第三章基礎(chǔ)工程

第三章基礎(chǔ)工程第1頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三概述一．各類型的水工建筑物對地基基礎(chǔ)的要求

1．具有足夠的強度，能夠承受上部結(jié)構(gòu)傳遞的應(yīng)力；

2．具有足夠的整體性和均一性，能夠防止基礎(chǔ)的滑動和不均勻沉陷；

3．具有足夠的抗?jié)B性和耐久性，防止發(fā)生嚴重的滲漏和滲透破壞及地下水的侵蝕破壞。

第2頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三二．地基處理的方法

1．地基開挖：在地基范圍內(nèi)將不合設(shè)計要求的覆蓋層、分化破碎有缺陷的巖層挖掉，是一種最通用可靠的處理方法

2．斷層、軟弱夾層、破碎帶處理方法常用砼塞、砼拱、截水槽、防滲墻

巖溶處理可用堵、鋪、截、圍、導、灌

3．土、砂礫石地基處理

防滲：截水槽、打板樁、防滲墻、修鋪蓋

加固：預(yù)壓、換砂、砂井、振動密實、打樁、灌漿等第3頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)基礎(chǔ)開挖一．基礎(chǔ)開挖

壩基開挖平臺示意

壩基開挖形態(tài)

沿壩軸線開挖圖

1．定義：在地基范圍內(nèi)將不合設(shè)計要求的覆蓋層、風化破碎有缺陷的巖層挖掉，是一種通用可靠的地基處理方法。

2．應(yīng)解決的問題如下：

①及時排除基坑積水

第4頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三②合理安排開挖程序，掌握“自上而下，先岸坡后河槽”的原則，分層開挖，逐漸下降。

③合理選定基坑開挖范圍與形態(tài)。基坑開挖范圍主要取決于水工建筑物的平面輪廓,同時考慮實際施工情況?；娱_挖要避免形成高邊坡、深槽壁，要求基巖面比較平整，高差不宜太大，并盡可能略向上游傾斜同時考慮不同壩型的要求

④正確選擇開挖方法及開挖參數(shù)，保證質(zhì)量和安全為重點

⑤做好開挖和利用石渣的綜合平衡。第5頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三二．開挖方法

對巖石地基而言，主要的方法是爆破開挖，采取控制爆破，分層向下，預(yù)留保護層的方式

壩基爆破開挖的基本要求是：保證質(zhì)量；注重安全；方便施工；綜合平衡。

保證質(zhì)量具體在兩個方面：

1．要求在爆破開挖過程中既有效地按分層逐層下挖，又要有效防止由于震動破壞保留巖體和設(shè)計基巖線下的巖體

2．要求在爆破開挖時防止對已建成的水工建筑物或已完工的灌漿地段造成損壞。第6頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三壩基開挖平臺示意第7頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三壩基開挖形態(tài)第8頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三沿壩軸線開挖圖第9頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)巖基灌漿定義：就是把一定配合比的具有流動性和膠凝性的漿液，通過鉆孔壓入巖層裂隙中，經(jīng)過膠結(jié)硬化后以提高巖基的強度，改善巖基的整體性和抗?jié)B性。

一．巖基灌漿的分類及部位

巖基灌漿示意圖

(一)巖基灌漿按目的可分為帷幕灌漿、固結(jié)灌漿和接觸灌漿。第10頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三1．帷幕灌漿

請看三峽二期工程大壩廊道灌漿

①目的：減少壩基的滲流量、降低滲透壓力，保證地基的滲透穩(wěn)定。

②部位：布置在壩基迎水面下的基礎(chǔ)內(nèi)，形成一道連續(xù)而垂直或向上游傾斜的幕墻

第11頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三③特點：孔較深，通常要求孔深入到巖基單位吸水率ω〈0.05～0.01L/（min.m.m）的等值線以下3～5m；

多采用單孔灌漿，使用的灌漿壓力較大；斜幕一般比直幕效果好，但施工較復(fù)雜；

灌漿時間應(yīng)在水庫蓄水前完成；通常都在基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)進行，廊道尺寸通常寬2～3m，高3～4m。第12頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三2．固結(jié)灌漿

