摘要：在水利水电工程中，地基基础处理无疑是工程建设的重中之重，地基基础设计、施工的某个环节出现问题将会给整个工程带来不可估计的损失。在复杂地质条件下的地基基础处理更是成为困扰工程技术人员的一个难题。以岷江干流都江堰市城区河段二号拦河闸工程地基处理为实例，详细介绍在复杂地质条件下采用多种基础处理方式，总结了在复杂地质条件下基础处理施工的技术要求和注意事项。
关键词：复杂；地质条件；水利水电工程；基础处理
1工程概况
四川省岷江干流都江堰市城区河段二号拦河闸工程位于都江堰市青城大桥下游约3km，都江堰至成都城际快速铁路上游200m，时岷江干流成都河段综合整治规划的第二级拦河闸工程，正常蓄水位697.00m，最大过闸流量3730m3/s,枯水期拦蓄来水，小流量由闸孔出流，维持闸上正常蓄水位697.00m，使上游1250m范围形成39.2万m2水域面积，改善上游河段水生态环境，改造城市景观和生活条件。
工程建设内容主要包括：兴建一座拦河闸，共18孔；加固（重建）堤防3.4km；、交通桥，宽29m（中间过有轨电车）
1.1工程地质
工程区域内地质条件复杂，历经反复4次勘察，较为详细的得出勘察成果。覆盖层厚0~48.3m，厚度相差较为悬殊，覆盖层均属于第四系属于河流沉积相，相变复杂，主要分布的地层有①回填卵石（Q4ml）、②冲积卵石（Q4al+pl）、③1含泥细砂（Q4al+pl）、③2含泥漂石（Q4al+pl）、③3含泥卵石（Q4al+pl）、③4含泥砾石（Q4al+pl）、④1含砾粉质粘土（Q4al+pl）、④2软塑或流塑状粉质粘土（Q4al+pl）、④3含卵石粉质粘土（Q4al+pl）、④4含砾细砂（Q4al+pl）。基岩为第三系（N)砾岩，基岩面起伏剧烈、无规律性。根据勘察成果得出回填卵石、冲击卵石平均承载力425Kpa；粉质粘土平均承载力200Kpa,回填砂卵石层渗透系数1.7×10-1cm/s属强透水层，冲积卵石层渗透系数2.3×10-2cm/s属强透水层；粉质粘土层渗透系数7.6×10-5cm/s属弱透水层。
1.2基础处理方案与设计要求
因工程区域内地质条件复杂，针对不同部位采用振冲碎石桩、高压旋喷桩、混凝土防渗墙，使地基满足设计要求。
闸室段基础覆盖层厚度大、各土层分布不均匀，同时基底粉质粘土层压缩模量小，闸基存在沉降及不均匀变形问题；因闸基分布较厚的强透水层，含砾粉质粘土虽属弱透水层，但根据钻孔揭示，该土层存在卵砾石密集分布区，其孔隙大、透水较大，容易形成渗漏或渗透变形通道，存在闸基渗漏和闸基渗透稳定问题。在闸室段采用的基础处理形式如：振冲碎石桩、高压旋喷桩、混凝土防渗墙。
振冲碎石桩：单桩承载力不小于550KN，复合地基承载力不小于320KPa，桩径不小于1m。
高压旋喷桩：单桩承载力不小于550KN，复合地基承载力不小于320KPa，桩径不小于1m。
混凝土防渗墙：28天立方体抗压强度R28≥10MPa,渗透系数K≤i×10-7cm/s(i=1~9）。
2基础处理施工
2.1振冲碎石桩施工
本工程覆盖层深厚且相变复杂，施工前在不同位置选点做生产性试验。根据试验结果得出小于120KW振冲器的无法满足工程需求。所以采用功率更大的150KW的振冲器施工。由于原有规范没有该型号振冲器的相关要求。只得在生产性试验中选取最佳参数用于本工程。为保证工程质量，所有仪表均采用自动化控制系统。
表2-1 振冲碎石桩试验取得的数据表
2.1.1孔位布置
