第三章 基础工程

第三章 基础工程
水工建筑物对地基要求很严格，天然地基往往需要进行人工处理。基础工程属隐蔽工程，处理的质量要有保证。
本章重点：①水工建筑物对地基的要求和常用的处理方法；②掌握岩石地基和砂砾石地基灌浆处理的有关问题。
水工建筑物的基础分类：按照地层的性质可以分为两大类型：①岩基；②软基(包括土基和砂砾石地基)。
第一节 基础开挖
本节重点：①掌握岩基开挖的基本要求；②岩基开挖质量控制措施。
一、水工建筑物对地基的要求：
各种类型水工建筑物对地基基础的基本要求是:
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,以免发生严重的渗漏和渗透破坏；
4）具有足够的耐久性,以防在地下水长期作用下发生侵蚀破坏。
二、岩基开挖应注意的问题
(1)及时排除基坑积水、渗水和地表水,确保开挖工作在不受水的干扰之下进行。岸坡部位开挖时,要十分注意地表水的排除,在开挖轮廓外围,修好排水沟,将地表水引走。河槽部位开挖时,要布置好集水排水系统,配备移动方便的抽水机,及时将积水、渗水排除。
(2)合理安排开挖程序,保证施工安全。
（3）通盘规划运输线路，组织好出渣运输工作。
（4）正确选择开挖方法，保证坝基开挖的质量。
（5）合理组织弃渣的堆放，充分利用开挖的土石方。

第二节 岩基灌浆
岩基灌浆的浆液材料主要有水泥、水泥粘土和化学材料，而水泥灌浆优点突出，使用最为广泛，故本章以水泥灌浆为重点，了解灌浆施工中的主要问题，入钻孔、冲洗、压水试验、灌浆和管井质量控制与检验等，重点在于施工质量的控制。
本节重点：①钻孔质量与灌浆质量的关系；②钻孔质量的技术要求；③冲洗的质量要求和冲洗方法；④压水试验的目的、作用和方法；⑤灌浆作业质量检查与控制的有关问题。其中⑤是本节的难点。
一、灌浆的分类
按目的不同分为：固结灌浆、帷幕灌浆和接触灌浆。
按灌浆材料分为：水泥灌浆、水泥粘土灌浆和化学灌浆。
二、岩基灌浆的主要工序及控制要点
岩基灌浆的主要工序有：钻孔、钻孔冲洗、压水试验、灌浆和灌浆质量检查等。
1、钻孔
钻孔质量要求：确保孔深、孔向、孔位符合要求，力求孔径上下均一，孔壁平顺，钻进过程中产生的岩粉细屑较少。
2、冲洗
冲洗工作通常分：钻孔冲洗和岩层裂隙冲洗。
岩层裂隙冲洗分为：单孔冲洗和群孔冲洗。冲洗方法有：高压水冲洗、高压脉动冲洗和压气扬水冲洗。
3、压水试验
压水试验的主要目的是确定

地层的渗透特性，为岩基处理的设计和施工提供基本技术资料。
在我国，一般用单位吸水量 来代表岩层的深特特性。所谓单位吸水量，就是在单位时间内通过单位长度试验孔段，在单位水头压力作用下压入的水量，表达式：
4、灌浆
（1）钻孔灌浆的次序
地基灌浆一般按照先固结后帷幕的顺序。
固结灌浆应在有混凝土覆盖层的情况下进行，混凝土覆盖层的强度达到50%后进行。遵循层层加密的原则。
（2）灌浆方法
灌浆方法有：循环式和纯压式两种。
按照钻孔的顺序有全孔一次灌浆和分段灌浆两种。分段灌浆又有自上而下，自下而上和混合法三种。
（3）灌浆压力


