水利水電工程設(shè)計(jì)與地基處理技術(shù)分析

1、1引言我國(guó)城市電力需求隨著人口密度而不斷增加，為實(shí)現(xiàn)水能環(huán)保資源的 充分利用就需要建設(shè)數(shù)量規(guī)模龐大的水利水電工程。水電工程的建設(shè) 選址多項(xiàng)選擇擇在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，考慮到地形、地質(zhì)、水文等生態(tài)環(huán) 境的影響，水電站建設(shè)需要選擇承載強(qiáng)度足夠的地基，其中壩基加固 是確保水電站長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，如何科學(xué)合理地進(jìn)行不良建 設(shè)地基的有效處治需要綜合工程質(zhì)量和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)方面。因此, 需要加強(qiáng)重視地基處理的重要性。2工程概況工程位置及技術(shù)指標(biāo)某水電站為引水式龍頭水庫(kù)電站，工程采取混合式開(kāi)發(fā)類(lèi)型，位于湖 北省內(nèi)某干流上，能夠?qū)⒏闪魉恳廉?dāng)?shù)剌^大支流實(shí)現(xiàn)支流、干流 集合大型發(fā)電的效果。工程輸水閘壩位于干

2、流上游3km,廠址那么建 設(shè)在支干流集合口處下游1km,壩址距離當(dāng)?shù)厥兄行?02km,壩址和 廠址之間的直線距離為14km,其中廠址附近存在國(guó)道和公路的連接 路段，對(duì)外部交通較為便利，該水電工程是湖北省內(nèi)重點(diǎn)水利工程， 對(duì)當(dāng)?shù)毓┧?、發(fā)電、農(nóng)業(yè)灌溉等具備極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。該水電站 水庫(kù)水源直接來(lái)源于本區(qū)徑流，控制流域面積到達(dá)了 403km2,百年 一遇設(shè)計(jì)峰值流量為190m2/s,平均年徑流量到達(dá)了 14500萬(wàn)m3, 年平均輸沙量為15.2萬(wàn)t/a,水庫(kù)蓄水正常量為2950m,死水位設(shè)計(jì) 為2910m,庫(kù)容為11350萬(wàn)m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容到達(dá)了 9150萬(wàn)m3,當(dāng)水 庫(kù)為死庫(kù)容時(shí)，其起到發(fā)電的效

3、果，水電站工程等別為II等，規(guī)?？?制在大12)型，臨時(shí)及次要建筑結(jié)構(gòu)物級(jí)別為3等，堆石壩級(jí)別為 I級(jí)，工程建設(shè)位置具備較為復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防 烈度為VII度，該水庫(kù)電站總裝機(jī)容量為240MW,共有2臺(tái)裝機(jī)，主 要構(gòu)造物為引水系統(tǒng)、壩區(qū)樞紐、廠區(qū)樞紐、輸水樞紐，堆石壩型為 復(fù)合土工膜和混凝土防滲墻相互結(jié)合形式1,水電站主要特性參數(shù)如 表1所示。壩區(qū)工程地質(zhì)壩區(qū)地質(zhì)上下游是U形冰川谷，具備較為開(kāi)闊的地勢(shì)，且覆蓋層厚度 較大，上游水深最大可到達(dá)30m,壩基河床具備較復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu), 且河床覆蓋層厚度大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔厚度結(jié)果，地質(zhì)情況可分為7層, 自下而上勘測(cè)結(jié)果為第層淤泥質(zhì)壤土層，

4、第層為砂礫石層。 其中，淤泥質(zhì)壤土層主要分布在河床頂部左岸位置，為湖積(QI42), 在壩基橫向方向的寬度為170250m；該土層內(nèi)部有機(jī)質(zhì)豐富，且主 要以粉粒和細(xì)砂為主，比例分別占到了 42%、39%,其余局部為黏粒 構(gòu)成，土層級(jí)配較為連續(xù)，孔隙比在0.61.5,天然密度為1.8g/cm3, 含水率為25%52%,液限和塑限分別為27%和16%,塑性指數(shù)為11, 整體表現(xiàn)為軟塑狀，是高液限性軟土。經(jīng)過(guò)室內(nèi)相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)說(shuō)明， 其壓縮模量在59MPa,黏聚力為0.040.06MPa,內(nèi)摩擦角為7 10 , 滲透系數(shù)較低，為L(zhǎng)35X10-4cm/s,透水性較差，力學(xué)指標(biāo)較弱。根 據(jù)該指標(biāo)可以判斷土

5、層整體為液化土，考慮到該土層并沒(méi)有鋪滿整個(gè) 河床，且厚度不厚，難以形成較為穩(wěn)定的隔水結(jié)構(gòu)，為此需要解決壩 基覆蓋層下游滲漏缺陷，并且對(duì)于壩坡和壩基的穩(wěn)定性需要進(jìn)行必要 的加固。第層為砂礫石層，深度到達(dá)了 130m,是整個(gè)大壩的主 要持力層，內(nèi)部多還有塊碎石，是堆積冰川(Qgl31),主要分布在河 床底部位置，其中塊碎石內(nèi)部含有較少的板巖及石英巖，含有較多比 例的變質(zhì)砂巖，級(jí)配較為疏松，最大公稱粒徑可以到達(dá)1.1m,呈現(xiàn) 棱角狀；最大比例的粉質(zhì)土呈現(xiàn)淺灰色，較為密實(shí)。3壩基處理方案方案目標(biāo)確定根據(jù)專(zhuān)家推薦，壩基軟土加固主要采取強(qiáng)夯置換或者振沖置換兩種方 式，兩種方法都是為了通過(guò)局部軟土的置換，而

