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摘要：天然满足水工建筑承载要求的地基很少，大多数地基都要经过处理才能达到使用要求，而地基处理对象千差万别，决定了地基处理技术的多样化和复杂性。土石方开挖同样不简单。因此，本文对水工建筑基础处理与开挖技术进行了分析。
关键词：水工建筑；地基处理；土石方开挖
水工建筑是建造在地基之上的，如果地基存在承载力不足、抗滑稳定性差、抗渗性弱等问题，建筑物就不稳定或容易遭到破坏。为了使地基满足要求就需进行地基处理。水工建筑下部结构称为基础，用于将上部结构荷载传递给地基。基础一般位于地下，为了建造基础必须进行开挖，以形成基坑用于建造基础[1]。水工建筑多建在河、湖、海边或附近，地质条件比较复杂，无论地基处理还是基坑开挖都面临安全问题，对施工技术要求较高，因此本文对水工建筑基础处理与开挖技术进行了分析。
1 水工建筑基础处理技术
1.1 地基处理对象
地基分为覆盖层地基和岩石地基。覆盖层地基是指地表基岩以上的松散堆积物，主要生成于第四纪，典型不良地基包括软土、冲填土、杂填土、粉砂土、湿陷性黄土、膨胀土等，此类地基承载力、抗滑稳定性多不符合要求，部分抗渗性也达不到要求。岩石地基中需处理的是严重风化、破碎的地基，此类地基渗透性较强，有些承载力不满足要求，故需处理。
1.2 覆盖层地基处理方法
用于加固覆盖层地基的方法有置换法、预压法、挤密桩法、强夯法、深层搅拌法、高喷灌浆法、加筋法等。置换法适于处理浅层的软土、湿陷性黄土等地基，根据置换工艺又分为挖除置换、挤出置换和爆破置换等。挖除置换在软土层不超过3m时处理成本低，挖除之后换以承载力好的材料，如砂、碎石、干渣、灰土等。挤出置换是在软基上填上好土夯实，软土被挤压并与好土掺混，其弱点被抑制。爆破置换通过爆破推走软土、挤进好土。预压法用于处理厚度较大的饱和软土、冲填土地基，根据预压方式分为堆载预压法、真空预压法和降水预压法（排水固结法）。挤密桩法适于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基，做法是将砂、碎石、石灰等材料通过冲击、振动方式压入土中，形成砂土桩、灰土桩的同时，原土层被挤实。强夯法适于砂土、碎石、黏土、素填土、杂填土、低饱和粉土、湿陷性黄土等地基处理，主要是利用夯击使土体固结和密实。深层搅拌法、高喷灌浆法是处理软弱土地基相对新一些的方法，通过注入水泥浆液，并与土体掺搅形成水泥土柱，从而提高地基承载力、抗渗性。两者比较起来，高喷处理深度更大，深搅工效更高。加筋法适于处理软土、砂土等地基，通过在土体中埋入土工织物、尼龙绳、钢条、钢带等，形成人工复合土体，提高地基承载力并减小沉降。
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1.3 岩石地基处理方法
对于风化、破碎严重的岩基，若厚度不大，可考虑清除至新鲜岩面；但风化、破碎带很厚时，彻底清除代价太高，只能采取灌浆、地连墙、预应力锚固、局部置换并辅以排水减压的方法。灌浆是通过钻孔注入浆液，利用浆液固化凝结堵塞渗漏通道来加固地基。根据浆液材料，灌浆分为水泥灌浆、水泥砂浆灌浆、水泥黏土灌浆、黏土灌浆、化学灌浆等型式；按照灌浆作用，灌浆分为帷幕灌浆、固结灌浆和接触灌浆。帷幕灌浆主要用于截断岩基渗流，灌浆孔呈线状排列，形似舞台帷幕而得名。固结灌浆用于提高岩基的整体强度，减小变形和沉降，灌浆孔呈网状或面状排列，布孔形式有梅花形、正方形[2]。接触灌浆是在水工建筑与岩基接触面之间灌浆，用于封闭建筑物与岩基之间的渗漏通道，同时提高建筑物抗滑稳定性，避免建筑物在岩基上滑动。接触灌浆可采用与帷幕灌浆、固结灌浆一样的钻孔灌浆法，也可采用预埋灌浆盒法进行灌浆。地连墙用于处理砂砾石等较为松散的岩层，在地基内开挖槽形孔，放置钢筋笼后浇灌混凝土，形成连续的混凝土墙，可防渗、挡土，还能承重。预应力锚固是在岩基上的混凝土锚座中加入锚杆或锚索，再对其施加预应力，使岩基强度和稳定性得到提高。