（4）灌浆压力和灌浆稠度的控制
灌浆压力分一次生压法和分级生压法。
（5）灌浆的结束条件和封孔
灌浆的结束条件,一般用两个指标来控制,一个是残余吸浆量,又称最终吸浆量,即灌到最后的限定吸浆量；另一个是闭浆时间,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的压力之下,灌浆孔段的单位吸浆量小于0.4L/min时,延续30～60min以后,就可结束灌浆；固结灌浆的结束标准是单位浆量小于0.4L/min,延续时间30min。灌浆结束以后,应随即将灌浆孔清理干净,用水泥砂浆填充密实。对于已经蓄水的帷幕孔,更应及时封闭堵死,否则时间一久,孔壁产生水锈,就不再容易封堵密实,影响帷幕的工作效能。
(6)灌浆的质量检查
基础灌浆是隐蔽性工程,必须加强灌浆质量的检查和控制。为此,一方面要认真做好灌浆施工的原始记录,严格灌浆施工的工艺控制,防止违程操作；另一方面要在一个灌浆区灌浆结束以后,进行专门性的质量检查,以作出灌浆质量的最后鉴定。
灌浆质量检查的结果,是工程验收的重要依据。灌浆质量检查的方法很多,常用的有：对已灌地区,钻设检查孔,通过压水试验和单位吸浆量试验进行检查；通过检查孔,钻取岩芯进行检查,或进行钻孔照相和孔内电视,观察孔壁的灌浆质量；开挖平洞、竖井或钻设大口径钻孔,检查人员直接进去观察检查,并在其中进行抗剪强度、弹性模量等方面的试验；利用地球物理勘探技术,测定基岩的弹性模量、弹性波速、地震波的衰减系数等,对比这些参数在灌浆前后的变化,借以判断灌浆的质量和效果。
三、化学灌浆
化学灌浆是将有机高分子材料配制成的浆液灌入地基或建筑物的裂缝中,经胶凝固化以后,达到防渗、堵漏、补强、加固的目的。
常用的化灌材料,除水玻璃外,还有丙凝、聚氨脂、甲凝及环氧浆液等。
化学灌浆有以下特点。
1)化学浆液的粘度低,有的和水差不多,有的比水还小,流动性好,

可灌性高,可以灌入水泥浆液灌不进去的细微裂隙中。
2)化学浆液的聚合时间（或称胶凝时间,固化、硬化时间）可以比较准确地控制,从几秒到几十分钟,有利于机动灵活地进行施工控制。
3)化学浆液聚合后的聚合体,渗透系数很小,一般为10-8～10-10cm/s,几乎是不透水的,防渗效果较好。
4)化学浆液聚合后的聚合体,其本身强度和粘结强度一般都比较高,只有丙凝、铬木素的抗压强度低。因此,丙凝、铬木素只能用于防渗堵漏,甲凝、环氧可用于加固补强,而聚氨脂则防渗、加固都能适用。
5)化灌材料聚合体的稳定性和耐久性均较好,能抗酸、碱及微生物的侵蚀。但一般高分子化学材料都存在有老化问题。
6)化灌材料都有一定毒性,在配制、施工过程中要十分注意。
化学灌浆的施工,可基本沿用水泥灌浆的工艺。但由于化学灌浆的特点和化灌材料性质的不同,故各类化学灌浆的工艺稍有差异。由于化学材料配制的浆液是真溶液,不存在粒状灌浆材料所存在的沉淀问题,故化学灌浆都采用纯压式灌浆。化学灌浆的方法有单液法和双液法。一次配制成的浆液或两种浆液组分在泵送灌注前先行混合的灌浆方法称为单液法。两种浆液组分在泵送后才混合的灌浆方法称为双液法。如水泥灌浆那样,化学灌浆也要求在灌浆过程中注意进浆量和灌浆压力的变化,以防堵管等突然事故的产生,并及时做好现场记录。



第三节 岩基锚固
一、岩基锚固应注意的问题
1、高边坡开挖时锚固边坡。
2、坝基、岸坡抗滑稳定加固。
3、大型洞室支护加固。
4、大坝加高加固。
5、铺固建筑物,改善受力条件,提高抗震性能。
6、混凝土建筑物的裂缝或缺陷修补锚固等。






第四节 软基处理
本节重点：①砂砾石地基四种钻灌方法及其适用条件；②可灌性的含义。起爆方式、方法、起爆器材；③电起爆连线方式及其适用条件；④钻孔机具类型和工作特点。
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基能否接受灌浆材料灌入的一种特性。是决定灌浆效果的先决条件。其主要取决于地层的颗粒级配、灌浆材料的细度、灌浆压力和灌浆工艺等。
可灌比
式中 M—可灌比；
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。
可灌比M越大，接受颗粒灌浆材料的可灌性越好。一般 时，可以灌注水泥粘土浆；当 时，可以灌水泥浆。
二、灌浆材料
多用水泥粘土浆液。一般水泥和粘土的比例为1：1～1：4，水和干料的比例1：1～1：6。
三、钻灌方法
砂砾石地基的钻孔灌浆方法有：①打管准来3②套管灌浆;③循环