①目的：提高和改善巖基的物理力學性能，減少開挖深度，增強防滲效果。

②部位：灌漿的范圍主要根據(jù)大壩地基的地質(zhì)條件、巖石破碎情況、壩型和基礎(chǔ)巖石應(yīng)力等條件而定。

第13頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三③特點：孔深一般為5～8m，也有深達15～40m；孔在平面上呈網(wǎng)格交錯布置，通常采用群孔沖洗和群孔灌漿；灌漿時間多是在基礎(chǔ)開挖和壩基基礎(chǔ)部位混凝土澆筑等工序間穿插進行第14頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三3．接觸灌漿：

①目的：加強壩體混凝土與岸坡或地基之間的結(jié)合能力，提高壩體的抗滑穩(wěn)定性，同時也能增加巖基的固結(jié)強度和防滲性能

②部位：在固結(jié)灌漿部位，可結(jié)合固結(jié)灌漿進行

③特點：可通過混凝土鉆孔壓漿或預(yù)先在接觸面上埋設(shè)灌漿盒及相應(yīng)的管道系統(tǒng)；應(yīng)安排在壩體混凝土達到穩(wěn)定溫度后，防止混凝土冷縮拉裂；灌漿壓力通常不超過0.1～0.3Mpa。第15頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三(二)巖基灌漿按材料可分為水泥灌漿、水泥粘土灌漿、化學灌漿。三種材料比較：水泥漿液最為普遍，可靠、設(shè)備和工藝簡單、成本低廉的優(yōu)點；水泥粘土漿雖成本低但結(jié)石強度不高;化學灌漿是為解決有特殊地質(zhì)條件或建筑物的裂縫等采用通常的顆粒材料難以灌進，成本較高，施工復(fù)雜，工藝要求嚴。第16頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三二．水泥灌漿對材料的要求

1．水泥：顆粒細、穩(wěn)定性好、膠結(jié)性強、結(jié)石強度高和耐久性好，標號不低于425號。水泥細度要求一般來講水泥顆粒粒徑應(yīng)不大于巖石裂隙寬度的1/3～1/5，水泥漿才易于灌入。普通硅酸鹽水泥顆粒粒徑一般多在40～60μm，所以難以灌入寬0.2mm以下的裂隙。灌漿所用水泥細度一般認為通過4900孔/cm2的標準篩的篩余量小于2%為好或比表面積3000cm2/g為好。第17頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三

2．摻合料：惰性材料如砂、粘土、粉煤灰用以節(jié)約水泥；活性材料如減水劑、速凝劑、緩凝劑等有助于加強漿液流動性和擴散性提高灌漿效果。

3．水：與一般混凝土拌和用水一樣

第18頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三三．灌漿施工工藝

巖基灌漿

單排灌漿孔

灌漿孔

1．鉆孔：請看各種鉆孔機械，巖心鉆機、履帶式鉆機、潛孔鉆機、沖擊式鉆機

①鉆孔機械：回轉(zhuǎn)式鉆機、風鉆或架鉆請看幾種鉆機1

、2

第19頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三②要求：孔位、孔向、孔深應(yīng)符合設(shè)計要求?？孜黄畈怀^10cm，對垂直或傾角小于5度的帷幕孔其孔斜偏差不得大于表中的規(guī)定；孔徑上下均一，孔壁平整；帷幕鉆孔方向原則上應(yīng)較多地穿過裂隙和巖層層面，鉆孔角度通?？刂圃?度～10度之間。

第20頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三2．沖洗：在灌漿以前將殘存在孔底和粘滯在孔壁的巖粉鐵末沖洗出孔外，并將巖層裂隙和孔洞中的充填物沖洗干凈。沖洗方法有單孔沖洗和群孔沖洗。

單孔沖洗：

①高壓壓水沖洗：沖洗壓力可采用同段灌漿壓力的70%～80%。回水潔凈延續(xù)10～20min就可結(jié)束。第21頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三②高壓脈動沖洗：采用高低壓力反復(fù)沖洗，先用高壓（為灌漿壓力的80%或100%）經(jīng)5～10min后，將壓力在幾秒時間內(nèi)突降到零，形成反向水流將裂隙中的碎屑帶出，此時回水多渾濁，當回水變清后在升高到原來壓力，如此反復(fù)直到回水潔凈再延續(xù)10～20min。

