[拼音]：shuigong jichu gongcheng

[外文]：foundation engineering of hydraulic structure

為滿足水工建筑物基礎(chǔ)穩(wěn)定及強(qiáng)度要求而采取的地基處理，及水工建筑物下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工的統(tǒng)稱?；A(chǔ)穩(wěn)定（包括抗滑、抗傾，變形及滲透穩(wěn)定）是水工建筑物正常運(yùn)行的根本保證。基礎(chǔ)工程處理不當(dāng)往往是水工建筑物失事的主要原因之一。根據(jù)1974年國際大壩委員會發(fā)表的有關(guān)大壩事故調(diào)查材料，在混凝土壩與土石壩中，由于基礎(chǔ)工程問題而造成的大小事故共95次，占各種事故總次數(shù)的36％，其中重大事故29次（包括垮壩在內(nèi)），占各種重大事故總次數(shù)33.3％。如法國壩高60m的馬爾帕塞雙曲拱壩，于1959年12月2日左岸巖石裂隙由于滲水壓力作用構(gòu)成壩肩滑動，導(dǎo)致垮壩，造成數(shù)百人死亡，及大量物質(zhì)損失。美國1975年建成的蒂頓土壩，因基巖滲水，底部齒槽回填被管涌沖刷破壞，于1976年6月5日潰決，造成重大損失。此外還有一些水庫由于基礎(chǔ)問題而影響蓄水?？偟恼f來，水工建筑物因基礎(chǔ)原因而失事的多于其他工程。從以上失事實例，說明基礎(chǔ)工程的成敗直接關(guān)系到整個水工建筑物的安危與經(jīng)濟(jì)效益。基礎(chǔ)工程不單設(shè)計時要正確妥善，施工尤應(yīng)高度重視。如水工基礎(chǔ)工程設(shè)計不當(dāng)，沒有采取有效的工程措施或由于施工草率，沒有達(dá)到設(shè)計要求，往往會導(dǎo)致工程潰決。水利工程的地質(zhì)情況復(fù)雜，巖基由于地殼巖層在構(gòu)造應(yīng)力作用下，產(chǎn)生位移與變形，形成褶皺構(gòu)造與斷裂構(gòu)造，致使巖體構(gòu)造復(fù)雜化。硬軟巖石互層時，隨著褶皺作用而出現(xiàn)層間錯動、層間塑性變形及層間破裂面等褶皺構(gòu)造。斷裂構(gòu)造主要表現(xiàn)為節(jié)理與斷層。這些地質(zhì)缺陷使巖層喪失連續(xù)性，強(qiáng)度降低，變形增大，并出現(xiàn)巖溶滲漏、斷層破碎帶及裂隙的滲漏、 基坑涌水、 壩基承壓水及揚(yáng)壓力升高等。對于軟基，構(gòu)造運(yùn)動所產(chǎn)生的斷裂，破壞了土體的連續(xù)性，降低了土的強(qiáng)度。地基土顆粒較細(xì)、級配不良或抗剪強(qiáng)度較低時易發(fā)生管涌、液化及滑動。土的壓縮性大時，易產(chǎn)生不均勻沉降。這些現(xiàn)象，都將惡化建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定和承載力，并帶來其他不利影響，故必需慎重對待基礎(chǔ)工程。

設(shè)計原則

基礎(chǔ)工程一般包括兩部分：

（1）使建筑物本身適應(yīng)或滿足地基要求，如加大建筑物底部斷面或增設(shè)必要設(shè)施；

（2）地基處理，如采用灌漿、排水或增設(shè)樁基等。因此，在設(shè)計中應(yīng)注意下列要求。

大壩若為巖基，則基礎(chǔ)的穩(wěn)定性主要取決于巖體的抗剪強(qiáng)度、變形及滲透穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)形式不同的建筑物，對基礎(chǔ)要求亦各有側(cè)重。如巖基上的各種混凝土壩，各種荷載都作用于地基上，故對地基的加固設(shè)計便要求達(dá)到：

（1）巖體盡量趨于均一，其抗壓強(qiáng)度與變形模量無顯著差異，并具有足夠的強(qiáng)度，以承受壩體的壓力。

（2）具有足夠的整體性和均勻性，以便有足夠的抗剪強(qiáng)度，以滿足壩基抗滑穩(wěn)定要求。

（3）滿足滲透穩(wěn)定要求，一般高壩在防滲帷幕內(nèi)的單位吸水量應(yīng)小于0.01L/(min?m?m)。帷幕下游應(yīng)設(shè)排水幕，以降低揚(yáng)壓力，斷層破碎帶與軟弱夾層等滲漏通道更不能產(chǎn)生機(jī)械管涌或化學(xué)管涌。

