复杂地质条件下水利工程基础施工技术研究与应用

一、引言

水利工程作为国家基础设施建设的重要组成部分，对于防洪、灌溉、发电、供水等方面发挥着至关重要的作用。然而，在实际工程建设中，常常会遭遇各种复杂的地质条件，这些地质因素给水利工程基础施工带来了巨大的困难和挑战。如何在复杂地质环境下确保基础施工的质量、安全和进度，成为了水利工程领域亟待解决的关键问题。随着科技的不断进步和工程实践经验的积累，一系列针对复杂地质条件的水利工程基础施工技术应运而生，并在实际应用中不断发展和完善。

二、复杂地质条件对水利工程基础施工的影响

（一）软土地基

软土地基具有高压缩性、低承载力和高含水量等特点。在这种地基上进行水利工程基础施工时，地基容易发生沉降和不均匀变形，导致建筑物出现裂缝、倾斜甚至倒塌等安全隐患。例如，在软土地基上修建大坝，由于地基的压缩沉降，可能会使大坝产生不均匀沉降，影响大坝的整体稳定性和防渗性能。

（二）岩溶地区

岩溶地区的地质条件极为复杂，地下存在大量的溶洞、溶蚀裂隙和岩溶管道等。在水利工程基础施工过程中，这些岩溶形态可能会导致地基塌陷、漏水等问题。当基础位于岩溶洞穴上方时，若处理不当，在上部荷载作用下，洞穴顶板可能发生坍塌，使基础失去支撑，进而危及整个水利工程的安全。此外，岩溶地区的地下水流动复杂，也增加了基础施工的难度和风险。

（三）破碎带地质

破碎带地质是指岩石破碎、节理裂隙发育的地区。在这种地质条件下，岩石的稳定性差，在基础施工过程中容易发生塌方、滑坡等地质灾害。同时，破碎带的透水性较强，可能会导致地下水渗漏，影响水利工程的正常运行。例如，在破碎带地质上进行隧洞施工时，围岩的稳定性难以保证，容易出现掉块、塌方等情况，给施工安全带来严重威胁。

（四）其他复杂地质条件

除了上述常见的复杂地质条件外，还存在诸如湿陷性黄土地基、膨胀土地基、冻土地基等特殊地质情况。湿陷性黄土地基在遇水后会发生湿陷变形，导致地基沉降；膨胀土地基则会随着含水量的变化而发生膨胀或收缩，对基础产生不均匀的应力作用；冻土地基在冻结和融化过程中，其物理力学性质会发生显著变化，影响基础的稳定性和耐久性。

三、复杂地质条件下水利工程基础施工技术

（一）软土地基处理技术

1. 换填法

换填法是将基础底面以下一定范围内的软土层挖除，然后换填强度较高、压缩性较低且无侵蚀性的材料，如砂、砾石、灰土等。通过换填，可以提高地基的承载力，减少地基的沉降量。例如，在某河道整治工程中，遇到软土地基段，采用换填砂砾石的方法进行处理。先将软土层挖除至设计深度，然后分层回填砂砾石，并采用机械压实，使换填后的地基承载力得到显著提高，满足了水利工程基础的承载要求。

2. 排水固结法

排水固结法是在软土地基中设置排水通道，如砂井、塑料排水板等，以加速地基土的排水固结，提高地基的承载力和稳定性。该方法适用于饱和软土地基的处理。在某沿海水利工程中，由于地基为饱和软黏土，采用了塑料排水板排水固结法。首先在地基中按设计间距插入塑料排水板，然后在地面上施加预压荷载，使地基土中的孔隙水通过排水板排出，从而加速地基土的固结沉降。经过一段时间的排水固结后，地基的承载力得到了有效提高，沉降也得到了控制。

3. 深层搅拌法

深层搅拌法是利用水泥、石灰等固化剂与软土强制搅拌混合，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基土。该方法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的黏性土等软土地基。在某水利枢纽工程的软土地基处理中，采用了深层搅拌桩技术。通过专用的深层搅拌机械，将水泥与软土充分搅拌混合，形成水泥土搅拌桩。这些搅拌桩与周围土体共同组成复合地基，大大提高了地基的承载力和稳定性，为基础施工创造了良好的条件。

（二）岩溶地区基础施工技术

1. 溶洞回填处理

对于较小的岩溶洞穴，可以采用回填的方法进行处理。回填材料可选用碎石、砂、黏土等，分层夯实，以填充洞穴空间，提高地基的承载力。在某岩溶地区的水库大坝基础施工中，遇到了多个小型溶洞。施工单位先将溶洞内的杂物清理干净，然后采用碎石和黏土分层回填，每层厚度控制在 30 - 50cm，并用机械夯实。通过回填处理，有效地消除了溶洞对大坝基础的影响，保证了大坝的稳定性。

2. 跨越溶洞结构设计

当岩溶洞穴较大且无法进行回填处理时，可以采用跨越溶洞的结构设计。例如，在桥梁基础施工中，若桥墩位于岩溶洞穴上方，可以采用大直径钻孔灌注桩穿过洞穴，将桩底置于稳定的岩层中，或者采用桥梁梁式跨越溶洞的方法，避免基础直接坐落在溶洞上。在某铁路桥梁工程穿越岩溶地区时，针对部分桥墩下的较大溶洞，采用了大直径钻孔灌注桩跨越溶洞的设计方案。通过详细的地质勘察，确定了灌注桩的长度和直径，确保桩底能够深入稳定岩层足够深度，从而保证了桥梁基础的稳定性和安全性。

3. 岩溶地下水处理

岩溶地区的地下水丰富且流动复杂，在基础施工过程中需要采取有效的地下水处理措施。常用的方法有堵水、截水和排水等。堵水是通过向岩溶裂隙或洞穴内注入水泥砂浆、水玻璃等堵水材料，封堵地下水的流通通道；截水是在基础周边设置截水帷幕，阻止地下水流入施工区域；排水则是采用井点降水、深井降水等方法，降低地下水位，为基础施工创造干作业环境。在某地下厂房工程中，地处岩溶地区，地下水位较高。施工单位先在厂房周边设置了水泥灌浆截水帷幕，然后在厂房内部布置了深井降水系统。通过这些措施，有效地控制了地下水对基础施工的影响，保证了施工的顺利进行。

四、结论

复杂地质条件下的水利工程基础施工是一项极具挑战性的任务，需要充分考虑地质条件的特殊性和复杂性，选择合适的施工技术和方法。通过不断的技术创新和实践探索，目前我们已经掌握了一系列针对不同复杂地质条件的水利工程基础施工技术，如软土地基处理技术、岩溶地区基础施工技术、破碎带地质基础施工技术以及其他特殊地质条件下的施工技术等。这些技术在实际工程中的应用取得了显著的成效，有效地解决了复杂地质条件带来的难题，保证了水利工程的稳定性、安全性和高效性。然而，随着水利工程建设的不断发展和地质条件的日益复杂，我们仍需不断研究和创新基础施工技术，提高施工水平和质量，为我国水利工程事业的可持续发展提供坚实的技术保障。同时，在基础施工过程中，应加强地质勘察、施工监测和科学管理，确保各项施工技术能够准确实施并达到预期效果，以应对复杂多变的地质环境挑战。