石縫水庫輸水洞地基處理設(shè)計

尹玉順，盧玉海

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況

石縫水庫位于哈爾濱尚志市長壽鄉(xiāng)新發(fā)屯南1.0 km處，螞蟻河左岸支流大亮子河右岸小支流上，壩址以上控制集雨面積6.35 km2。石縫水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)魚等綜合利用的小(1)型水利樞紐，由土壩、溢洪道、輸水洞等建筑物組成。

水庫設(shè)計總庫容161×104m3，興利庫容116.99×104m3。設(shè)計補償灌溉面積153.3 hm2。水庫正常蓄水位100.55 m，相應(yīng)庫容109×104m3;設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，相應(yīng)設(shè)計洪水位101.23 m;校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇，相應(yīng)校核洪水位101.75 m。

輸水洞布置主要由進口段、閘室段、洞身段、消力池、海漫段等組成，涵洞尺寸為1.2m×1.6m×1(寬×高×孔數(shù))。

進口段只進行護底，護砌長15 m，渠底高程為94.90 m，護砌為干砌石厚30 cm、砂卵石20 cm。進口兩側(cè)設(shè)圓弧導(dǎo)墻，圓弧半徑為4 m，圓心角為90°，墻頂高程96.50 m，底板頂高程為94.90 m。

閘室段長5.0 m，寬2.6 m，底板高程為94.90 m，邊墩頂高程為102.90 m，邊墩寬0.7 m，底板厚1.2 m?；A(chǔ)底部置換水撼砂，深度為2.8 m。閘室設(shè)一扇工作門，一扇檢修門。工作閘門、檢修閘門均采用平面滑動式鋼閘門、手電兩用螺桿啟閉機，上部設(shè)啟閉室。

洞身段為鋼筋混凝土方涵，結(jié)構(gòu)尺寸為1.2m×1.6m×1 (高×寬×孔)，共分4節(jié)，兩節(jié)10 m長，兩節(jié)9.5 m長，總長為39 m。洞壁厚0.4 m，進口底高程為94.90 m，出口底高程為94.90 m。底部設(shè)10 cm素混凝土墊層。基礎(chǔ)底部置換水撼砂，深度為1.2 m。

消力池段采用鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，底寬由1.2 m擴散至6.5 m，長度為12.5 m，池深0.8 m，底板頂高程為93.60 m，底板厚1.0 m，底部設(shè)10 cm素混凝土墊層。后接海漫段。

海漫段長15 m，渠底高程為94.40 m，護砌為干砌石厚30 cm、砂卵石20 cm、一層無紡布。

2 穩(wěn)定計算成果

輸水洞基礎(chǔ)坐落在低液限黏土地基上，地基容許承載力［R］=80kPa。

用于輸水洞穩(wěn)定分析的荷載包括:自重、靜水壓力、揚壓力及其它荷載;其中揚壓力包括浮托力和滲透壓力。輸水洞穩(wěn)定計算成果詳見表1。

經(jīng)計算，各建筑物基底垂直正應(yīng)力均為壓應(yīng)力，各建筑物抗滑、抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)及不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求。但根據(jù)地質(zhì)勘察成果，持力層容許承載力建議值［R］= 80kPa，閘室段和洞身段的基底應(yīng)力均大于80kPa，即基礎(chǔ)的承載力不滿足要求，需進行基礎(chǔ)處理。

3 地基處理

按穩(wěn)定計算成果，閘室段及洞身段地基承載力不滿足要求，需進行基礎(chǔ)處理以保證工程安全，本次設(shè)計初步擬定了兩個方案，換填墊層法和砂石樁法。按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79為2002)對地基允許承載力進行核算，公式為:

3.1 換填墊層法

式中:b為矩形基礎(chǔ)底面的寬度，m;l為矩形基礎(chǔ)底面的寬度，m;Pk為基礎(chǔ)底面處的平均壓力值，kPa;Pc為基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值，kPa;Pz為墊層底面處土的附加應(yīng)力值，kPa;Pcz為墊層底面處土的自重壓力值，kPa;z為基礎(chǔ)底面下墊層的厚度，m;θ為墊層的壓力擴散角，粗砂取30°，°;γm為基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度; faz為墊層底面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值，kPa。

表1 輸水洞穩(wěn)定計算表

表2 換填墊層法計算表

經(jīng)計算，輸水洞閘室基礎(chǔ)換砂2.80 m左右至③全風(fēng)化花崗巖，洞身段換砂1.2 m左右至①低液限黏土層，此時的Pz+ Pcz均大于深度修正后的承載力特征值faz，承載力可以滿足要求?；A(chǔ)換砂為水撼粗砂，要求其相對密度達到0.75。

3.2 砂石樁法

式中:d為樁身平均直徑;de為1根樁分擔(dān)的處理堤基面積的等效圓直徑;s為樁間距;m為樁土面積置換率;n為樁土應(yīng)力比，2～4;fsk為處理后樁間土承載力特征值，如無經(jīng)驗時，可取天然堤基承載力特征值，kPa。

經(jīng)計算，閘室部分樁身平均直徑為0.80 m，正方形布樁，樁間距1 m;洞身部分樁身平均直徑為0.60 m，正方形布樁，樁間距1 m。

3.3 兩種方法技術(shù)經(jīng)濟比較

經(jīng)比較，換填砂層法投資比砂石樁法少3.17萬元，本次設(shè)計砂層采用置換水撼砂，閘室墊層厚度為2.8 m，底寬為6 m;閘洞身墊層厚度為1.2 m，底寬為3.5 m。

4 結(jié)論

地基處理的目的是采取切實有效的措施，改善地基土的工程性質(zhì)，達到滿足建筑物地基穩(wěn)定和變形的要求。本文對地基處理采用了換填墊層和砂石樁兩種方式進行比較，此外還有預(yù)壓法，強夯法和強夯置換法、振沖法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法等等。具體采用哪種處理方式，還應(yīng)根據(jù)工程具體的地質(zhì)情況，擬定幾種處理方案，進行技術(shù)經(jīng)濟比較之后，確定合理的地基處理方式。

表3 換填墊層法投資表

表4 砂石樁法投資表

［1］江蘇省水利勘測設(shè)計研究院.SL265－2001水閘設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［2］水利部長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院.SL319—2005混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2005.

［3］水利部天津水利水電勘測設(shè)計研究院.SL253—2000溢洪道設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2000.

［4］中華人民共和國水利部.GB50201—94防洪標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國計劃出版社，1994.

［5］長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院.SL252—2000水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國水利水電出版社，2000.