浅谈水利水电工程地基处理的关键技术与质量控制

水利水电工程作为国家基础设施建设的核心组成部分，其地基处理质量直接关系到工程安全、耐久性与功能发挥。我国水利工程多建于地质条件复杂区域，如软土、湿陷性黄土及不均匀地基等，对地基处理提出了更高要求。本文结合工程实践，系统分析水利水电工程地基处理的关键技术、质量控制措施及发展趋势，为行业技术提升提供参考。

一、引言

地基处理是水利水电工程建设的基础性环节，其质量直接决定水工建筑物的稳定性和安全性。随着我国“十四五”水网工程规划推进，引调水工程、大型水库、堤防等项目在复杂地质区密集建设，对地基处理技术创新与应用提出更高要求。水利工程地基具有荷载大、渗透稳定性要求高、长期受水浸泡等特点，传统地基处理方法又经常面临承载力不足、沉降控制难、环保性差等挑战。因此，系统总结地基处理技术实践经验，对保障工程安全、降低投资风险、延长工程寿命具有重要意义。

二、地基处理的重要性及水利工程特点

水利水电工程地基处理需满足承载力、变形控制、抗渗稳定性三大核心要求。根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018），当渠系建筑物地基无法满足上述要求时，必须采取加固措施，且方案需兼顾结构协调性、环境友好性与经济合理性。水利工程地基处理的主要特点包括：

1、水荷载特殊性：水工建筑物承受静水压力、波浪力及渗透力，地基需具备高抗剪强度与抗变形能力。如闸室、岸墙等结构基底压力常达190-200kPa，远高于天然软土地基70kPa 的承载力。

2、渗流控制要求：地基渗漏不仅降低工程效能，更可能引发管涌、流土等渗透破坏。特别是坝基、堤防工程，需建立有效的防渗体系。

3、环境敏感性：地基处理需避免污染地表水与地下水，减少振动噪声，保障周边建筑安全。传统锤击桩施工因噪声振动大，在居民区逐渐被静压法替代。

4、地质复杂性：水利工程常跨越多种地层，如某水闸工程揭露的淤泥土层流塑状、高压缩性，与下伏硬塑粘土层形成显著强度差异，需针对性处理。

表1：水利工程中常见地基问题及影响

三、常见地基问题及处理技术

1、 软土地基处理

软土（淤泥、淤泥质土等）具有高压缩性、低承载力、排水性差的特点，常用技术包括：

（1）塑料排水板联合预压法：通过插板机将塑料排水板垂直插入软土层（间距 1.0-1.2m），形成竖向排水通道，结合地表堆载加速固结。如西岸堤防工 程 排水板按正 方形布置， 配合砂垫层，4 个月内固结度达60%以上，地基承载力显著提升。此法成本低、施工 便捷，但需 格控制填土速度，水平位移需小于4mm/d，沉降量小于 10mm/d。

（2）水泥土搅拌桩复合地基：利用深层搅拌机械将水泥固化剂与软土强制拌和，形成桩体与桩间土共同承载的复合地基。其核心优势在于提高抗剪强度与模量，减少沉降。某河道堤防工程采用 15%水泥掺量、梅花形布桩（置换率15%），使复合土层粘聚力提高至原状土的200%-300%，内摩擦角达20°-30°。通过瑞典圆弧法验算，安全系数从0.98 提升至1.25，满足四级堤防要求。

2、湿陷性黄土地基处理

湿陷性黄土遇水后结构崩解，产生突发沉降，对水工建筑危害极大。2024 年实施的《引调水工程湿陷性黄土地基处理规程》（T/CHES 106-2023）强调需根据湿陷等级（I-IV 级）采取针对性措施：

（1）换填法：清除表层湿陷性土，换填灰土或砂石，适用于浅层处理（深度<3m）。

（2）挤密桩技术：传统灰土挤密桩存在施工慢、质量控制难等缺点。第三代旋挤压灌挤密桩（SSPG）采用正反双向螺旋钻头挤压成孔，灌注流态固化土（材料含粉煤灰、建筑垃圾等），实现“零排土、高挤密”。延安原油储备库项目中，SSPG 桩处理深度达25-27m，较灌注桩方案节约投资近亿元，且消纳工业固废10 余万方。（3）预浸水法：适用于深厚湿陷性黄土，通过预先浸水消除大部分湿陷量，但周期较长。

