導(dǎo)語：水利水電工程設(shè)計(jì)與地基處理技術(shù)分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】軟土地基處治主要為了優(yōu)化軟土地基的壓縮特性、剪切及透水特性、動(dòng)力特性等。論文結(jié)合湖北某水電工程淤泥質(zhì)土地基處理工程，闡述壩基軟土地質(zhì)處理方案的確定及試驗(yàn)要求，分析兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)域的軟土地基處理效果，得出試驗(yàn)II區(qū)的施工方式加固效果更好。

【關(guān)鍵詞】壩基加固；軟土地基處理；振沖碎石樁；質(zhì)量檢測

1引言

我國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)選址多選擇在一些偏遠(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

2.1工程位置及技術(shù)指標(biāo)

某水電站為引水式龍頭水庫電站，項(xiàng)目采取混合式開發(fā)類型，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、干流匯合大型發(fā)電的效果。項(xiàng)目輸水閘壩位于干流上游3km，廠址則建設(shè)在支干流匯合口處下游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道和公路的連接路段，對外部交通較為便利，該水電項(xiàng)目是湖北省內(nèi)重點(diǎn)水利工程，對當(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。該水電站水庫水源直接來源于本區(qū)徑流，控制流域面積達(dá)到了403km2，百年一遇設(shè)計(jì)峰值流量為190m2/s，平均年徑流量達(dá)到了14500萬m3，年平均輸沙量為15.2萬t/a，水庫蓄水正常量為2950m，死水位設(shè)計(jì)為2910m，庫容為11350萬m3，調(diào)節(jié)庫容達(dá)到了9150萬m3，當(dāng)水庫為死庫容時(shí)，其起到發(fā)電的效果，水電站工程等別為II等，規(guī)?？刂圃诖螅?）型，臨時(shí)及次要建筑結(jié)構(gòu)物級別為3等，堆石壩級別為I級，項(xiàng)目建設(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，該水庫電站總裝機(jī)容量為240MW，共有2臺裝機(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。

2.2壩區(qū)工程地質(zhì)

壩區(qū)地質(zhì)上下游是U形冰川谷，具備較為開闊的地勢，且覆蓋層厚度較大，上游水深最大可達(dá)到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)場鉆孔厚度結(jié)果，地質(zhì)情況可分為7層，自下而上勘測結(jié)果為第⑦層淤泥質(zhì)壤土層，第①~⑥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(Ql42)，在壩基橫向方向的寬度為170~250m；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%，其余部分為黏粒構(gòu)成，土層級配較為連續(xù)，孔隙比在0.6~1.5，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)過室內(nèi)相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)表明，其壓縮模量在5~9MPa，黏聚力為0.04~0.06MPa，內(nèi)摩擦角為7°~10°，滲透系數(shù)較低，為1.35×10-4cm/s，透水性較差，力學(xué)指標(biāo)較弱。根據(jù)該指標(biāo)可以判斷土層整體為液化土，考慮到該土層并沒有鋪滿整個(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，并且對于壩坡和壩基的穩(wěn)定性需要進(jìn)行必要的加固。第①~⑥層為砂礫石層，深度達(dá)到了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(Qg131)，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，級配較為疏松，最大公稱粒徑可以達(dá)到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

3.1方案目標(biāo)確定

根據(jù)專家推薦，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部分軟土的置換，而達(dá)到復(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，振沖碎石置換可以達(dá)到土層排水固結(jié)加快的效果，當(dāng)碎石置換率控制在25%~38%時(shí)，則能夠大幅度提升強(qiáng)度和模量，施工成本投入較高，且技術(shù)應(yīng)用簡單，具備較多的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)案例。為此本項(xiàng)目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，本項(xiàng)目選取了相關(guān)施工技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行壩基處理效果的對比。試驗(yàn)流程按如下開展：首先，振沖設(shè)備采取德國OMS振沖器，分別為377-75kW，377-130kW兩種型號。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，對不同方案之間的加固效果進(jìn)行對比，對大范圍應(yīng)用的設(shè)備方案進(jìn)行確定；最后，需要對振沖施工質(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、施工填料級配、碎石樁樁徑、樁間距、樁排列方式）[2]。

3.2試驗(yàn)要求

本項(xiàng)目采取地基淤泥質(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5~20m；2）加固后的復(fù)合地基整體平均密度需要達(dá)到2.2g/cm3以上，孔隙率需要控制在0.28以下；3）復(fù)合地基承載力達(dá)到250kPa以上，變形模量達(dá)到40MPa以上，壓縮系數(shù)小于0.25MPa-1，黏聚力大于25kPa，內(nèi)摩擦角大于25°，滲透系數(shù)要大于1×10-3cm/s，整體具備抗液化水平；4）現(xiàn)場試驗(yàn)按照分區(qū)（I區(qū)和II區(qū)）開展，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1.5m[3]。

3.3軟基處理效果

現(xiàn)場振沖試驗(yàn)結(jié)束3周后開展復(fù)合地基樁間土工程特性、碎石置換率、樁體質(zhì)量的檢測，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)開展要求及內(nèi)容，如表2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)場都控制在1.3m3/m左右，樁體直徑在施工完成后控制在1.15~1.18m；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計(jì)算，I區(qū)、II區(qū)置換率分別為0.31和0.52。通過簡要分析可以得出結(jié)論，II區(qū)比I區(qū)的加固效果更好，項(xiàng)目宜采取II區(qū)施工方式進(jìn)行加固。

4結(jié)語

在水電工程地基處理中，需要針對多年凍土層、可液化層、淤泥質(zhì)土層進(jìn)行相應(yīng)的物理力學(xué)指標(biāo)分析，選擇合適的地基處理技術(shù)及施工方案，技術(shù)的應(yīng)用也要充分結(jié)合壩基所處的地形、地質(zhì)、水文生態(tài)情況，以提升復(fù)合地基的承載力、變形模量及降低孔隙率和施工成本為重要指標(biāo)，優(yōu)化施工技術(shù)，為后續(xù)的水電工程上部結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定的地基基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]何見春.淺談固結(jié)灌漿與帷幕灌漿在壩基處理中的應(yīng)用[J].科技資訊,2013(8):82-83.

[3]倪國俊.振沖碎石樁在水電站厚覆蓋層壩基處理中的應(yīng)用研究[J].中國水能及電氣化,2019(12):16-19.

作者：潘亞輝 付海峰 劉敏 單位：湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院 武漢楚江水利水電工程質(zhì)量檢測有限公司