■ 太原理工大學(xué) 賈濤

北京振沖工程股份有限公司 肖普

1.工程概述

河北豐寧抽水蓄能電站是世界最大的抽水蓄能電站，地處河北省承德市豐寧滿族自治縣境內(nèi)，規(guī)劃裝機容量3600MW，安裝有12臺單機容量300MW 的單級混流可逆式水泵水輪機組，在京津唐電網(wǎng)系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用任務(wù)。工程建設(shè)規(guī)模為大（1）型，工程等級為一等，下水庫攔沙壩建筑物級別為1級。

抽水蓄能電站攔沙壩為復(fù)合土工膜心墻堆石壩，最大壩高23.5m，壩頂長度548.0m，壩頂寬度8.0m。

2.地質(zhì)條件

豐寧抽水蓄能電站下水庫攔沙壩距豐寧水電站攔河壩約3.2km，河谷寬度250m～ 450m.河床表層為粉土質(zhì)砂，土質(zhì)不均，存在液化、震陷的可能和不均勻沉降問題。據(jù)可研勘察資料顯示，當?shù)睾哟哺叱桃话銥?037m～1045m，庫水位在1048m～1050m之間。表層粉土質(zhì)砂厚度一般小于3m。下伏砂卵礫石層厚約21m～24m，基巖為灰窯子溝單元細?；◢弾r，兩岸弱風(fēng)化深度45m～70m，河床部位為45m～60m 左右。

近年來，在豐寧抽水蓄能電站下水庫上游約80km 處的西山灣水庫，以取水為主，下放生態(tài)流量較少，致使灤河河水流量明顯下降，再加上多豐鐵路施工，導(dǎo)致豐寧水電站上游生態(tài)環(huán)境破壞嚴重，植被明顯減少，且上游流域內(nèi)表層覆蓋層多為馬蘭期風(fēng)積濕陷性黃土，抗沖刷能力弱，很容易隨降雨及洪水流入河道內(nèi)，從而使河流泥沙攜帶量加大，在庫尾形成淤積?，F(xiàn)今河床高程已淤積到1045m～1048m，表層淤泥質(zhì)粉土現(xiàn)淤積厚度一般6m～13m，與2007年相比，淤積厚度增加3m～10m。

壩址區(qū)河床表層的淤泥質(zhì)土厚度為4m～8m，下伏砂卵礫石層厚約21m～24m，基巖為灰窯子溝單元細?；◢弾r。淤泥質(zhì)土主要以粉砂、粉粒為主，含有少量粘粒和膠粒；天然密度為1.56g/cm3～1.97g/cm3，塑性指數(shù)為9.2～33.2，數(shù)值變化較大。淤泥質(zhì)土力學(xué)性質(zhì)較差、土質(zhì)不均勻，存在地震液化問題，地基承載力為80kPa，作為攔沙壩壩基無法滿足大壩穩(wěn)定性、承載力及抗震等要求。（表1）

3.設(shè)計方案的確定及設(shè)計要求

依據(jù)場地的工程地質(zhì)條件，根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》DL5073-2000等國家及行業(yè)標準和規(guī)范，經(jīng)過比較、分析、計算及論證等，確定采用振沖法加固處理攔沙壩軟基，目的是提高攔沙壩壩基淤泥質(zhì)土的抗剪強度指標及抗變形能力，防止該層土發(fā)生地震液化。

表1 攔排沙系統(tǒng)土層物理力學(xué)指標建議值

壩坡穩(wěn)定計算采用剛體極限平衡法，堆石料抗剪強度采用非線性指標。由于壩基處為淤泥質(zhì)土，因此先計算壩體與壩基分界面的滑動，以確定振沖樁處理范圍，然后在壩基經(jīng)過振沖樁處理后計算壩體沿堆石體淺層的滑動。計算采用條塊間作用力的簡化畢肖普法（Simplified Bishop），其最小安全系數(shù)與相應(yīng)滑動面采用最優(yōu)化方法獲得。計算程序采用中國水利水電科學(xué)研究院編制的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析“STAB-2008”。振沖復(fù)合地基設(shè)計首先根據(jù)壩基不處理情況下的滑弧位置確定基礎(chǔ)處理范圍，然后根據(jù)基礎(chǔ)處理后的參數(shù)進行穩(wěn)定計算。

根據(jù)相關(guān)國家及行業(yè)標準和規(guī)范，經(jīng)計算和驗證，振沖法加固處理后復(fù)合地基要求：

（1）復(fù)合地基的承載力特征值大于250kPa；

（2）復(fù)合地基土體的等效內(nèi)摩擦角大于30°，等效粘聚力大于7.25kPa；

（3）復(fù)合地基具有抗地震液化能力。

根據(jù)以上設(shè)計要求及相關(guān)國家及行業(yè)標準和規(guī)范，振沖復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)為：