钻灌;④预埋花管灌浆等。
1、打管灌浆
打管灌浆就是将带有灌浆花管的厚壁无缝钢管，直接打入受灌地层中，并利用它进行灌浆。其程序是：先将钢管打入到设计深度，再用压力水将管内冲洗干净，然后用灌浆泵灌浆，或利用浆液自重进行自流灌浆。灌完一段以后,将钢管起拔一个灌浆段高度,再进行冲洗和灌浆，如此自下而上,拔一段灌一段,直到结束。
这种方法设备简单,操作方便,适用于砂砾石层较浅、结构松散、颗粒不大、容易打管和起拔的场合。用这种方法所灌成的帷幕,防渗性能较差,多用于临时性工程(如围堪)。
2、套管灌浆
套管灌浆的施工程序是:一边钻孔,一边跟着下护壁套管。或者,一边打设护壁套管,一边冲掏管内的砂砾石,直到套管下到设计深度。然后将钻孔冲洗干净,下入灌浆管,起拔套管到第一灌浆段顶部,安好止浆塞,对第一段进行灌浆。如此自下而上,逐段提升灌浆管和套管,逐段灌浆,直到结束。
采用这种方法灌浆,由于有套管护壁,不会产生第二段灌浆坍孔埋钻等事故。但是,在灌浆过程中,浆液容易沿着套管外壁向上流动,甚至产生地表冒浆。如果灌浆时间较长,则又会胶结套管,造成起拔的困难。
3、循环钻灌
循环钻灌是一种自上而下,钻一段灌一段,钻孔与灌浆循环进行的施工方法。钻孔时用粘土浆或最稀一级水泥粘土浆固壁。钻孔长度,也就是灌浆段的长度,视孔壁稳定和砂砾石层渗漏程度而定,容易坍孔和渗漏严重的地层,分段短一些,反之则长一些,一般为1～2m。灌浆时可利用钻杆作灌浆管。
用这种方法灌浆,做好孔口封闭,是防止地面抬动和地表冒提高灌浆质量的有效措施。
4、预埋花管灌浆
施工程序：
1）用回转式钻机或冲击钻钻孔，跟着下护壁套管，一次直达孔的全深；
2）钻孔结束后，立即进行清孔，清除孔壁残留的石渣；
3）再套管内安设花管，花管的 直径一般为73～108mm，沿管长每隔33～50cm钻一排3～4个射浆孔，孔径1cm，射浆孔外面用橡皮箍紧。花管底部要封闭严密牢固，按设花管要垂直对中，不能偏在套管的一侧。
4）在花管与套管之间灌注填料，边下填料边起拔套管，连续灌注，直到全孔填满套管拔出为止。
5）填料待凝10d左右，达到一定强度，严密牢固地将花管与孔壁之间的环形圈封闭起来。
6）在花管中下入双栓灌浆塞,灌浆塞的出浆孔要对准花管上准备灌浆的射浆孔。然后用清水或稀浆逐渐升压,压开花管上的橡皮圈,压穿填料,形成通路,为浆液进入砂砾石层创造条件,称为开环。开环以后,继续用稀浆或清水灌注5～10min,再开始灌浆。每排射浆孔就是一个灌浆段。灌完一段,移动双栓灌浆塞,使其出浆孔对准

另一排射浆孔,进行另一灌浆段的开环灌浆。由于双栓灌浆塞的构造特点,可以在任一灌浆段进行开环灌浆,必要时还可以进行复灌,比较机动灵活。
用预埋花管法灌浆,由于有填料阻止浆液沿孔壁和管壁上升,很少发生冒浆、串浆现象,灌浆压力可相对提高,灌浆比较机动,可以重复灌浆,对灌浆质量较有保证。国内外比较重要的砂砾石层灌浆,多采用这种方法,其缺点是花管被填料胶结以后,不能起拔,耗用管材较多。





第五节 防渗墙施工
一、防渗墙施工的主要工序
防渗墙施工的主要工序有：①造孔前的准备工作；②泥浆固壁进行造孔；③终孔验收和清孔换浆；④修筑防渗墙；⑤全墙质量验收。
二、造孔准备
测量放线、设置导向槽。
做好造孔前的准备工作是确保防渗墙施工质量的一个重要环节。
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。导向槽沿防渗墙轴线设在槽孔上方,用以控制造孔的方向,支撑上部孔壁。它对于保证造孔质量,预防塌孔事故,有很大的作用。
导向槽可用术料、条石、灰拌土或混凝土制成。导向槽的净宽一般等于或略大于防渗墙的设计厚度,高度以1.5～2.0m为宜。为了维持槽孔的稳定,要求导向槽底部高程高出地下水位0.5m以上。为了防止地表积水倒流和便于自流排浆,其顶部高程要高于两侧地面高程。导向槽安设好后,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路,作好排水排浆系统,并向槽内充灌泥浆,保持泥浆液面在槽顶以下30～50cm。
三、泥浆和泥浆系统
泥浆的作用：固壁、在造孔过程中悬浮岩屑和冷却润滑钻头、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。
泥浆的质量要求：粘粒含量大于50%，塑性指数大于20，含砂量小于5%，SiO2和Al2O3含量的比值以3～4为宜。
泥浆固壁表达式： →
式中 —泥浆压力；
—地下水压力和土压力之和；
——泥浆容重；
—水容重；
—土的干容重；
—土的饱和容重；
——土的侧压力系数， ，其中 为土的内摩擦角。
四、造孔
1、用钻挖机械开挖槽孔
修筑混凝土或粘土混凝土防渗墙，开挖槽孔用的钻孔机械型式很多，主要有冲击式、回转式和抓式。
挖掘时为了提高工效，通常将一个槽段，划分成主孔和副孔，然后采用钻劈法、钻抓法或分层钻进等方法成槽。
钻劈法又称“主孔钻进，副孔劈打”法。它是利用冲击式钻机的钻头自重，先冲击钻凿主孔，然后用同样的钻头劈打副孔两侧，用抽砂筒及接砂斗出渣。这种方法一般要求主孔先导8～12m，适用

