水工基礎工程
正文
為滿足水工建築物基礎穩定及強度要求而採取的地基處理，及水工建築物下部結構的設計與施工的統稱。基礎穩定（包括抗滑、抗傾，變形及滲透穩定）是水工建築物正常運行的根本保證。基礎工程處理不當往往是水工建築物失事的主要原因之一。根據1974年國際大壩委員會發表的有關大壩事故調查材料，在混凝土壩與土石壩中,由於基礎工程問題而造成的大小事故共95次,占各種事故總次數的36％，其中重大事故29次（包括垮壩在內）,占各種重大事故總次數33.3％。如法國壩高60m的馬爾帕塞雙曲拱壩,於1959年12月2日左岸岩石裂隙由於滲水壓力作用構成壩肩滑動，導致垮壩，造成數百人死亡,及大量物質損失。美國1975年建成的蒂頓土壩,因基岩滲水,底部齒槽回填被管涌沖刷破壞,於1976年6月5日潰決，造成重大損失。此外還有一些水庫由於基礎問題而影響蓄水。總的說來，水工建築物因基礎原因而失事的多於其他工程。從以上失事實例，說明基礎工程的成敗直接關係到整個水工建築物的安危與經濟效益。基礎工程不單設計時要正確妥善，施工尤應高度重視。如水工基礎工程設計不當，沒有採取有效的工程措施或由於施工草率，沒有達到設計要求，往往會導致工程潰決。水利工程的地質情況複雜，岩基由於地殼岩層在構造應力作用下，產生位移與變形，形成褶皺構造與斷裂構造，致使岩體構造複雜化。硬軟岩石互層時，隨著褶皺作用而出現層間錯動、層間塑性變形及層間破裂面等褶皺構造。斷裂構造主要表現為節理與斷層。這些地質缺陷使岩層喪失連續性，強度降低，變形增大，並出現岩溶滲漏、斷層破碎帶及裂隙的滲漏、 基坑湧水、 壩基承壓水及揚壓力升高等。對於軟基，構造運動所產生的斷裂，破壞了土體的連續性，降低了土的強度。地基土顆粒較細、級配不良或抗剪強度較低時易發生管涌、液化及滑動。土的壓縮性大時,易產生不均勻沉降。這些現象,都將惡化建築物基礎的穩定和承載力，並帶來其他不利影響，故必需慎重對待基礎工程。設計原則 基礎工程一般包括兩部分：①使建築物本身適應或滿足地基要求，如加大建築物底部斷面或增設必要設施；②地基處理，如採用灌漿、排水或增設樁基等。因此，在設計中應注意下列要求。
大壩若為岩基，則基礎的穩定性主要取決於岩體的抗剪強度、變形及滲透穩定。結構形式不同的建築物,對基礎要求亦各有側重。如岩基上的各種混凝土壩，各種荷載都作用於地基上，故對地基的加固設計便要求達到：①岩體儘量趨於均一，其抗壓強度與變形模量無顯著差異，並具有足夠的強度，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度，以滿足壩基抗滑穩定要求。③滿足滲透穩定要求，一般高壩在防滲帷幕內的單位吸水量應小於0.01L/(min·m·m)。帷幕下游應設排水幕，以降低揚壓力，斷層破碎帶與軟弱夾層等滲漏通道更不能產生機械管涌或化學管涌。④具有足夠的耐久性，以防止岩體性質在水的長期作用下發生惡化，使強度降低。
有軟弱夾層的岩體，其抗剪強度則取決於夾層的特性。抗滑穩定除研究沿壩體與岩體接觸面外，還要研究沿壩基中軟弱結構面產生的深層或淺層滑動問題，包括可能滑動面的形式，抗滑穩定的計算方法，計算參數的選擇，安全係數的確定及模型試驗等。另外，壩基荷載超過地基的承載能力，將使壩基岩體壓縮面發生超過允許的沉降或不均勻沉降或局部岩體由於應力集中而破裂。這對各種壩都是危險的，故在研究變形時，應在大壩和岩基的聯合作用下,研究壩基變形對壩體應力的影響,不均勻沉降引起壩體應力集中，水平位移對防滲帷幕的作用等。而軟弱夾層、強風化層和斷層破碎帶又是導致壩基產生變形的主要因素，因此也是主要研究對象。
對於拱壩地基除上述要求外，還要求岩體有更高的承載力，岩體變形模量均一，岩體與混凝土的彈性模量接近。對兩岸壩肩要研究其穩定與變形，對兩岸發育的斷層、節理、裂隙要深入研究在力系與繞壩滲流同時作用下能否構成滑動塊體。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、抗剪強度低以及振動液化等問題方面考慮，也需要對地基採取必要的處理措施，做到既安全又經濟合理。在岩溶地區修建水庫與大壩，應分析水庫滲漏的範圍、主要滲水通道，估計滲漏量等並提出治理方案。對岩溶區壩址，除應查明上述問題外，還要注意岩溶發育深度，溶洞與岩溶通道的具體分布、填充情況，對壩基與壩肩穩定的影響等。中國岩溶發育地區面積約占全國面積七分之一，故對岩溶滲漏問題需予重視。
主要技術措施 基礎工程設計內容包括建築物基礎及地基處理兩部分，一般有下列三種情況。
水工基礎工程
水工基礎工程軟基加固與防滲措施 軟基主要是指砂礫、黃土、軟粘土、細砂層等地基。對砂礫地基的處理，主要是控制滲透流速、滲透流量，保證壩基滲透穩定。辦法是採用垂直防滲與水平防滲。垂直防滲採用粘土截水牆、混凝土防滲牆及帷幕灌漿等。水平防滲多採用粘土鋪蓋，有時在壩下游還需採用排水減壓等手段。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、抗剪強度低，可採用加速排水固結辦法，提高其抗剪強度，如砂墊層排水、真空抽氣加固、砂井預壓等措施。對黃土地基,主要是濕陷性黃土,因其沉降量大，可能引起壩的失穩及開裂，可採用挖除、預先浸水或表面強夯等措施。總之，除控制滲流外，還要提高地基強度和穩定性，減少總沉降量和沉降差。對細砂層，則應防止管涌與振動液化現象，近年來發展較快的是利用振沖法加固砂土地基。20世紀70年代初，在軟基加固技術中，又出現了高壓噴射灌漿，即鑽桿邊鏇轉邊高壓噴射水泥漿,製成的鏇噴樁直徑可達1.5～2.0m。沉井在中國水利工程中，多用作防沖結構，60年代初，曾在四川映秀灣水電站首次使用，並在礫石層與粉細砂層中下沉，不但解決了防沖，也解決了滲透穩定與砂層液化等問題。銅街子水電站導流明渠左導牆及出口處於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於世,1986年在最大水深45m的海口軟基上建成高53m、總長3000m的東斯海爾德擋潮閘工程，閘基開挖、砂基振實、卵石回填等均在水下進行。這是軟基處理工程的一個飛躍。
見地基處理。
