2）确保混凝土与基础以及一、二期混凝土之间的结合（施工缝）；（3）连续浇筑、一气呵成。

泥浆下浇筑混凝土常用直升导管法（图3-18）。

确保导管底端始终埋在混凝土和砂浆里面。五、质量检查：槽孔检查、清孔检查、混凝土质量检查、墙体质量检测。

第四节高压喷射灌浆施工一、高压（10-30MPa）喷射灌浆作用冲切掺搅作用升扬置换作用挤压渗透作用位移握裹作用

二、高压喷射凝结体三、高压喷射灌浆施工方法：单管、双管、三管和多管法。四、施工程序与工艺：造孔、下喷射管、喷射提升、成桩（墙）。单管浆液双管内浆外气三管气水浆向家坝贱上游围滋堰防渗窑墙壮观扣的施工究场景帷幕灌娘浆施工忘现场（赚分序加秤密施工直法）高压抓旋喷弄桩施稻工高喷缺防渗竞墙在妥深厚遍覆盖罢层施勇工第五伴节鞭软土僻地基约处理介方法1、软土涨地基的响工程问腹题及解抛决途径含水渠量大珠于液输限、娘孔隙饿比大胀于1.港0的粘性侧土及标命准贯入骂击数小迅于4的砂染性土昨地基航通称外软基聚。软土灭的物更理力口学特丸性天然孔搂隙比大贼：e>1天然涉含水黎量高郑：w≥wl压缩系闭数高渗透系州数小抗剪磨强度遇低灵敏度梅高具有明摔显的流晌变性软土地盖基问题祖及处理蚊方法2、在撞软基上沉建筑工伯程的主泉要问题朗是地基拒的强度抽低，地袜基承载娇力低，改引起建门筑物下超陷量大佛，建筑奸物易失芒稳。必橡须进行罢处理，在建筑核物结悟构方面采布取的措久施采用轻览质材料歪；采用衣轻型结辜构；采坛用深基肾础结构响。在地基处担理方面采取的爷措施：夯实亿法及辛碾压钉法换土垫倍层法排水固里结预压徐法挤密法完和振冲脉法强夯柱法深层详搅拌端法高压挨喷射祖注浆脾法夯实开法及浸碾压晓法通过欺夯锤予或机续械，沫夯击趟或碾愚压填前土、谷疏松晒土层闯，使忍其孔隙体蚁积减少共、密实放程度提破高，这种疑作用称裤为压实。压实能谁降低土邮的压缩驳性、提减高其抗办剪强度瞒、减弱束土的透磨水性，或使经过楚处理的刺表层弱躬土成为欢能承担令较大荷井载的地桐基持力第层。换土镰垫层刮法当建筑躬物基础冰下的持读力层比腹较软弱教、不能架满足上匆部荷载准对地基与的要求酸时，常贸采用换土垫话层法来处理店软弱土注地基，凡即将基延础下一境定深度疫内的土份层挖去举，然后穗回填以某强度较心高的砂蹦、碎石躁或灰土素等，并鸦夯至密受实。换土究垫层避按其客回填槽的材新料可角分为惯砂垫寒层、感碎石扫垫层炒、灰籍土垫裙层等陡。砂垫层彩的主要砍作用：1.提高浅冠基础下通地基的伙承载力筐；2.减少沉验降量；3.加速基响底下软若弱土层盐的排水痛固结；4.防止冻幅胀；5.消除膨同胀土的株胀缩作蹄用。换土勉垫层旱法碎石垫尚层施工排水何固结总预压眼法排水旱固结屑预压作法是利用赞地基土谨排水固外结的原夸理，通条过施加夕预压荷兆载，并束增设各同种排水罚条件（舍砂井、神塑料排朋水板、毁排水垫摆层等排拥水体）授，以加除速饱和装软粘土颗固结发收展的一笑种软土荒地基处有理方法赶。根据固迎结理论传，粘性酷土固色结所能需时搞间与巾排水环距离倦的平际方成施正比。因此堵，为了身加速土狂层的固固结，最巨有效的悼方法是杜增加土醉层的排影水途径案，缩短盾排水距酬离。（1）堆敬载预躬压法（2）塑料娃排水板羡堆载预禾压法（3）真积空预掉压法真空亡预压饰处理嚼软基真空侄预压约处理锣软基塑料唉排水恼板施找工（1）塑料排灾水板施妻工（2）挤密桌法和花振冲延法在砂土赞中，通垂过机械奴振动挤秩压或加配水振动耽可以使势土密实睛。挤密凶法和振扫冲法就尘是利用元这个原隐理发展猜起来的禽两种地忆基加固确方法。挤密法座的加固妙机理主艰要靠桩锹管打入冶地基中摊，对土部产生横触向挤密齐作用，耕在一定救挤密功亚能作用乒下，土柏粒彼此轻移动，驱小颗粒狼填入大码颗粒的蜡空隙，只颗粒排怖列紧密料，孔隙跨体积减龙少，地自基土的咐强度也债随之增载强。所庆以挤密耕法主要秒是使松爱软土地雾基挤密妻，改善删土的强刺度和变跳形特性互。挤密法桶和振冲群法（2）振冲飘法是鱼利用凉一个钉振冲洽器，甘在高葛压水侨流的闻作用裕下边辫振边侨冲，血使松言砂地类基变滚密；址或在静粘性苗土地明基中史成孔想，在烘孔中读填入祖碎石离制成骂一根着根的际桩体悟，这蠢样的怀桩体宋和原匪来的历土构廉成复资