6、到達(dá)復(fù)合地基較高的 抗剪強(qiáng)度和壓縮模量，并不僅僅只為了加密土層結(jié)構(gòu)。其中，振沖碎 石置換可以到達(dá)土層排水固結(jié)加快的效果，當(dāng)碎石置換率控制在 25%38%時(shí)，那么能夠大幅度提升強(qiáng)度和模量，施工本錢(qián)投入較高， 且技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)單，具備較多的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)案例。為此本工程主要采取振 沖碎石樁法進(jìn)行壩基處理。另外，為了有效驗(yàn)證該技術(shù)的使用效果和 可行性，本工程選取了相關(guān)施工技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行壩基處理效果的比照。 試驗(yàn)流程按如下開(kāi)展：首先，振沖設(shè)備采取德國(guó)OMS振沖器，分別 為377-75kW, 377-130kW兩種型號(hào)。進(jìn)行振沖試驗(yàn)后獲取施工參數(shù) 和復(fù)合地基處理后的變形模量、抗剪強(qiáng)度、滲透系數(shù)、承載強(qiáng)度指標(biāo)； 其次

7、，對(duì)不同方案之間的加固效果進(jìn)行比照，對(duì)大范圍應(yīng)用的設(shè)備方 案進(jìn)行確定；最后，需要對(duì)振沖施工質(zhì)量進(jìn)行必要的檢驗(yàn)及確定振沖 碎石樁法的關(guān)鍵性參數(shù)填料數(shù)量、施工填料級(jí)配、碎石樁樁徑、樁 間距、樁排列方式）2。試驗(yàn)要求本工程采取地基淤泥質(zhì)壤土分布范圍較為均勻且厚度較大的區(qū)域進(jìn) 行相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)要求如下：1）淤泥質(zhì)壤土的加固深度控制在520m； 2）加固后的復(fù)合地基整體平均密度需要到達(dá)2.2g/cm3以上，孔隙率 需要控制在0.28以下；3）復(fù)合地基承載力到達(dá)250kPa以上，變形 模量到達(dá)40MPa以上,壓縮系數(shù)小于0.25MPa-l,黏聚力大于25kPa, 內(nèi)摩擦角大于25 ,滲透系數(shù)要大于lX10

8、-3cm/s,整體具備抗液化 水平；4）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)按照分區(qū)（I區(qū)和II區(qū)）開(kāi)展，每個(gè)位置進(jìn)行 Municipal , Traffic , WaterResourcesEngineeringDesign 市政,交通水 利工程設(shè)計(jì)100根碎石樁振沖處理。其中，I區(qū)采取的振沖器為 377-130kW, II區(qū)采取的振沖器為337-75kW,兩個(gè)位置的樁形布置都為梅花形，其中I區(qū)樁間距控制為2m, II區(qū)樁間距控制位1.5m3o軟基處理效果現(xiàn)場(chǎng)振沖試驗(yàn)結(jié)束3周后開(kāi)展復(fù)合地基樁間土工程特性、碎石置換率、 樁體質(zhì)量的檢測(cè)，根據(jù)N120動(dòng)力觸探試驗(yàn)、靜載試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí) 驗(yàn)、室內(nèi)土工試驗(yàn)開(kāi)展要求及內(nèi)容，如表2

9、所示，進(jìn)行復(fù)合地基相關(guān) 指標(biāo)的計(jì)算內(nèi)摩擦角、變形模量、密度、孔隙率、承載力強(qiáng)度特征 值、壓縮系數(shù)等），具體如表3所示。根據(jù)不同試驗(yàn)位置的N120動(dòng) 力觸探試驗(yàn)、靜載試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、室內(nèi)物理及力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可 以看出，通過(guò)振沖碎石樁的物理力學(xué)作用，復(fù)合地基的整體力學(xué)性能 都有了較大幅度的提高，因兩個(gè)試驗(yàn)位置采取的振沖器及樁間距離的 差異，指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果存在較為明顯的差異性。其中，II區(qū)復(fù)合地基的 承載力特征值和變形模量大于I區(qū)，且兩個(gè)功率的振沖器在施工中采 取的填筑量都要比試驗(yàn)規(guī)劃量少，現(xiàn)場(chǎng)都控制在1.3m3/m左右，樁 體直徑在施工完成后控制在1.151.18m；施工置換率的計(jì)算需要根據(jù) 完成后樁徑及布樁形式來(lái)計(jì)算，1區(qū)、II區(qū)置換率分別為0.31和0.52。 通過(guò)簡(jiǎn)要分析可以得出結(jié)論，II區(qū)比I區(qū)的加固效果更好，工程宜采 取II區(qū)施工方式進(jìn)行加固。4結(jié)語(yǔ) 在水電工程地基處理中，