3、高承载结构地基处理

对于闸室、泵房等集中荷载大的结构，常采用桩基础或复合地基强化：

PHC 管桩（预应力高强混凝土管桩）：具有高强度（C80 混凝土）、施工速度快、质量稳定的优势。在淮河某水闸工程中，采用静压法施工PHC 管桩复合地基，使承载力从天然地基的 100kPa 提升至 192.3kPa，沉降量控制在25.945mm 以内。其技术要点包括：

（1）静压法实现“零噪声、零排放”，避免锤击法对周边环境的振动影响；

（2）桩基完成后可立即进行承载力检测（静载试验+低应变动测），缩短（3）需合理设计垫层厚度（通常30-50cm）协调桩土变形。

粉喷桩复合地基：某分洪闸采用粉喷桩处理淤泥土层，通过工艺试桩确定最佳参数（复搅深度0.5m、钻速1m/min），使闸室沉降量从理论值30mm降至13mm，闸室与岸墙差异沉降仅5mm。其设计需计算桩土置换率（公式：`fsp，k = Rk·m/Ap + β（1-m）fsk`），其中闸室置换率取0.196，岸墙0.348。

表2：常见地基处理技术比较

四、地基处理施工质量控制要点

1、 施工前准备阶段的系统性质量控

勘察复核与方案优化论证是确保地基处理成功的前提。在珠海乾务大涌闸工程中，施工团队联合华南理工大学等科研机构对深厚海相沉积土进行 专项研究， 过地质补勘与土工试验，精确掌握了淤泥层的分布厚度与物理力学指标，为方案设计提供了 特殊地质条件（如湿陷性黄土、可液化土层），需进行针对性勘察，测定渗透系数、抗剪强度及压 关键参数。方案论证阶段需结合工程特点进行多方案比选，例如在宝安新区道路工程中，通过对动力排水固结法、粉喷桩法、强夯块石墩法的技术经济比较，最终选择砂井堆载预压法，既满足承载力要求 （>100kPa） ，又缩短工期至6 个月。

材料与设备的精细化管控直接影响施工质量。水泥搅拌桩工程中，水泥的安定性及胶砂强度必须符合规范要求，水灰比严格按设计值（通常0. 5^～0 .6）控制，制浆系统配备自动计量装置和持续搅拌设备，防止浆液离析。回填材料的选择需遵循： ① 级配砂石含泥量≤5%； ② 冻土回填时冻块粒径≤150mm，含量≤15%；③膨胀土换填采用灰土垫层（石灰：土=3：7）。设备校验方面，桩机须配备电子自动记录仪，实时监控钻进深度、喷浆量及复搅深度；强夯设备需标定锤重与落距，确保单击夯击能达标。

工艺性试桩与参数标定是不可或缺的环节。在供水枢纽护岸挡墙工程中，水泥搅拌桩正式施工前完成 5 根试桩，通过调整“四搅四喷”工艺中的钻进速度（0. .8^～1.2m/min） 、提升速度（0.5～0. 8m/min） ）等参数，确定最佳喷浆压力 .6MPa）和复搅深度。对于强夯工程，通过试夯确定夯击遍数、间歇时间等参数，避免软土孔隙水压力累积导致“弹簧土”现象。试桩后需进行轻便触探（N10） 或取芯检测，验证桩身强度是否满足设计要求。

2、施工过程的精细化管理与实时监控

标准化作业流程的实施是保证施工一致性的核心。土方工程需严格执行 “四区段、八流程”工法，即填筑区、平整区、碾压区、检验区四区段循环作业，以及基底处理、分层填筑、摊铺整平、洒水晾晒、碾压夯实、检验签证、路基整形、边坡修整八道工序。回填施工中，重点控制：① 分层厚度（虚铺≤30cm）； ② 压实遍数（静压1 遍+振压4～6 遍）； ③ 接茬处理（台阶坡度1：5，搭接长度≥3m）。桩基施工时，采用“桩长-电流双控”法：当钻头进入持力层时，电流值骤增至额定值的110%～120%，结合自动记录仪确认桩端标高。

关键工艺参数的动态调控需贯穿施工全程。在深厚软基处理中，排水固结法的加载速率必须与孔隙水压力消散匹配，通过埋设孔隙水压力计，控制 Δu/ σ ^，<0.6 （σ'为有效应力）。水泥搅拌桩施工中，泵送压力低于0.3MPa 时需检查堵塞点，喷浆中断超过2 小时应补桩处理；预制桩施工时，通过“重锤低击”（落距 ⩽2. .5m）减少拉应力，避免桩身断裂。针对不良地基的特殊处理要求，下表列出关键控制点：