第22頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三③揚水沖洗：對地下水位較高和地下水補給條件較好的鉆孔可采用此法。沖洗時先將沖洗管下到鉆孔底部，上端接風管，通入壓縮空氣，在孔中水氣混合后，由于比重減輕，在地下水壓力作用下再加壓縮空氣的釋壓膨脹與返流作用，夾帶孔內(nèi)碎屑雜物噴出孔外。④群孔沖洗：一般適用于巖層破碎、節(jié)理比較發(fā)育的巖層中第23頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三3．壓水試驗：壓水試驗主要是測定巖層的滲透特性，為巖基灌漿或處理提供必要的依據(jù)。在一定壓力之下，通過鉆孔將水壓入孔壁四周的縫隙中，根據(jù)壓入的水量和壓水時間，計算出代表巖層滲透特性的技術(shù)參數(shù)ω。

單位吸水率ω=Q/LH

ω——單位吸水率，L/(min.m.m)

Q——壓入流量，L/min

H——試驗壓力，m，通常為同段灌漿壓力的70%～80%

L——試驗孔段長度，m，與灌漿段長一致，一般為5～6m

第24頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三帷幕灌漿孔，每5～10min測讀一次壓入水量，當試驗結(jié)果符合下列標準之一時即可結(jié)束試驗，以最終流量作為計算流量，標準如下：

①流量之一大于5L/min時，連續(xù)四次讀數(shù)，其最大值與最小值之差小于最終值10%。

②流量均小于5L/min時，連續(xù)四次讀數(shù)，其最大值與最小值之差小于最終值20%。

③連續(xù)四次讀數(shù)，流量均小于0.5L/min。

固結(jié)灌漿孔壓水試驗吸水量的穩(wěn)定標準可按帷幕灌漿孔適當放寬。第25頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三

4．灌漿：請看灌漿設(shè)備

另看灌漿導管

、高壓噴射注漿

①鉆孔灌漿次序：遵循分序加密的原則。

a.分序加密，漿液逐漸擠壓密實，可促進灌漿區(qū)域的連續(xù)性；

b.逐序提高灌漿壓力，有利于漿液的擴散和提高漿液的密實性；第26頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三

c.通過后灌序孔ω和單位吸漿量的變化可推斷先灌序孔的灌漿質(zhì)量和效果；

d.可減少相鄰孔串漿現(xiàn)象，有利于施工。

地基灌漿一般按照先固結(jié)后帷幕順序。

固結(jié)灌漿宜在混凝土覆蓋的情況下進行，覆蓋的混凝土一般應(yīng)達50%設(shè)計強度后。

第27頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三②灌漿方法：按灌漿時漿液灌注和流動的特點，分純壓式和循環(huán)式。

按鉆孔灌漿順序，分全孔一次灌漿和分段灌漿。

③灌漿壓力：通常指作用在灌漿段中部的壓力，是灌漿施工中的重要控制參數(shù)一般而言在不致破壞巖基穩(wěn)定和壩體安全的前提下，盡可能采用比較高的壓力。第28頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三灌漿壓力的確定：

a.灌漿壓力的大小與孔深、灌漿要求、地質(zhì)條件和有無壓重等有關(guān)，可參考類似工程；

b．可通過壓水試驗確定臨界壓力作為依據(jù)

一般認為帷幕灌漿表層孔段的灌漿壓力不宜小于1～1.5倍帷幕的工作水頭，底部則以2～3倍工作水頭為宜；固結(jié)灌漿的壓力，淺孔無壓重時，可采用0.2～0.5Mpa，有壓重時，可采用0.3～0.7Mpa，深孔固結(jié)灌漿可參照帷幕灌漿確定。第29頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三④灌漿壓力和吸漿率的控制及漿液稠度的變換：

a．以灌漿壓力為主的控制

適用于透水性不大，裂隙不太發(fā)育，巖層比較堅硬完整、使用的灌漿壓力不高的地層。

優(yōu)點：使細小的裂縫得到充分的灌注，有利于提高灌漿質(zhì)量。

缺點：可能造成漿液擴散太遠，在緩傾角地質(zhì)軟弱面時，易引起巖層抬動。

可結(jié)合吸漿率和漿液稠度一起考慮。當吸漿較小時應(yīng)灌稀漿，盡快升到規(guī)定的最大灌漿壓力；當吸漿率較大時，應(yīng)灌濃漿，并逐漸升壓。第30頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三b．以吸漿率為主的控制