现场采用经纬仪和钢尺测量放线，并逐一标记（两点一线），将桩位准确的标定在施桩基础面上，每个桩位均用木（竹）桩固定、作醒目的标志，并编制桩号。
2.1.2组装调试施工设备
吊机就位，连接振冲器和导杆，确定振冲标尺，连接控制电路，吊起振冲器，接通电源，启动上水，开启振冲器，记录空载运行参数，按试桩确定的各项施工技术参数，调整电控系统、上水系统到正式开工状态。
2.1.3定位
测量放线后吊车就位，徐徐吊起振冲器，使其竖直、悬空，距地面10～20cm，并让尖端对准桩位，检查水压、电压和振冲器电流是否正常。
2.1.4造孔
将振冲器缓慢、稳妥地吊起，对准桩位缓慢下降振冲器至离地面30cm以内，启动清水泵供水，待振冲器下端射水口出水的水压、水量达到工艺要求时，方启动振冲器，拉紧防扭绳索。待振冲器内的偏心块达到额定转速时，下沉振冲器贯入地层进行造孔。根据工程实践经验，造孔的最大速度一般控制在不大于2.0m/min为宜，造孔过程中应始终保持振冲器处于悬垂状态，发现桩孔偏斜应立即纠正。当遇到电流值超过电机的额定电流时，应暂停振冲器贯入、减速贯入，或提升一段距离，借助高压水冲松地层后再继续贯入造孔；造孔达到设计深度时，提升振冲器。造孔时每贯入1.0～2.0m记录电流、水压（气压）、时间。
2.1.5清孔
当造孔达到设计深度时，即将振冲器提出孔口，然后再次下沉振冲器，往复2～3次，进行清孔，清除孔内泥土，减小桩体含泥量；使孔口返出泥浆变稀、振冲孔顺直畅通，以利填料沉落。
2.1.6填料、振密、制桩
清孔完毕，控制室改用加密电流，并改变水压，采取连续填料，分段振密的制桩方法。将振冲器提离孔口1.0～1.5m，装载机向孔内倒石料，每次填料数量视土质条件而定，一般每次填料高度不宜大于0.5m。待石料沉入孔底后，再缓慢下沉振冲器，振密孔底桩体，当振冲器工作电流达到规定的密实电流后，留振8～10s。循环上段工序，进行下一段桩体的压密工作直至孔口，则完成一根桩的制桩过程。
2.2高压旋喷桩施工
高压旋喷桩桩处理范围是振冲碎石桩处理深度无法满足的设计要求的部分。该部分分布广泛，点多面广，处理难度大。为保证工程质量，在正式施工前做生产性试验，选择最佳参数用于本工程中。
表2-2 高压旋喷桩试验取得的数据表
2.2.1孔位布置
现场采用全站仪并逐一放点，将桩位准确的标定在地面上，每个桩位均用木（竹）桩固定、作醒目的标志，并编制桩号。
2.2.2造孔
钻孔孔位与设计孔位偏差不得大于5cm。钻孔的有效深度应超过设计底部深度0.3m。钻孔施工时应采取预防孔斜的措施，钻机安放要平稳牢固，加长粗径钻具。钻杆和粗径钻具的垂直度偏差不应超过5‰。钻孔偏斜率不超过1%。
2.2.3灌浆
施工前检查注浆设备和管路系统，并进行调试，压力宜大于25MPa，水泥浆液流量大于30L/min，管路系统的密封圈必须良好，各通道和喷嘴内不得有杂物：计量器具检验合格并在检定周期内，吸浆软管必须采用铠装橡胶管，高压泵与钻杆间由耐高压软管连接。接头使用卡口接头，并有密封圈压紧。将注浆管插入预定深度，先用清水试压，待情况正常后，开始注浆。 喷射注浆时设备开动顺序：先空载启动空压机，待运转正常后，再空载启动高压泵，并同时向孔内送风和水，使风量和泵压逐渐升高至规定值。风、水畅通后，即可旋转注浆管，并开动注浆泵，先向孔内送清水，待泵量泵压正常后，即可将注浆泵的吸浆管移至储浆桶，开始注浆。待水泥浆的前峰已流出喷头并在孔口返浆后，再开始提升注浆管自下而上喷射注浆。 喷浆开始时，旋喷提升旋喷管，全孔自下而上连续进行喷浆，注浆过程中必须时刻检查注浆流量、风量、压力、旋转和提升速度等参数是否符合要求，并作好记录。 喷射注浆结束后，对旋喷体顶部浆液析水收缩出现的凹形状，应及时采用水泥浆补灌。