（1）振沖碎石樁直徑為1.2m，間、排距為1.5m，等腰三角形布置，深入砂卵礫石層1m；

（2）振沖碎石樁填料粒徑范圍20～120，級配滿足設(shè)計要求的包絡(luò)線；

（3）攔沙壩振沖碎石施工范圍為：上游至壩上0+074.7m,下游至壩下0+074.7m,左右兩側(cè)至淤泥質(zhì)粉土與基巖交界處；

（4）施工主要設(shè)備采用75kW 振沖器。

4.振沖碎石樁施工

（1）施工依據(jù)：

①《水電水利工程振沖法地基處理技術(shù)規(guī)范》DL/T 5214-2016；

②《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2012；

③《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001（2009年版）；

④《豐寧抽水蓄能電站攔沙壩壩基淤泥質(zhì)土處理振沖碎石樁試驗技術(shù)要求》；

⑤豐寧抽水蓄能電站攔沙壩振沖碎石樁布置圖；

⑥《豐寧抽水蓄能電站招標設(shè)計階段攔沙壩補充勘察報告》；

⑦相關(guān)設(shè)計圖紙及施工技術(shù)資料。

（2）施工工藝：施工工藝流程見圖1。

圖1 振沖樁施工工序示意圖

（3）施工參數(shù)：

工程施工采用BJ-75型振沖器，施工參數(shù)包括：

制樁電壓為380V（波動不超過±20V）；

加密電流90A；

留振時間10s；

造孔水壓0.4MPa ～0.6MPa，加密水壓0.3MPa ～ 0.5MPa；

加密段長度30cm ～50cm。

（4）施工中出現(xiàn)的問題及解決措施：

由于施工場地比較寬闊，施工區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，多個區(qū)域存在不同程度的硬夾層，左右岸的大部分區(qū)域深度在6m ～12m 之間，中間導(dǎo)流明渠區(qū)域深度為3m ～11m，都存在不同厚度的中粗砂及卵礫石層，孔口返砂明顯。

為保證工程質(zhì)量，遇到硬夾層時，通過多次上提、下放振沖器，適當加大水壓等措施，使振沖器逐漸沖過硬層，從而避免出現(xiàn)達到終孔條件的假象，以保證樁體的有效處理深度。

5.振沖碎石樁復(fù)合地基檢測

豐寧抽水蓄能工程下水庫攔沙壩振沖樁復(fù)合地基質(zhì)量檢測工作由中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司承擔(dān)，檢測內(nèi)容包括樁間土標準貫入試驗、樁間土室內(nèi)土工試驗、樁體密實度的重型（超重型）動力觸探試驗、復(fù)合地基靜載荷試驗、現(xiàn)場樁體材料室內(nèi)剪切試驗等。

根據(jù)相關(guān)規(guī)程、規(guī)范及招標文件的要求，振沖樁復(fù)合地基檢測工作量如表2所示。

豐寧抽水蓄能電站攔沙壩振沖樁復(fù)合地基檢測結(jié)論：

（1）根據(jù)標準貫入試驗錘擊數(shù)測定樁間土的密實度，其中樁6317、21888、6562、8548、21658樁間土的密實程度為中密；樁7982、8038、22682、22440、24150樁間土的砂土密實度為密實。

（2）樁體的動力觸探試驗的密實度檢測符合標書的密實度判斷標準，樁體密實。

（3）振沖樁試驗檢測樁復(fù)合地基承載力特征值滿足不小于250kPa 的設(shè)計要求。

（4）密度為1.89g/cm3的振沖樁樁體的粘聚力為197.53kPa，內(nèi)摩擦角為40.15°；密度為1.96g/ccm3的振沖樁樁體的粘聚力為210.27kPa，內(nèi)摩擦角為40.79°；密度為2.08g/cm3的振沖樁樁體的粘聚力為207.62kPa，內(nèi)摩擦角為41.33°。

（5）根據(jù)工程試驗經(jīng)驗，復(fù)合土體等效內(nèi)摩擦角大于30°，復(fù)合土體等效粘聚力大于7.25kPa。

6.振沖碎石樁復(fù)合地基評價

（1）由于工程場地地質(zhì)條件復(fù)雜，振沖碎石樁樁徑差異較大，在淤泥質(zhì)土層中樁徑達1.2m ～1.4m。

（2）經(jīng)中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司檢驗測試中心檢測,出具的《河北豐寧抽水蓄能電站振沖碎石樁復(fù)合地基質(zhì)量檢測報告》顯示：豐寧抽水蓄能電站振沖樁工程施工質(zhì)量全部滿足設(shè)計要求的各項技術(shù)指標。

（3）根據(jù)《水電水利基本建設(shè)工程單元工程質(zhì)量等級評定標準》第一部分土建工程，在施工結(jié)束后監(jiān)理工程師對該工程進行了驗收和評定，工程質(zhì)量達到優(yōu)良標準。

表2 復(fù)合地基檢測工作量