適用巖層破碎，透水性較大或使用的灌漿壓力較高時。

優(yōu)點：可以減少漿液的流失，不易引起巖層的抬動，不需使用大排漿量的灌漿泵。

缺點：影響細小裂縫的灌注效果，增加鉆孔數(shù)量。

在灌漿過程中對吸漿率大小的控制，主要視地質(zhì)結(jié)構(gòu)而定。對具有緩傾角裂縫和軟弱面的巖層，一般可控制在5L/（min.m）左右。若吸漿率大于規(guī)定值，就降低壓力，以控制吸漿率不超過規(guī)定值。第31頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三c．漿液稠度變換

巖基灌漿中的漿液稠即水灰比有8∶1、5∶1、3∶1、2∶1、1.5∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。

灌漿過程中，必須根據(jù)灌漿壓力或吸漿率的變化，適時調(diào)整漿液稠度。漿液稠度的變換遵循由稀到濃的原則。當灌漿壓力保持不變，吸漿率均勻減少時；或吸漿率不變，壓力均勻升高時，不得改變水灰比。采用限量法控制時一般當某一級水灰比漿液的灌入量已超過限量，而灌漿壓力或吸漿率均無改變或改變不明顯時，應(yīng)加濃一級水灰比。第32頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三⑤灌漿結(jié)束條件和封孔

a．結(jié)束標準：一般用兩個指標控制，一個是殘余吸漿量即灌到最后的限定吸漿量；一個是閉漿時間即在殘余吸漿量的情況下保持設(shè)計規(guī)定壓力的延續(xù)時間。

國內(nèi)帷幕灌漿工程中，大多規(guī)定在設(shè)計規(guī)定壓力之下，灌漿孔段的單位吸漿小于0.4L/min時，延續(xù)30～60min，就可結(jié)束；固結(jié)灌漿的結(jié)束標準是單位吸漿量小于0.4L/min時，延續(xù)時間30min。

b．封孔：灌漿結(jié)束后，隨即將灌漿孔清理干凈用水泥砂漿填實。

⑥質(zhì)量檢查第33頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三巖基灌漿示意圖第34頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三三峽二期工程大壩廊道灌漿第35頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三巖基灌漿第36頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三單排灌漿孔第37頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三灌漿孔第38頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三巖心鉆機第39頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三履帶式鉆機第40頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三潛孔鉆機第41頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三沖擊式鉆機第42頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三1第43頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三2第44頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三灌漿設(shè)備第45頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三灌漿導管第46頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三高壓噴射注漿第47頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)砂礫地基灌漿一、砂礫石地基的可灌性

砂礫石地基的可灌性是指砂礫石地層能否接受灌漿材料灌入的一種特性。它是決定灌漿效果的先決條件。

1.可灌性決定因素

主要決定于地層的顆粒級配、灌漿材料的細度、灌漿壓力和灌漿工藝等因素。第48頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三2.可灌性衡量參數(shù)

在工程實踐中,常以可灌比來進行衡量.M=D15/d85

式中M-可灌比;

D15-砂礫石地層顆粒級配曲線上含量為15%的粒徑，mm；

d85-灌漿材料顆粒級配曲線上含量為85%的粒徑，mm；

M越大，接受顆粒漿材的可灌性越好M=10~15，水泥粘土漿；M≥15,水泥漿 第49頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三二、灌漿材料

巖基灌漿多用水泥漿，而砂礫石地基灌漿，以采用水泥粘土漿為好三、灌漿方法

砂礫石地層的鉆孔灌漿方法有：

1.打管灌漿2.套管灌漿

3.循環(huán)鉆灌4.預(yù)埋花管灌漿等。第50頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)防滲墻施工一．防滲墻的定義及應(yīng)用

