地基与基础工程技术新进展

一、岩石地基处理 

1.GIN灌浆法

       我国岩基防渗帷幕灌浆主要采用孔口封闭法，成功地在许多大中型水利水电工程中建造了高标准的防渗帷幕。随着二滩、小浪底工程的建设，国外常用的一些高效率的施工方法，如GIN灌浆法、自下而上纯压式灌浆法等引起国内同行的重视，经过多项工程的试验、研究和应用，获得了很好的效果。

        GIN（灌浆强度值）灌浆法是前国际大坝会议主席、瑞士学都隆巴迪首先提出的，它的基本概念是，对任意孔段灌浆，都是一定能量的消耗，这个能量消耗的数值，近拟等于该孔段最终灌浆压力P和灌入浆液体积V的乘积，就叫作灌浆强度值，即GIN。由于裂隙岩体灌浆时，大裂隙常常注入量大南昌使用压力小，细裂隙常常注入量小而使用压力高。隆巴迪认为，如果在各个灌浆段的全部灌浆过程中，都控制GIN为一常数，就可以自动控制具有开敞的宽大裂隙地段的注入量和灌浆压力，对比较致密的可灌性差的地段则可通过提高高灌浆压力增加注入量，保持能量均一，从而形成基本均一的防渗帷幕，由于GIN为常数，故在P-V坐标系上，GIN曲线是一条双曲线，再加上对最大灌浆压力和最大注入量的限制，就组成了一条可以控制灌浆过程的包络线。

        GIN灌浆法的要点有：①灌浆过程中仅用一种固定配比的稳定浆液；②用GIN曲线控制灌浆压力，在需要的地方尽量使用较高的压力， 在有害和无益的地方避免使用高压力；③用电子计算机监测和控制灌浆过程，实时地控制灌浆压力和注入率，绘制P-V过程曲线，判断灌浆结束条件。

        我国于1994年引进GIN法，曾在湖南江垭、长江三峡等工程中进行过灌浆试验。黄河小浪底水利枢纽在反复试验、研究的基础上，提出了以孔口封闭法为基础嫁接GIN法，并在防渗帷幕工程中应用，完成灌浆工程量27895m，获得了满意的效果。小浪底GIN法帷幕灌浆技术研究获得水利部1999年科技进步三等奖。

2.无盖重固结灌浆

         坝基固结灌浆与大坝混凝土浇筑在工期上常常存在矛盾。四川二滩工程曾经在部分坝块采取了无盖重灌浆。三峡工程在部分工期特别紧张的部位采用了在浇筑“找平混凝土”后进行固结灌浆的办法。灌浆成果表明，无盖重灌浆在技术上是可行的，可以节省工期，降低消耗，灌浆效果一般能满足设计要求，但在孔口的灌浆段效果较差，需要预埋灌浆管，以后进行补充灌浆。另外在缓倾角裂隙发育的部位也不宜采用。 

3.岩溶灌浆

        以乌江渡等岩溶则基帷幕灌浆为标志，我国的岩溶灌浆具有很高的技术水平，近年来又不断取得新的成绩。 

        现在我国正在岩溶地区修建一批大型水利枢纽，如湖北水布垭，贵州洪家渡、索风营等，其中水布垭大坝是世界最高的面板堆石坝。 

        为了封堵岩溶洞穴中高流速的地下水，中国水利水电科学研究院和贵阳设计院共同开发了一种模袋灌浆技术。这项技术是在充分探明溶洞状态的前提下，通过向钻孔中安设特制的模袋，并向模袋中注入速凝浆液，从而达到堵塞岩溶通道的目的。这项技术已在贵州、广西的一些工程中应用，取得了良好效果。 

4.隧洞灌浆

        由于一些水工隧洞需要承受较高水头的压力，隧洞围岩固结灌浆向高压力发展，继1992年天生桥二级水电站引水隧洞进行了6.0MPa高压固结灌浆、广州抽水蓄能电站输水洞进行了6.1MPa的灌浆之后，天荒坪抽水蓄能电站进行了9.5MPa高压固结灌浆，这是我国水工隧洞灌浆采用的最高灌浆压力。

