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      關(guān)于大壩沖水庫大壩基礎(chǔ)振沖處理存在問題及處理方案

      2015-11-04 07:13:09何紅松
      建材與裝飾 2015年40期
      關(guān)鍵詞:壓腳粘聚力壩坡

      何紅松

      (云南能陽水利水電勘察設(shè)計有限公司云南曲靖 655000)

      關(guān)于大壩沖水庫大壩基礎(chǔ)振沖處理存在問題及處理方案

      何紅松

      (云南能陽水利水電勘察設(shè)計有限公司云南曲靖655000)

      針對大壩沖水庫主壩心墻基礎(chǔ)開挖時,出現(xiàn)邊坡蠕動變形及滑坡坍塌,進行了原因分析,上游基礎(chǔ)振沖加固下層部分存在置換率達(dá)不到要求的問題。根據(jù)對振沖區(qū)挖坑勘探試驗資料,對壩坡穩(wěn)定復(fù)核計算,最終采用了上下游壓腳的方案。目前大壩及壓腳體已填筑完成,通過對壩坡的臨時的變形監(jiān)測,大壩上下游壩坡穩(wěn)定。

      擴建;基礎(chǔ)振沖加固;蠕動變形;穩(wěn)定分析;處理方案

      大壩沖水庫為中型工程,位于云南省曲靖市陸良縣板橋鎮(zhèn)東北部,距陸良縣城25.5km。樞紐主要建筑物有大壩、溢洪道、輸水隧洞與導(dǎo)流隧洞。大壩為粘土斜心墻風(fēng)化料壩,最大壩高49m,壩頂寬6.0m,壩頂長485m。

      大壩沖水庫為擴建工程,原大壩壩型為均質(zhì)土壩,最大壩高19m,壩頂高程1861.90m,壩頂長169m,壩頂寬4.10m,1958年3月竣工并投入運行。因此,現(xiàn)大壩上游泥沙淤積較厚,淤積物主要為湖積層和沖洪積層。上層為湖積層:厚4~6m;下層為沖洪積層:結(jié)構(gòu)松散,為含礫砂質(zhì)粘土、粉細(xì)砂質(zhì)粘土,厚1.8~2.6m。湖積層和沖洪積層的承載力均較低,湖積層抗剪指標(biāo)也較低。

      為了保證擴建后大壩穩(wěn)定,在表面的軟塑狀清除之后,對其余部分湖積層和沖洪積層作振沖碎石樁加固處理。

      1 壩基振沖碎石樁設(shè)計及要求

      1.1振沖碎石樁設(shè)計

      1.1.1樁位布置

      本工程采用等邊三角形梅花型布樁,根據(jù)選定的施工設(shè)備及地基力學(xué)指標(biāo)確定碎石樁的平均直徑為1.0m,樁距為1.5m,排距為1.3m。

      1.1.2設(shè)計技術(shù)要求

      (1)單位填料量大于1.1m3/m。

      (2)填料石料粒徑為2~10cm,最大粒徑小于15cm,含泥量小于10%。

      1.1.3設(shè)計計算

      (1)加固后的復(fù)合地基置換率的確定,主要通過以下公式計算:

      式中:m-復(fù)合地基置換率,%;d-振沖碎石樁的直徑,m;de-振沖碎石樁的等效影響圓直徑,m。根據(jù)碎石樁的布置型式,等效影響圓直徑的計算公式為de=1.05s,s為樁距。經(jīng)計算de=1.575m。

      經(jīng)計算復(fù)合地基置換率為40.3%,考慮到施工難度及地質(zhì)條件的影響,置換率初步設(shè)計階段暫時取值為34%,施工階段根據(jù)實驗情況確定。

      (2)振沖加固后的復(fù)合地基物理力學(xué)指標(biāo)的確定

      加固后的復(fù)合地基物理力學(xué)指標(biāo)依據(jù)Priebe的公式計算:

      ①內(nèi)摩擦角的計算公式為:

      經(jīng)過計算,湖積層的復(fù)合地基的內(nèi)摩擦角為25.5°,穩(wěn)定計算取值為24°;沖洪積層的復(fù)合地基內(nèi)摩擦角為26°。

      ②粘聚力的計算公式為:

      式中:Csp-復(fù)合地基的粘聚力,kPa;Cs-原壩基湖積層和沖洪積層的粘聚力。根據(jù)地勘鉆孔實驗資料,湖積層的粘聚力取值為16kPa;沖洪積層的粘聚力取值為10kPa。

      經(jīng)過計算,湖積層的復(fù)合地基的內(nèi)粘聚力為5.28kPa;沖洪積層的復(fù)合地基粘聚力為3.3kPa。

      1.2振沖加固處理的要求

      ①振沖器的功率≥75kW,加密電流110A;②要求淤泥置換率≥34%;③加固后的復(fù)合地基指標(biāo):C≥3kPa,φ≥24°,復(fù)合地基承載力≥300kPa,干密度≥16kN/m3;④復(fù)合地基變形模量≤30cm。

      1.3振沖碎石樁施工機械

      振沖碎石樁施的主要的機械設(shè)備:ZCQ75C振沖器(3臺),電動機功率75kW;電動機轉(zhuǎn)速:1460r/min,偏心力矩:68.3N·m;激振力160kN;頭部振幅:6mm。另有ZLT1025汽車吊(2臺)QY-20汽車吊(1臺),LG850輪式裝載機(1臺),ZL30B-Ⅱ輪式裝載機(1臺)等機械設(shè)備。