2.3混凝土防渗墙施工
混凝土防渗墙处理范围是闸室、上游翼墙与防冲板之间，主要为处理前期勘察中存在的大量透水层。采用混凝土防渗墙是为在透水层中形成地下连续墙，从而解决闸室及其上游翼墙的渗漏及绕渗问题，保证枢纽工程的稳定性。
2.3.1前期准备工作
混凝土防渗墙施工前进行的准备工作包括施工平台的建造、泥浆拌制系统施工、排水系统施工等。
2.3.2槽孔建造
根据工程特点及复杂性在施工中采用了“纯钻法”和“钻抓法”两种施工工艺。“纯钻法”主要用于砂卵石覆盖深厚存在大量的孤石和漂石的地层中，“纯钻法”成槽工艺主要为在每个槽段分为4个主孔、3个副孔，采用CZ-5型冲击钻机先将主孔钻进到设计深度后，再进行副孔的钻进，最后劈进小墙成槽的方式进行成槽，每个槽段长5.6m，达到设计要求后清孔换浆，刷尽两端接头孔、壁上泥浆清孔换浆。“钻抓法”主要用于砂卵石覆盖均质和含砾粉质粘土的地层中，“钻抓法”成槽工艺主要是指采用CZ-5型冲击钻机和液压抓斗配合完成整个槽段。槽段长为5.6m，Ⅰ、Ⅱ序槽长均拟定为2.8m。其施工方法先在每个槽段两侧钻凿主孔，待主孔穿过砂卵石层后，交由抓斗完成主孔之间的含砾粉质黏土的抓取，到达基岩后，换冲击钻进行基岩部分的钻凿达到设计要求后清孔换浆，刷尽两端接头孔、壁上泥浆清孔换浆。
2.3.3槽孔验收
成槽之后，应在浇筑混凝土之前将槽底清理干净，即清孔。对有接头的槽段应清除接头槽壁上的泥皮，采用具有一定重量的圆形钢丝刷子（也可采用其他合适方法），利用钻机带动钢丝刷子不断的由孔底至孔口进行往返运动，通过调整钢丝绳位置的方法使刷子对接头槽壁进行洗刷。合格条件是：刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加。各项工作完成后对泥浆三参数进行检测及对槽孔孔位偏差及孔斜率等进行检查，满足后方可进行混凝土浇筑。
2.3.4混凝土浇筑
防渗墙混凝土采用直升导管法浇筑，利用压球满管法开浇，由低至高处逐管进行。导管使用前应进行密封承压试验。导管内径为250mm。浇筑时，导管定期进行密闭承压试验。槽孔内使用两套以上导管时，间距不得大于4.0m。安装导管时，导管底部出口与孔底距离不得大于25cm，并不应大于1.5倍隔离球塞直径。当孔底高差大于25cm 时，导管中心应放在该导管控制范围内的最低处。开浇前，导管内应置入可浮起的隔离球塞，堵塞导管底口。开浇混凝土前，应先在导管内注入适量的水泥砂浆，并准备好足够数量的混凝土，以使导管底口的隔离球塞被挤出后，能将导管底端埋入混凝土内。槽孔底部高低不平时，应先从低处浇起。混凝土的拌和、运输应保证浇筑能连续进行，若因故中断，时间不宜超过40min混凝土必须连续浇筑，槽孔内混凝土面上升速度不应小于2m/h，也不宜过快，并连续上升至施工平台高程顶面。导管出口埋入混凝土内的深度应保持在2.0～4.0m 之间，以免泥浆进入导管内；当混凝土顶面接近孔口或设计墙顶高程时，为便于混凝土流动，导管出口埋深可适当减小，但不宜小于1m。槽孔内混凝土面应均匀上升，其高差应控制在0.5m 以内。每30min测量一次混凝土面深度，每2h测定一次导管内混凝土面深度，在开浇和结尾时应适当增加测量次数。