        山西万家寨引黄工程输水隧洞大量采用了TBM掘进成洞，隧洞衬砌采用预制混凝土管片，管片与洞壁之间充填豆砾石（细骨料），之后对豆砾石进行灌浆。

5.灌浆材料

        ①稳定浆液。稳定浆液是指掺有稳定剂、2个小时析水率不大于5%的水泥浆液。我国研究这种浆液已多年，但应用较少。

       ②改性细水泥。改性水泥以42.5级普遍硅酸盐水泥为基料，加入灌浆剂（有膨胀和减水作用）干磨而成。它的细度为小于6μm颗粒≧40%，小于30μm颗粒≧95%，比表面积5000~6000cm²/g。 

        ③湿磨水泥。湿磨水泥是通过湿式磨细机将水泥浆液磨细而成。湿磨水泥浆在施工现场使用普遍水泥浆现磨现灌，不存在细水泥的运输和保存问题，加工也比较方便，在各种细水泥中它的价格是比较低的。 

6.化学灌浆

        化学灌浆一方面作为水泥灌浆的补充，一方面越来越独立地成为一种地基处理技术。 

        水泥灌浆和化学灌浆相结合的复合灌浆在长江三峡工程中获得应用并有所发展。复合灌浆改善了岩体的力学和抗渗性能，弥补了水泥灌浆的不足。三峡工程部分坝段的帷幕灌浆，由于岩石细微裂隙发育，水泥灌浆不能满足设计要求，这些地段补充进行了丙烯酸盐浆液灌浆，取得了满意效果。江垭、小浪底水利枢纽坝基帷幕浆部分地段也采用了化学灌浆。灌浆材料除环氧类外，还有聚氨酯类和水玻璃类。改性水玻璃灌浆也应用到了环保工程中，作为垃圾坝、截污坝的防渗帷幕。 

7.灌浆自动记录仪

       自20世纪80年代中期中国水利水电基础工程局科研所和天津大学自动化工程系联合研制了我国第一台灌浆自动记录仪以来，灌浆自动记录仪在我国逐步获得推广应用，近年发展更快且愈益普及。记录仪由初期的测记灌浆压力、注入率两项参数，发展到可以同时测记灌浆压力、注入率、浆液密度和岩体变形四项参数；由一台记录仪测记一台灌浆机作业，到一个记录系统可以同时监测8~16台灌浆机工作；由单纯测记现场施工参数，到可以利用现场采集的数据直接生成灌浆规范要求的各种灌浆成果图表。

8.预应力锚固

       这一期间，岩体预应力锚固获得了大规模的应用，长江三峡，黄河小浪底、李家峡、天生桥二级等水利水电工程都采用了大量的预应力锚索。锚固技术也有了长足的进步，青海李家峡水电站边坡单根锚索最大锚固吨位达到10MN，创造了我国水利水电工程预应力锚固的最高纪录；在锚固的形式方面，穿锚、拉力分散型、压力分散型、拉压复合型、环形预应力锚索等新型锚固形式得到了开发或推广应用。

二、  覆盖层处理 

1.混凝土防渗墙

       混凝土防渗墙是覆盖层地基防渗的主要措施。近几年我国混凝土防渗墙技术有突破性的进展。 

        ①采用液压铣槽机、抓斗等高效机械和先进工艺，完成了国内综合难度最大的三峡工程二期上游围堰防渗墙。三峡二期上游围堰防渗墙的成功，标志着我国的混凝土防渗墙施工技术已基本摆脱了依靠老式冲出钻的时代，迈入了液压机械的时代，专家鉴定该项施工技术和工程实践总体上达到国际领先水平。 

        ②建成了国内目前最深、混凝土强度最高的防渗墙——小浪底主坝混凝土防渗墙，该墙深达81.9m，混凝土强度35MPa。还建成了世界上防渗面积最大的混凝土防渗墙——河北黄壁庄水库副坝混凝土防渗墙，其轴线长4860m，最大深度70m，防渗面积近30万m³。最近，深度为100m的混凝土防渗墙现场试验也已在新疆下坂地水利枢纽完成，这是我国第二次向百米深墙的纪录冲击。

        深达140m的四川冶勒水电站防渗墙正在施工，该道墙分为上下两段，上段在地面施工，下段在地下的隧洞内施工。下段防渗墙的施工使用了洞内小型液压铣槽机，这也是国内首个工程实例，代表了我国防渗墙施工的最新水平。