      2 振沖加固存在的問題

      河床段心墻壩基開挖過程中,上下游邊坡產(chǎn)生蠕動變形及坍塌,將邊坡放緩至1.2或1:1.5,并布設(shè)馬道,邊坡基本穩(wěn)定。為確保大壩施工期及運行期的穩(wěn)定性,對心墻開挖及挖孔揭露的各土層進行取樣試驗,根據(jù)實驗結(jié)果對大壩穩(wěn)定進行復(fù)核。

      2.1振沖樁的地質(zhì)情況

      根據(jù)心墻基礎(chǔ)開挖揭示的地質(zhì)情況,振沖碎石樁分層明顯,上中下三層性狀差異較大。

      (1)上層振沖碎石樁區(qū),分布高程1845.5~1849.03m,該層主要為灰?guī)r碎石,碎石含量85~90%;進行了大三軸土工試驗,能滿足設(shè)計提出的置換率≥34%的要求。

      (2)中間層紫紅色,淺灰色粘土層,分布高程1841~1845.5m,該層碎石含量27.5%左右,成分為灰?guī)r,樁間土多為軟塑~可塑狀,該層土整體較為軟弱,對其進行了取樣及室內(nèi)三軸試驗進行復(fù)核,相關(guān)參數(shù)見附表(物理力學(xué)試驗成果分析匯總表)中的粘土層②。

      (3)下部為灰色、灰黑色沖洪積淤泥質(zhì)粘土層、含有機質(zhì)粘土,分布高程1836~1841m,多可塑狀,其中在里程230~260m段基巖上部有厚0.5~2.5m砂卵礫石分布,礫石成分為灰?guī)r,礫石含量30~50%,結(jié)構(gòu)稍密。通過對該部位進行了取樣及室內(nèi)三軸試驗進行復(fù)核,相關(guān)參數(shù)見附表(物理力學(xué)試驗成果分析匯總表)中的粘土層③。

      2.2振沖加固存在的問題及原因分析

      根據(jù)心墻壩基開挖及人工挖孔樁(坑)揭示的地質(zhì)情況來看,振沖區(qū)下部局部范圍分布有灰色、灰黑色沖洪積淤泥質(zhì)粘土層,含有機質(zhì)粘土,多可塑狀,部分為硬塑狀,結(jié)構(gòu)較為緊密,可振性較差。振沖機械功率偏小。施工過程也有下料過快的原因,大致急振電流過快上升,石料擴散不充分。綜合以上因素,導(dǎo)致下部的樁徑僅為30~60cm,未達(dá)到設(shè)計要求。

      圖1 大壩斷面結(jié)構(gòu)圖(1:500)

      3 原設(shè)計大壩穩(wěn)定復(fù)核

      根據(jù)原設(shè)計大壩穩(wěn)定分析計算,上游壩坡的穩(wěn)定安全系數(shù)在正常蓄水位+地震、死水位+地震及正常蓄水位緩降至死水位+地震等工況下不能滿足規(guī)范要求;下游壩坡的穩(wěn)定安全系數(shù)在設(shè)計洪水位+地震、正常蓄水位+地震及死水位+地震等工況下不能滿足規(guī)范要求,需要進行加固處理。

      表1 物理力學(xué)試驗成果分析匯總表

      4 大壩壩坡穩(wěn)定加固處理方案

      為了提高大壩上下游壩坡的穩(wěn)定性,對大壩進行加固處理。維持原壩坡不變。對上游壩腳采用以風(fēng)化料為主的壓腳處理方案,為了增加壓腳加固處理的效果,陷入圍堰上游河床地面(高程1849.3m)以下淤泥部分的壓腳體采用堆石體填筑,其余部位壓腳體采用風(fēng)化料填筑。上游壓腳體頂部高程1854.9m,頂寬44.5m,坡度為1:2.2;結(jié)合下游壩趾區(qū)實際地形地質(zhì)條件和穩(wěn)定復(fù)核結(jié)果,對下游壩坡采取堆石料壓腳的處理方案,壓腳體的頂部為高程1859.0m,頂部寬度為10.8m,坡度為1:1.5,采用厚度為40cm的干砌塊石護坡。

      5 加固后的大壩穩(wěn)定復(fù)核

      (1)上游壩坡最危險工況下的最危險工況為正常蓄水位緩降至死水位+地震工況,穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.16,滿足規(guī)范[K]=1.15的要求。

      (2)下游壩坡兩種計算的最危險工況均為設(shè)計洪水位+地震工況,穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.18,滿足規(guī)范[K]=1.15的要求。

      大壩穩(wěn)定采用用剛體極限平衡穩(wěn)定計算分析方法,對壩體上、下游壩坡的抗滑穩(wěn)定性進行計算分析。壩體穩(wěn)定計算采用河海大學(xué)開發(fā)的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序Autobank6.1。地震設(shè)防烈度為Ⅶ度。目前,大壩及壓腳體已填筑完成,通過對壩坡的臨時變形監(jiān)測,大壩上下游壩坡穩(wěn)定。

      TV223.2+2

      A

      1673-0038(2015)40-0302-02

      2015-9-21

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