（4）具有足夠的耐久性，以防止巖體性質(zhì)在水的長期作用下發(fā)生惡化，使強(qiáng)度降低。

有軟弱夾層的巖體，其抗剪強(qiáng)度則取決于夾層的特性。抗滑穩(wěn)定除研究沿壩體與巖體接觸面外，還要研究沿壩基中軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的深層或淺層滑動問題，包括可能滑動面的形式，抗滑穩(wěn)定的計算方法，計算參數(shù)的選擇，安全系數(shù)的確定及模型試驗等。另外，壩基荷載超過地基的承載能力，將使壩基巖體壓縮面發(fā)生超過允許的沉降或不均勻沉降或局部巖體由于應(yīng)力集中而破裂。這對各種壩都是危險的，故在研究變形時，應(yīng)在大壩和巖基的聯(lián)合作用下，研究壩基變形對壩體應(yīng)力的影響，不均勻沉降引起壩體應(yīng)力集中，水平位移對防滲帷幕的作用等。而軟弱夾層、強(qiáng)風(fēng)化層和斷層破碎帶又是導(dǎo)致壩基產(chǎn)生變形的主要因素，因此也是主要研究對象。

對于拱壩地基除上述要求外，還要求巖體有更高的承載力，巖體變形模量均一，巖體與混凝土的彈性模量接近。對兩岸壩肩要研究其穩(wěn)定與變形，對兩岸發(fā)育的斷層、節(jié)理、裂隙要深入研究在力系與繞壩滲流同時作用下能否構(gòu)成滑動塊體。土石壩對地基的要求比混凝土壩低，但從解決地基滲水、承載能力小、壓縮性大、抗剪強(qiáng)度低以及振動液化等問題方面考慮，也需要對地基采取必要的處理措施，做到既安全又經(jīng)濟(jì)合理。在巖溶地區(qū)修建水庫與大壩，應(yīng)分析水庫滲漏的范圍、主要滲水通道，估計滲漏量等并提出治理方案。對巖溶區(qū)壩址，除應(yīng)查明上述問題外，還要注意巖溶發(fā)育深度，溶洞與巖溶通道的具體分布、填充情況，對壩基與壩肩穩(wěn)定的影響等。中國巖溶發(fā)育地區(qū)面積約占全國面積七分之一，故對巖溶滲漏問題需予重視。

主要技術(shù)措施

基礎(chǔ)工程設(shè)計內(nèi)容包括建筑物基礎(chǔ)及地基處理兩部分，一般有下列三種情況。

對基礎(chǔ)采取結(jié)構(gòu)措施

通過建筑物下部結(jié)構(gòu)（即基礎(chǔ)）的調(diào)整，可改善水工建筑物基礎(chǔ)及地基的應(yīng)力狀態(tài)。如①設(shè)置混凝土底座:日本大川壩地質(zhì)條件非常復(fù)雜，采用先鋪筑厚20m、長245m的混凝土平板式基礎(chǔ)底座，再在底座上修建高58m的混凝土重力壩，以適應(yīng)壩址區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件。另外，中國貴州貓?zhí)樱ㄋ募墸┱锟谒娬镜臄r河壩，是在厚20～30m的河床覆蓋層上先修建跨度40m以上的混凝土拱形基礎(chǔ)底座(又稱基礎(chǔ)拱橋)，然后在其上修建高54.8m的雙曲拱壩，避免了河床大量開挖并簡化了地基受力條件。

（2）設(shè)置拱壩周邊墊座：在地形很不規(guī)則的河谷或局部有深槽或地質(zhì)上有軟弱帶的情況，而欲修建拱壩時，可在巖基上先修建混凝土周邊墊座(人工基礎(chǔ))形成周邊縫（圖1），然后在周邊墊座上修建壩體。縫沿周邊的形式可按需要選定，使墊座以上的壩體能保持一定的對稱性，可減少上述各種不利因素的影響并改善拱壩的支承條件。意大利于1939年建成的奧西爾埃塔雙曲拱壩，以及1961年建成的壩高262m的瓦依昂拱壩，都采用了人工周邊墊座。由于周邊縫的存在，壩體即使開裂，延伸到縫邊就會停止發(fā)展；若墊座有開裂，也不致影響到壩體；如墊座厚度適當(dāng)加大，還可使拱端推力更均勻地分布到較大面積的基巖上，可改善地基的受力條件。

（3）設(shè)置重力墩：當(dāng)河谷岸邊基巖面高程低于壩頂，為減少寬高比，避免岸坡大量開挖（圖2），可設(shè)置重力墩，以使拱壩壩體基本上保持對稱。