        ③塑性混凝土进一步推广应用塑性混凝土自20世纪80年代引进我国以后，推广应用较快。长江三峡二期围堰防渗墙采用了塑性混凝土，围堰建成挡水后，墙体上部向下游变位达590mm，但围堰运行正常，2003年三峡二期上下游围堰防渗墙完成其历史使命被拆除，拆除后对混凝土墙体取样进行了大量的检测试验，这是防渗墙建筑史上最大规模的原型检测试验，检验结果总体表明墙体性能指标与设计和科研成果相一致。

      ④墙段接头技术有新的突破。防渗墙墙段连接是防渗墙施工的一个难点，国内一直以钻凿法为主，这种方法工效低、消耗大。中国水利水电基础工程局科研所经过多年的研究开发出一项专利技术，研制出一种新型拨管机，在黑龙江尼尔基水库、河北黄壁庄水库、西藏直孔水电站、新疆下坂地水利枢纽的防渗墙施工或试验中成功应用，最大拨管深度达到79m（直径80cm），创造了世界防渗墙施工的最深纪录。

        此外，在我国承建的越南拜尚水闸的防渗墙施工中，成功地采用了在墙段接缝中安设PVC止水片的技术。在润扬长江公路大桥北锚碇地连墙墙段接缝中采用了V形钢板连接技术，外商在小浪底主坝左岸防渗墙施工中采用了与防渗墙轴线垂直的接头槽技术，都获得了成功。

       ⑤自凝灰浆防渗墙在三峡工程三期围堰中得到应用，这是国内水利水电工程的首例。 

        ⑥地下连续墙技术在建筑领域广泛应用。近年来，地下连续墙在国内大中城市的中高层建筑中得到广泛应用，在矿产、交通等领域也较多地应用了这项技术。 

2.覆盖层灌浆

        覆盖层灌浆在国内通常采用循环钻灌法，国外较多采用预埋花管法。近年来国内两种方法都有应用和发展。重庆小南海水库地震堆积天然坝体防渗灌浆帷幕，采用循环钻灌法、无岩芯钻进、泥浆固壁施工，灌注水泥黏土浆。南京市长江堤防有的地段采用预埋花管法也获得了成功。

        新疆下坂地水利枢纽坝基覆盖层最大深度近150m，坝基防渗计划采用防渗墙下接帷幕灌浆的方案，目前灌浆试验正在进行中。采用循环钻灌法，灌浆深度达到155m，这是循环钻灌法在世界上的最大施工深度。

3.高喷灌浆

        高喷灌浆于20世纪70年代引入我国，80年代在水利工程中推广应用，90年代外国承包商利用先进的技术和设备在二滩和小浪底工程中建造了质量良好的高喷防渗墙。近年来，我国的高喷技术获得了进一步的发展，在大量工程实践的基础上，《水工建筑物防渗工程高压喷射灌浆技术规范》也在2001年编制完成，这是水利行业的第一部高喷灌浆技术标准。

4.振冲加固

      振冲技术已广泛应用于软土地基加固中。随着技术的发展，振冲器的性能也在不断改进。近几年多数工程采用了大功率振冲器，广东飞来峡水利枢纽利用振冲法加固中粗砂地层，使用了150kW液压振冲器和120kW、75kW电动振冲器，加密深度20m，进尺10万余m，面积5万m²。

       振冲工艺在不断改进，填料方法由以往的间断填料法或连续填料发展为强迫填料法。强迫填料法解决了软黏土缩孔、砂土塌孔、填料困难的问题，填料强度大，成桩质量好。质量控制标准由原来的单一控制加密电流，发展为同时控制加密电流、留振时间、加密段长三个指标。 

2001年，《水利水电工程地基振冲法处理技术规范》已经编制完成，这也是水利行业的第一部振冲法加固地基的技术标准。

三、堤防工程 

1.    垂直防渗技术 

          堤防险情或失事大多是由于渗透破坏，因此堤身和堤基的防渗是堤防整治的重点。 

①深层搅拌水泥土防渗墙。其搅拌机由初期的单头搅发展到六头搅以至等厚度深层搅拌机，自动化程度不断提高。1998年，多头小直径深层搅拌截渗技术通过了水利部的技术鉴定。