2 水工建筑土石方开挖技术
2.1 开挖程序与要求
按开挖部位，水工建筑开挖分为陆上开挖和水下开挖；按地基类别，分为土方开挖和石方开挖。由于开挖涉及进度、成本、安全等因素，开挖前应根据水文地质条件、地形地貌、施工条件等情况选择适宜的开挖程序。开挖前，应做足相应的准备，例如场地清理、降排水、测量放样、填方与弃土方准备、临时道路修筑、水电准备等。一般应自上而下开挖，安全和技术有保障时也可采用上下结合开挖。
2.2 土方开挖技术
土方开挖可采用人工结合机械开挖、全机械开挖和水力开挖三种方式。人工结合机械开挖质量较有保障，但进度较慢，适于施工强度较低、规模较小的工程。全机械开挖进度快、效率高，适合场地开阔、规模大的土方工程。土方挖掘机械包括挖掘机、铲运机、推土机。挖掘机又分为正铲挖掘机、反铲挖掘机、拉铲挖掘机、抓斗挖掘机和多斗挖掘机等，工程上最常见的是反铲挖掘机，挖掘基坑和沟槽。铲运机可近距离挖土和运土，也能把土装到自卸车上，作业比较灵活。推土机用于推土和平土。水力开挖又分为水枪开挖和挖泥船开挖两类。水枪开挖适合亚砂土、页岩等地质条件，利用高压、高速水流的冲切作用挖土和运泥。挖泥船开挖分为吸扬式、链斗式、抓扬式、铲扬式等型式。吸扬式挖泥船采用泥浆泵吸泥和排泥。链斗式挖泥船类似多斗挖掘机，利用成串泥斗连续挖泥。抓扬式挖泥船类似抓斗挖掘机，利用抓斗挖泥。铲扬式挖泥船类似正向铲挖掘机，利用铲斗挖泥。基坑开挖时，应先在基坑外围截排水。开挖时，确定边坡坡度，并根据土质条件采取边坡支护措施。3m深以内的基坑可一次开挖成型；3m以上的基坑，应分层开挖。挖掘机开挖至底部剩30cm时，应由人工清理到位。地下水位较浅时，应在坑内设集水井，并将水抽至坑上外围的排水沟内。超过5m的深基坑应对坑壁做护面或加支挡。
2.3 石方开挖技术
石方开挖方法主要有人工凿挖、炸药爆破和凿岩机开凿等。人工凿挖效率很低，适合临时小规模开挖。爆破开挖是目前应用最广泛的方法，开凿隧洞也常用凿岩机开挖。按照开挖方式，石方开挖分为开挖深度小于4m的薄层开挖、大于4m的分层开挖、全断面开挖和高梯段开挖。爆破方法分为梯段爆破、预裂爆破、光面爆破、沟槽爆破、药室爆破、静态爆破等形式。爆破程序包括钻孔、装药、封堵、放炮、爆后检查、拒爆处理等。根据钻孔原理，钻孔方法分为冲击式钻孔、回转式钻孔和冲击-回转式钻孔三类，冲击式钻孔适于坚固岩石，回转式钻孔适于不太坚固的岩石。按钻孔深浅，钻孔分为不足5m的浅孔钻和超过5m的深孔钻。按钻孔动力，钻孔分为电钻钻孔和风钻钻孔。爆破是依靠炸药的剧烈氧化还原放热反应，同时释放大量气体，因自带氧化剂，不依赖空气中的氧，所以既可在空气中爆炸，也能在水中爆炸。鉴于爆破作业的危险性，必须在安全防护上下功夫。除了上述开凿方法，还有一种凿裂法技术，利用推土机携带的裂土器将岩层松解为碎块，再集料装运。
3 结语
水工建筑物是水利工程的物质基础与外在体现，没有水工建筑也就不成为水利工程。通常，水工建筑规模大、负荷形式复杂，对地基的要求超过普通建筑物，地基处理和土石方开挖规模也非普通建筑可比，因此加强基础处理与开挖技术的研究有利于水利工程建设水平的提高。
参考文献：
[1] 姜东梅. 探析水工建筑的基坑开挖施工技术措施[J]. 中国水运，2014,14(9)：334-335.
[2] 邹伦诗. 实例研究水工建筑施工中常见的技术问题[J]. 河南水利与南水北调，2014(2)：11-12.
论文作者:陈妙玲
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/15
标签：地基论文; 水工论文; 钻孔论文; 挖掘机论文; 建筑论文; 基坑论文; 挖泥船论文; 《防护工程》2018年第31期论文;