3工程实体检测
3.1振冲碎石桩检测
根据相关规范的相关规定，对振冲碎石桩进行单桩竖向承载力及复合地基承载力静载试验及超重型动力触探试验。本工程总共选取21个点单桩静载及21个复合地基静载和60个点超重型动力触探。单桩静载最大加载1660KN，最小加载1388KN；最大累计沉降48.15mm，最小累计沉降13.31mm；最大单桩竖向极限承力830KN,最小极限承载力694KN，单桩静载试验全部满足设计要求。复合地基静载最大加载1276KN，最小加载1264KN；最大累计沉降16.19mm，最小累计沉降13.56mm；最大应力654KPa,最小应力648KPa，复合地基静载试验全部满足设计要求。超重型动力触探最小平均击数为8.19次，最大平均击数为25.74次，本工程选取的60个点超重型动力触探结果表明检测的桩位达到中密至很密，全部满足设计要求。
3.2高压旋喷桩桩检测
根据相关规范的相关规定，对高压旋喷桩进行单桩竖向承载力及复合地基承载力静载试验和钻孔取芯、芯样抗压、开挖检测等。本工程总共选取14个点单桩静载及14个复合地基静载和72个点钻孔取芯、180组芯样抗压、全数开挖检测。单桩静载最大试验荷载2402KN，最大沉降21.39mm，最小累计沉降14.98mm；承载力特征达到1200KN，单桩静载试验全部满足设计要求。复合地基静载最大加载1284KN，最小加载1231KN；最大累计沉降19.21mm，最小累计沉降14.45mm；最大应力657KPa,最小应力642KPa，复合地基静载试验全部满足设计要求。钻孔取芯最大取芯率为93.8%，最小取芯率为86.2%，取芯检测满足设计要求。对180组芯样进行抗压检测，最小抗压强度6.2MPa，最大抗压强度8.9MPa，抗压检测满足设计要求。开挖对桩径进行测量，最大值为1.14m，最小值为1.02m，桩径满足设计要求。
3.3混凝土防渗墙检测
根据相关规范的相关规定，对混凝土防渗墙进行钻孔取芯，注水试验，芯样及试块抗压检测。本工程总共选取9个点钻孔取芯及注水试验，44组试块抗压和9组芯样抗压检测。注水试验最小渗透系数0.00000017cm/s，最大渗透系数为0.00000086cm/s，注水试验满足设计要求。44组试块抗压最大值13.72MPa，最小值为11.57MPa，9组芯样抗压最大值13.96MPa，最小值为12.14MPa，试块抗压及芯样抗压检测满足设计要求。
4结论
由于水利工程在我国国民生产中的特殊地位，因此水利工程对其设计方案和施工质量都有很高的要求。基础处理又是水利工程的重中之重，特殊的地质条件，对方案的选取和施工质量的要求又有特别的要求。本文结合岷江干流二号拦河闸工程基础处理实例，探讨和分析了相关施工技术手段和应用，希望对以后类似地质情况下的基础处理方案和施工提供借鉴和帮助。
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[4]陈诚.浅谈高压旋喷桩在水利水电工程上的应用[J].水利水电，2014（4）.
论文作者:卢睿迪
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/25
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