水利工程水闸施工中地基处理技术的对比分析与选择应用

摘要：水闸作为水利工程中重要的挡水、泄水建筑物，其地基稳定性关系到工程的安全性和耐久性。本文针对水闸施工中常见的地基处理技术，从技术原理、经济性及环境影响等方面进行系统对比分析，提出基于地质条件、荷载特性的综合选型方法。

关键词：水利工程；水闸；地基处理；对比应用

引言：水闸工程多建于河流、湖泊等软土地基区域，地基承载力和变形控制是施工的关键问题。由于地基土质复杂多样（如淤泥、砂土、黏土等），若处理不当易导致闸基沉降、渗漏甚至结构失稳。近年来，随着地基处理技术的发展，多种技术手段（如换填法、预压法、桩基法等）在水闸工程中广泛应用。然而，不同技术在实际应用中的效果差异显著，需结合工程实际进行科学选型[1]。

一、水闸地基处理的重要性

水闸作为水利枢纽的核心挡水构筑物，其地基需长期承受多向复合荷载作用，包括垂直向的水闸自重荷载、水平向的静水压力及土体侧向推力，同时还需满足抗渗稳定性和变形协调性要求。若地基处理不当，可能引发闸室倾斜、底板开裂或渗透破坏等连锁问题。例如，某平原湖区水闸因淤泥质地基固结沉降超限，导致闸门启闭失灵，修复成本高达原投资的40%。尤其对于广泛分布的软土地基（如沿海滩涂、河漫滩区域），其天然含水率高（常达50%～80%）、孔隙比大（＞1.0）、抗剪强度低（＜20kPa），在荷载作用下易产生塑性流动。根据《水闸设计规范》（SL 265-2016），当天然地基承载力低于设计值的70%或压缩模量小于4MPa时，必须采取人工加固措施。通过置换、加密、排水或化学改良等手段，可将地基承载力提升至150～400kPa，压缩模量提高2～5倍，从而保障水闸全寿命周期的结构安全[2]。

二、水利工程水闸施工中地基处理技术对比分析

（一）技术原理对比

（1）换填法作为传统地基处理手段，其核心原理是将基础下方的不良土层挖除，分层替换为砂石、灰土等优质填充材料。相较于其他方法，其施工工艺简单直观，但需注意开挖过程会产生大量土方运输，在场地狭窄或地下水位较高区域实施存在局限性。（2）预压法则通过物理手段改善地基性能，主要分为堆载预压和真空预压两种形式。该技术利用外部压力加速土层排水固结过程，固结周期通常需3-6个月，对于工期紧张的项目需结合其他工法使用。真空预压相较堆载预压具有无需大量堆载材料的优势，但对密封系统要求较高。（3）强夯法采用8-30吨重锤从6-20米高处自由落体，通过反复冲击实现土体密实化。这种动力固结技术对砂性土、碎石土等粗颗粒地基改良效果显著，施工过程中产生的振动波可能影响半径50米范围内的建筑物，在邻近居民区或精密设备厂房区域应谨慎选用。近年发展的隔震沟技术可有效降低振动影响，拓宽了该技术的应用范围。（4）桩基法作为深基础处理的代表技术，通过预制桩或灌注桩将建筑荷载传递至深层持力层。在30米以上的深厚软土区域，如长三角冲积平原、珠江三角洲等典型地质区，该技术可提供高达500kPa以上的单桩承载力。根据工程需求可选择钢筋混凝土桩、钢管桩等不同形式，但需注意其造价约为浅基础处理的3-5倍。（5）深层搅拌法属于化学改良技术范畴，通过特制机械将水泥浆与原地基土强制拌和，形成水泥土复合地基。这项技术在处理含水量50%-80%的淤泥质土地基时优势明显，改良后的地基兼具承载（可达150kPa）和防渗（渗透系数10^-6cm/s）双重功能。施工过程中需严格控制水泥掺入比（通常12%-20%）和搅拌均匀度，避免形成软弱夹层[3]。