由于深层搅拌水泥土防渗墙性能指标适宜，施工速度快，价格低廉，因而使用最为广泛，长江中下游堤防垂直防渗工程中60%的工程量采用了深层搅拌水泥土防渗墙。

②置换式塑性混凝土防渗墙。置换式混凝土防渗墙是通过采用不同的钻掘机在堤身或堤基中挖掘槽孔（或连续的沟槽），然后浇筑塑性混凝土或塑性砂浆而成。主要用于透水层深度较大、有紧密砂层或卵砾石层等地层。根据挖槽的方式不同，可以分成：薄型抓斗挖槽法、射水成槽法、锯槽法，气举反循环钻进。 

③挤压注浆、振动沉桩防渗墙。挤压注浆成墙是在地层中挤入板桩、模具、刀头等，然后通过这些器具向地层注入浆液或砂浆，形成防渗墙体。成墙深度一般在18m以内，墙体厚度在7.5~158cm之间。适用地层为砂性土和粒径较小的砂砾石层。主要有：振动切槽法、振动沉模法、板桩墙法。

除上述施工方法外，高喷灌浆法、袖阀灌浆在堤防工程中也有应用。 

2.土工合成材料应用

土工合成材料的品种很多，可分为土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料四类。国外发达国家使用土工合成材料较早，我国应用土工合成材料始于20世纪60年代中期，但发展较慢。1998年后，国家大力推广土工合成材料的应用，水利部选定了一批应用示范工程，科学引导。此后土工合成材料在堤防、闸坝、渠道、险库加固等多方面得到应用。

（1）堤岸护坡、护岸、护底

    土工合成材料护坡是以土工织物代替天然砂砾料做反滤材料，然后在其上面抛石、铺设预制混凝土块或铰链混凝土板等；或者制成模袋混凝土、土工布沙袋等土工软体排铺设于岸坡。

    土工织物护底、护岸是用丙烯编织布和聚乙烯尼龙绳制成的枕垫、枕袋代替块石和梢料铺垫在受冲的河底、河岸。土工织物具有强度高、耐磨性能好、柔塑性好、适应变形能力强、造价低的优点，土工织物与抛石、沉排结合起来护底护岸效果很好。 

    此外，各种土工织物的编织袋，土工模袋、土工管（枕）、软体排、褥垫等在防汛抢险、护坡护岸中大量应用。 

（2）堤防地基防渗

    用于堤防防渗的土工合成材料有土工膜或复合土工膜，使用方法有垂直铺膜和斜墙铺膜两种。垂直铺膜是在堤顶或堤脚用锯槽法、链斗挖槽法或射水法等方式在堤身和堤基挖槽，在槽内铺设土工膜，以达到阻截渗流的目的。当铺膜位置是在堤脚时，堤坡就要用斜墙铺膜防渗。垂直铺膜的深度一般10m以内比较容易施工。

（3）在堤身加筋、排水

        土工网络是继土工织物后开发的一种新型土工合成材料。其作用主要是土体加筋和排水，在堤基土中使用土工网络，可增强其承载能力，提高稳定性，提高导水率。依据其生产方式和产品形状的不同，土工网络分为土工网和土工格栅。土工网格在堤防等岩土工程中有着广泛的应用前景。

3.堤防质量检测技术

（1）堤防隐患探测

        近年来，开发了多种堤防隐患探测新技术，主要有：地质雷达法、高密度电阻率法、瞬变电磁法、地震波法等。各种方法都有一定的适用范围，综合应用则可获得更好的效果。大坝安全检渗与示踪诊断技术利用同位素示踪原理，还可分辨出防渗断面上地下水的流速、流向、渗透系数等。该技术还可用于堤坝和水库的渗漏探测。

（2）堤身填筑质量检测

堤身填筑质量以往用环刀取样测度密度进行控制，费时费力。目前，已广泛地采用了YS-1型压实计、BZJ-3B表面波压实密度仪、核子密度仪、普式贯入仪等先进仪器。

（3）防渗墙质量检测

    常用的防渗墙质量检测方法主要有钻孔取芯检查、开挖检查、围井检查及物探法等。现有的各种物探方法和技术在防渗墙质量检测中未能取得令人满意的效果，较成功的办法是在墙体上打孔作CT成像检测，其缺陷是难以作大范围的检测。在长江重要堤防防渗墙质量无损检测技术方案，即以可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）为主、多波地震映像法或垂直声波反射法为辅对防渗墙进行扫描探测，利用专门开发的软件对获得的数据进行处理和成像，对检测出的异常部位，有针对性地布置少量钻孔进行井间弹性波CT检测校核。