于砂卵石或其它地层。
钻抓法又称“主孔钻进，副孔抓取”法。它是先用冲击钻或回转钻钻凿主孔，然后用抓斗挖副孔。它适用于粒径较小的松散地层。
用回转式钻机造孔，常用分层成槽法。分层成槽时，槽孔两端应领先钻进。
2、用一般土方机械挖槽
修筑泥浆槽级配料防渗墙，在松散地层中修筑深度部超过20～30m的防渗墙，可以用一般土方机械挖槽成墙。
3、振动沉桩成槽
修筑板桩灌注防渗墙，是由钢板桩连锁墙发展而来的。施工时，先将底部腹板加厚的钢板用打桩机打到设计高程，然后用拔桩机起拔，与此同时通过焊在钢板桩上的灌浆管，向拔桩后留下的空间注入粘土水泥浆。
五、混凝土浇筑
成孔后要进行终孔验收和清孔换浆，然后才能进行混凝土的浇筑。
清孔换浆的目的是要清除回落在孔底的沉碴,换上新鲜泥浆,以保证混凝土和不透水层连接的质量。清孔换浆应该达到的标准是经过1h后,孔底淤积厚度不大于10cm,孔内泥浆比重不大于1.3,粘度不大于30s,含砂量不大于12%。一般要求清孔换浆以后4h内开始浇筑混凝土。如果不能按时浇筑,应采取措施,防止落淤,否则,在浇筑前要重新清孔换浆。
泥浆下浇筑混凝土的特点是：不允许泥浆与混凝土掺混形成泥浆夹层、确保混凝土与基础以及一、二期混凝土质检的结合、连续浇筑，一气呵成。
泥浆下浇筑混凝土常用直升导管法。导管由若干节 20～25cm的钢管连接而成,沿槽孔轴线布置,相邻导管的问距不宜大于3.5m,一期槽孔两端的导管距孔端以1.0～1.5m为宜,二期槽孔两端的导管距孔端以0.5～1.0m为宜,当孔底高差大于25cm时,导管中心应布置在该导管控制范围内。




第六节 振冲加固
一、振冲加固的基本原理
振冲加固是利用机械振动和水力冲射加固土层的一种方法,称为振动水冲法,简称振冲法。按其加固机理,振冲法又分成：①振冲挤密,适于加固砂性土层；②振冲置换,适于加固粘性土层。在实际应用中,挤密和置换常联合使用互相补充。
振冲加固原理振冲挤密和振冲置换加固土层的原理不尽相同。振冲挤密加固砂层的原理是:①依靠振冲器的强力振动,使饱和砂层发生液化,砂粒重新排列，使孔隙减少而得到加密；②依靠振冲器的水平振动力，在加填料的情况下则通过填料使砂层挤压加密。
振冲置换土层，主要是通过振冲，向振冲孔终投放碎石等坚硬的粗粒料，并经振冲密实形成一根物理力学性能远优于原土层的碎石桩，桩与原土层一起，构成了符合地基。
二、振冲挤密
振冲挤密加固地层的深度，可达30m左右。一般在10m以内，适用于砂性土、砂、细砾等松散地层。密实度较高的地层，振

冲的技术经济效果浆明显降低。
振冲挤密所用的填料，可用粗砂、砾石、碎石矿渣或经爆破的废混凝土等。粒径为0.5～5cm。
振冲孔的布置有等边三角形或矩形两种形式。在施工中注意处理好以下问题，有利于提高振冲挤密的效果：
1.在下沉振冲器时，要适当控制造孔的速度，以保证孔周沙土有足够的振密时间，一般为1～2m/min。
2.要注意调节水量和水压，既要保证正常的下沉速度，又要避免大量地层土料的流失。
3.要均匀连续投料，使土层逐渐振冲密实。
三、振冲置换
适用于淤泥粘土地层。
振冲置换形成碎石所用的桩料、孔的间距和平面布置等问题，和振冲挤密填料的要求相似。





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