表3：水利水电工程常见不良地基处理技术要点

质量通病的主动防治需建立预控机制。针对桩身缺陷，通过反插法（碎石桩）或复搅工艺（搅拌桩）防治缩颈；针对回填不合格，采用环刀法每 500 ㎡检测 3 点，压实度≥95%；针对支护结构失稳，实施信息化监测，位移预警值设为基坑深度 1%。在荣成市电网铁塔基础加固工程中，采用 “精准施策+定向加固”模式：①基础垫层采用C15 混凝土，基面采用C25 混凝土并高于自然地坪20cm； ② 分层回填粘性黄土（压实度 ⩾93%） ）； ③ 设置1.5m 环形作业带保障施工面。

3、 施工后质量验证与持续改进机制

多维度检测评估体系是验收合格的基础。桩基工程需结合： ① 成桩 1～3 天的轻型动力触探 （N10）⩾25 击）；② 28 天龄期的钻孔取芯（柱状芯样取芯率＞80%）； ③ 静载荷试验（承载力特征值 ⩾ 设计值）。复合地基验收时，除单桩质量评定（Ⅰ类桩占比 > 85%）外，还需进行复合地基承载力检测（如宝安新区粉喷桩复合地基≥100kPa）及弯沉盆差测试（ <1/1000） 。土方回填后，采用沉降观测法监测工后沉降，如水库堤防工程要求月沉降量 <5mm 。

五、工程应用案例分析

某淮河右岸水闸工程破堤施工，地下存在多层软土，天然地基承载力仅 100kPa。设计采用静压法施工 PHC管桩（桩径500mm），形成复合地基：

承载力提升：通过桩土协同作用，承载力提高至192.3kPa沉降控制：优化垫层厚度，沉降量≤25.945mm；

工期优势：沉桩后7 天内完成检测，保障汛前完工。

该项目印证了PHC 管桩在工期紧张、质量要求高的水利工程中的适用性。

2、延安原油库SSPG 桩地基处理

某原油储备库位于 IV 级自重湿陷性黄土区（湿陷深度25-27m）。原设计采用灌注桩方案，造价超2 亿元。优化为SSPG 桩方案后：

经济效益：投资节约近亿元；

环保效益：消纳电厂粉煤灰、场地弃土10 万方；

技术效益：旋挤压灌一体机实现350kN 扭矩钻进，实时监控施工参数，桩身质量稳定。

此案例体现了绿色低碳技术在重大工程中的成功应用。

表3：水泥土搅拌桩复合地基稳定计算结果示例

六、发展趋势与创新技术

水利水电地基处理技术正向绿色化、智能化、高精度方向发展：

固废资源化利用：流态固化土技术将粉煤灰、建筑垃圾转化为地基材料，降低碳排放。SSPG 桩材料成本较传统方法降低30%。数字化监控：旋挤压灌一体机集成定位系统与自动记录功能，实现施工参数可追溯；BIM 技术应用于地基处理全过程模拟。

工艺创新：如“预拌流态固化土”技术解决深部密实难题；柔性桩复合地基协调变形能力提升。

标准体系完善：2024 年实施的《湿陷性黄土地基处理规程》填补了引调水工程专项标准空白。

七、结论

水利水电工程地基处理是保障工程安全的核心环节。针对复杂地质条件，需遵循“因地制宜、技术可靠、经济环保”原则：

1. 技术选择：软土地基优先采用排水固结+复合地基；湿陷性黄土推荐SSPG 桩等新技术；高承载结构适用PHC 管桩。

2. 质量控制：强化工艺试桩、参数监控与智能检测，低应变法、静载试验为必备手段。

3. 绿色创新：推广流态固化土、工业固废利用技术，响应“双碳”目标。

随着国家水网工程全面推进，地基处理技术的精细化与创新性将成为提升水利工程品质的关键支撑，需行业持续聚焦技术研发与标准建设。

1、《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018）；

、2024 年实施的《引调水工程湿陷性黄土地基处理规程》（T/CHES 106-2023）

3、SL/T 792-2020《水工建筑物地基处理设计规范》 ，水利部发布，2020 年实施；

4、《2023 水利水电地基与基础工程技术创新与发展》，赵明华主编，中国水利学会论文

5、《水利水电地基基础工程技术创新与发展》（2011 年会议集）；