請看錄像地下連續(xù)墻施工

槽型防滲套接

1．定義：修建在擋水建筑物和透水地層中防止?jié)B漏的地下連續(xù)墻。

2．應(yīng)用：控制閘壩基礎(chǔ)的滲流；壩體的防滲和加固；泄水建筑物下游基礎(chǔ)的防沖；水工建筑物基礎(chǔ)的承重等。

3．型式：槽孔型、圓型。請看圓型成墻圖

第51頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三槽孔的尺寸：

有效厚度d（與結(jié)構(gòu)、筑墻材料、筑墻方法有關(guān)）

鋼板樁水泥砂漿水泥粘土砂漿灌注墻d僅10～20cm；

泥漿槽級配料填筑墻d達300cm；

一般混凝土、粘土混凝土防滲墻d一般60～80cm左右。

第52頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三槽孔長度L的確定：一般為5～9米

盡量采用較長槽孔，以減少槽孔之間接頭數(shù)目；

一個槽孔最好座落在地質(zhì)條件相差不懸殊的地段上；

保證砼澆筑時砼面上升速度不小于2m/h；第53頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三保證造孔過程中不產(chǎn)生塌孔現(xiàn)象

K——墻厚擴大系數(shù)1.2～1.3

V——砼面上升速度m/h

Q——砼生產(chǎn)能力m3/h

b——槽孔厚度

第54頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三槽段長度參考數(shù)據(jù)槽段長度（m）泥漿儲量（m3）砼澆筑強度（m3/班）槽段砼方量（m3）砼澆筑歷時（班）槽段長度（m）<40m300～400150～250100～5001～210～2040～60300～400150～250300～6002～38～16第55頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三二．防滲墻的施工

導向槽

防滲墻施工平臺

請看防滲墻施工圖

、三峽防滲帷幕施工

1．造孔前準備工作

①導向槽的作用：控制造孔的方向、支撐上部孔壁。

②導向槽的材料：木料、條石、灰拌土、混凝土。

③導向槽的尺寸：

寬：一般等于或略大于防滲墻的設(shè)計厚度；

高：1.5～2.0m，導向槽底部高程高出地下水位0.5m以上，頂部高程要高于兩側(cè)地面高程。

④其他準備工作第56頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三2．泥漿固壁進行造孔

①泥漿固壁原理：如圖泥漿固壁原理圖所示，孔壁任意一點土體P的極限平衡條件為：

P1=P2

P1——泥漿壓力

P2——地下水壓力和土壓力之和教材：P92

第57頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三例題：在砂礫石地基中開挖槽孔深度10m.。地下水位低于槽口2m。用泥漿固壁，泥漿面低于槽口0.5m。砂礫石的內(nèi)摩擦角為32°，干容量2.2t/m3，比重2.69。求所需固壁泥漿的容量。第58頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三第59頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三②泥漿作用：除固壁作用之外，在造孔中尚有懸浮巖屑和冷卻潤滑鉆頭作用，成墻后滲入孔壁的泥漿和膠結(jié)在孔壁的泥皮還有防滲作用。

③泥漿制漿土料要求：粘粒含量大于50%，塑性指數(shù)大于20，含砂量小于5%，二氧化硅與三氧化二鋁比值以3～4為宜。

④造孔：造孔方法：鉆劈法、鉆抓法、分層鉆進、銑削法(教材：P93)⑤終孔驗收：

第60頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三終孔驗收項目和要求參考表終孔驗收項目終孔驗收要求孔位允許偏差孔寬孔斜一、二期槽孔搭結(jié)孔位中心偏差槽孔水平斷面上槽孔嵌入基巖深度±3cm≥設(shè)計墻厚≤4‰≤1/3設(shè)計墻厚沒有梅花孔、小墻滿足設(shè)計要求第61頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三⑥清孔換漿：目的：消除回落在孔底的沉渣，換上新鮮泥漿，以保證混凝土和不透水層連接質(zhì)量。

標準：經(jīng)過1h后，孔底淤積厚度不大于10cm，孔內(nèi)泥漿比重不大于1.3g/cm3，粘度不大于30s，含砂量不大于12%。

第62頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三3．成墻：方法：導管提升法。

導管布置：可見圖導管布置圖

導管由若干節(jié)φ20～25cm的鋼管連接，沿槽孔軸線布置，相鄰導管的間距不宜大于3.5m，最大不超過4m，一期槽孔兩端的導管距孔端以1.0～1.5m為宜，當孔底高差大于25c