（二）经济性与环境影响对比

三、水利工程水闸施工中地基处理技术的选择应用

（一）选型原则

地基处理方案决策需综合多维度要素进行系统评估。首要考量地质勘察数据，需精确掌握土层垂直分布特征：当软弱土层呈连续分布时，如滨海地区常见的"硬壳层-淤泥层-砂层"结构，需优先考虑穿透软弱层的处理技术；若遇渗透系数差异显著的互层地质（如黏土与粉砂交替出现），则需选择兼具排水和加固功能的复合工法。荷载特性匹配需建立结构-地基协同分析模型。水闸类构筑物具有偏心荷载显著的特征，如某五孔节制闸工程，中墩部位荷载集中达350kPa，而翼墙区域仅需120kPa，设计时针对性采用PHC管桩（中墩区）与换填法（翼墙区）的组合方案。对于承受动荷载的船闸工程，地基处理需额外考虑疲劳特性，部分长江船闸项目通过掺入钢渣改良水泥土，成功将地基弹性模量提升至280MPa。

（二）典型工程案例分析

珠江口某挡潮闸工程面临8米厚超软淤泥挑战，设计团队创新采用"真空预压+碎石桩"立体处理体系。真空预压系统布设双层密封膜，配合梅花形布置的塑料排水板（间距0.8m），6个月后表层3米淤泥含水量由75%降至55%。碎石桩按2.5m间距正三角形布置，桩径800mm，深度穿透淤泥层进入下部粉质黏土层，形成排水-承重复合结构。监测数据显示工后沉降稳定在42mm，满足闸室底板接缝止水要求[4]。

湘江流域某分洪闸工程则展示了传统工法的优化应用。表层3米粉质黏土（N值为6）采用换填法处理，开挖后分层回填级配碎石，每层30cm配合18吨压路机碾压6遍。下层砂砾石层实施差异性强夯，闸室主体区采用3000kN·m能级夯击（夯点间距5m），翼墙区域采用1500kN·m能级。通过BIM模拟优化施工顺序，有效规避了振动叠加效应，工期较原计划缩短28天，整体造价控制在预算的95%以内。

（三）技术发展趋势

智能化施工体系正在重构地基处理流程，某大湾区工程建立数字孪生平台，通过植入式光纤传感器实时监测搅拌桩水泥水化热变化，动态调整搅拌速度与注浆压力，使桩体均匀性提高至92%。基于机器学习的质量预警系统，成功在温州某工程中提前36小时预判了桩体缩颈风险。绿色技术创新呈现多元化发展路径，酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）技术在某生态护岸工程中试点应用，通过灌注菌液-尿素混合溶液，14天内使砂土无侧限抗压强度达到1.2MPa。再生骨料桩技术在上海某水利工程中规模化应用，建筑垃圾破碎料替代30%碎石骨料，经振动加密后复合地基承载力仍达180kPa。地聚合物注浆材料研发取得突破，某试验工程数据显示，新型矿渣基注浆体28天强度达32MPa，较传统水泥浆体提高40%，且碳排放降低65%

结语：

水闸地基处理技术的选择需综合考虑地质条件、工程需求及环境约束。换填法、预压法适用于浅层软土，桩基法则在深厚软弱地基中优势显著，随着新材料与智能技术的发展，地基处理将向高效、环保方向迈进。建议在工程设计中开展多方案比选，结合现场试验验证技术可行性，以实现水闸工程安全性与经济性的最优平衡。

参考文献：

[1]李志刚. 水利工程施工中地基处理技术案例研究[J]. 数字农业与智能农机， 2025， （03）： 70-72+126.

[2]张腾， 王大伟. 浅谈水利工程施工中软土地基处理技术[J]. 治淮， 2025， （03）： 49-50+67.

[3]刘敬美. 水利工程施工中软土地基处理关键技术研究[J]. 水上安全， 2025， （02）： 121-123.

[4]赵杨. 水利工程施工中软土地基处理技术[J]. 云南水力发电， 2025， 41 （01）： 170-172.