1、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： 岩基 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
2、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： 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。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。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23m，高34m。(图3-1),2固结灌浆：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。部位：灌
3、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。特点：孔深一般为58m，也有深达1540m；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：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部位：在固结灌浆部位，可结合固结灌浆进行特点：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0.10.3 MPa。,二、岩基灌浆材料浆液应具备可灌性；
4、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1/31/5，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
5、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： 钻孔机械：回转式钻机要求：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
6、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/LPq地层透水率，Lu/(min.m.m)Q压入流量，L/minP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56m 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： 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%。 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%。 连续四次读数，流量均小于0.5L/min。,4灌浆的方法和工艺： 钻孔灌浆次序：遵循分序加密的
7、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。 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。 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11.5倍帷幕的工作水头，底部则以23倍工作水头为宜；固结
8、灌浆的压力，浅孔无压重时，可采用0.20.5MPa，有压重时，可采用0.30.7MPa，深孔固结灌浆可参照帷幕灌浆确定。, 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
9、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81、51、31、21、1.51、11、0.81、 0.61、0.51。,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
10、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。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3060min，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。,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
11、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
12、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
13、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(
14、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
15、,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
16、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）。,向家坝上游围堰防渗墙壮观的施工场景,帷幕灌浆施工现场（分序加密施工法）,高压旋喷桩施工,高喷防渗墙在深厚覆盖层施工,第五节 软土地基处理方法,1、软土地基的工程问题及解决途径 含水量大于液限、孔隙比大于1.0的粘性土及标准贯入击数小于4的砂性土地基通称软基。,软土的物理力学特性,天然孔隙比大： e1,天然含水量高：wwl,压缩系数高,渗透系数小,抗剪强度低,灵敏度高,具有明显的流变性,软土地基问题及处理方法,2、 在软基上建筑
17、工程的主要问题是地基的强度低，地基承载力低，引起建筑物下陷量大，建筑物易失稳。必须进行处理， 在建筑物结构方面采取的措施 采用轻质材料；采用轻型结构；采用深基础结构。 在地基处理方面采取的措施：夯实法及碾压法换土垫层法排水固结预压法挤密法和振冲法强夯法深层搅拌法高压喷射注浆法,夯实法及碾压法,通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其孔隙体积减少、密实程度提高，这种作用称为压实。 压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。,换土垫层法,当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用换土垫层法来处理软弱土
18、地基，即将基础下一定深度内的土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。 换土垫层按其回填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等。 砂垫层的主要作用： 1.提高浅基础下地基的承载力； 2.减少沉降量； 3.加速基底下软弱土层的排水固结； 4.防止冻胀； 5.消除膨胀土的胀缩作用。,换土垫层法,碎石垫层施工,排水固结预压法,排水固结预压法是利用地基土排水固结的原理，通过施加预压荷载，并增设各种排水条件（砂井、塑料排水板、排水垫层等排水体），以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地基处理方法。 根据固结理论，粘性土固结所需时间与排水距离的平方成正比。因此，为了加速土层的固结，最有效的
19、方法是增加土层的排水途径，缩短排水距离。 （1）堆载预压法 （2）塑料排水板堆载预压法 （3）真空预压法,真空预压处理软基,真空预压处理软基,塑料排水板施工（1）,塑料排水板施工（2）,挤密法和振冲法,在砂土中，通过机械振动挤压或加水振动可以使土密实。挤密法和振冲法就是利用这个原理发展起来的两种地基加固方法。 挤密法的加固机理主要靠桩管打入地基中，对土产生横向挤密作用，在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的空隙，颗粒排列紧密，孔隙体积减少，地基土的强度也随之增强。所以挤密法主要是使松软土地基挤密，改善土的强度和变形特性。,挤密法和振冲法（2）,振冲法是利用一个振冲器，在高压水流
20、的作用下边振边冲，使松砂地基变密；或在粘性土地基中成孔，在孔中填入碎石制成一根根的桩体，这样的桩体和原来的土构成复合地基。 在砂土中和粘性土中振冲法的加固机理是不同的。在砂土中主要是振动挤密和振动液化作用；在粘性土中主要是振冲置换作用，置换的桩体与土组成复合地基。,强夯法,强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用。,深层搅拌法,深层搅拌法是一种化学加固地基的方法。它通过特制机械各种深层搅拌机，沿深度将固化剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固化剂自身及其与地基土之间所产生的一系列物理、化学反应，使地基土硬结成为具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一定强度的复合土桩（体），或与地基土构成复合地基，从而提高软土地基的承载力、减小地基的变形。,薄层加载,加土工格栅,