（4）采用樁基礎(chǔ)（見樁工）：這也是一種改善地基受力條件的結(jié)構(gòu)措施。松軟地基不能承受上部傳來的荷載時，可以選擇樁基礎(chǔ)，將上部荷載通過承臺、群樁而傳到地基土層或底部基巖，以避免引起松散土層產(chǎn)生不均勻沉降。

（5）設(shè)立傳力墻：拱壩對兩岸壩肩整體性要求很高。中國貴州高165m的烏江渡水電站重力拱壩，右壩肩被裂隙嚴(yán)重切割，后選定在該處設(shè)置一個斷面尺寸為 12m×20m×45m的大型混凝土傳力墻。傳力墻按順壩肩推力方向穿透裂隙密集帶布置，使應(yīng)力有效地向山里堅硬灰?guī)r傳遞擴(kuò)散，解決了拱端與地基力系平衡穩(wěn)定的問題。

巖基加固和防滲措施

其目的基本上是提高強(qiáng)度、增大變形模量、減少揚(yáng)壓力。主要手段為①壩基開挖（見地基開挖）。

（2）固結(jié)灌漿。

（3）混凝土置換：是加固巖基斷層破碎帶及軟弱夾層常用的措施，一般根據(jù)所在的部位、產(chǎn)狀、寬度、充填物性質(zhì)，通過計算或模型試驗確定開挖一定深度和寬度的槽、井、洞，再回填混凝土塞，并加強(qiáng)接觸灌漿和固結(jié)灌漿。若基巖有深層滑動面，灌漿又不能解決抗滑穩(wěn)定要求時，可考慮由基巖面打豎井到滑動面高程開挖置換洞，再回填混凝土，如印度高144m的斯里賽勒姆壩。由于置換開挖對基巖有一定的破壞作用，故可盡量使用灌漿改善斷層，但灌漿對提高變形模量有效，而對提高抗剪指標(biāo)作用不大。因此，在拱壩基礎(chǔ)處理中，當(dāng)斷層與推力方向近于垂直時，用灌漿處理斷層為好；若斷層與推力斜交或近于平行時，則用混凝土置換處理斷層為好。

（4）預(yù)應(yīng)力錨固。

（5）巖溶處理。

（6）巖基防滲（見帷幕灌漿、化學(xué)灌漿）。

軟基加固與防滲措施

軟基主要是指砂礫、黃土、軟粘土、細(xì)砂層等地基。對砂礫地基的處理，主要是控制滲透流速、滲透流量，保證壩基滲透穩(wěn)定。辦法是采用垂直防滲與水平防滲。垂直防滲采用粘土截水墻、混凝土防滲墻及帷幕灌漿等。水平防滲多采用粘土鋪蓋，有時在壩下游還需采用排水減壓等手段。對軟粘土或沖積層，因基特點是含水量高，壓縮性大，透水性小，抗壓、抗剪強(qiáng)度低，可采用加速排水固結(jié)辦法，提高其抗剪強(qiáng)度，如砂墊層排水、真空抽氣加固、砂井預(yù)壓等措施。對黃土地基，主要是濕陷性黃土，因其沉降量大，可能引起壩的失穩(wěn)及開裂，可采用挖除、預(yù)先浸水或表面強(qiáng)夯等措施?？傊刂茲B流外，還要提高地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少總沉降量和沉降差。對細(xì)砂層，則應(yīng)防止管涌與振動液化現(xiàn)象，近年來發(fā)展較快的是利用振沖法加固砂土地基。20世紀(jì)70年代初，在軟基加固技術(shù)中，又出現(xiàn)了高壓噴射灌漿，即鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊高壓噴射水泥漿，制成的旋噴樁直徑可達(dá)1.5～2.0m。沉井在中國水利工程中，多用作防沖結(jié)構(gòu)，60年代初，曾在四川映秀灣水電站首次使用，并在礫石層與粉細(xì)砂層中下沉，不但解決了防沖，也解決了滲透穩(wěn)定與砂層液化等問題。銅街子水電站導(dǎo)流明渠左導(dǎo)墻及出口處于1985年布置了16個沉井，每個最大尺寸為 16m×30m，井壁厚1.6～2.0m，總深35m，以防止明渠水流沖刷左岸山體坡腳而造成塌方。荷蘭以軟基工程著稱于世，1986年在最大水深45m的海口軟基上建成高53m、總長3000m的東斯海爾德?lián)醭遍l工程，閘基開挖、砂基振實、卵石回填等均在水下進(jìn)行。這是軟基處理工程的一個飛躍。

見地基處理。

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標(biāo)簽：水工基礎(chǔ)工程

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