郭彩紅

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

高壓旋噴樁在淜頭水電站工程中的應用

郭彩紅

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

淜頭水電站工程修建于長治市平順縣北耽車鄉(xiāng)北耽車村上游大約400 m的濁漳河干流上，樞紐建筑物主要由左岸擋水壩段、右岸擋水壩段、水閘段等組成。因壩基存在多層低液限黏土夾層，強度低等問題，通過設計高壓旋噴樁可使地基承載力達到設計要求。

樞紐建筑物；地基承載力；高壓旋噴樁；淜頭水電站

1 工程概況

淜頭水電站樞紐位于北耽車村上游，距北耽車村約400 m，主要由左右岸擋水壩段、水閘段及左岸壩后引水式電站組成樞紐建筑物。垂直河道布置壩軸線，壩軸線長度212 m，其中左岸擋水壩段長度35 m（樁號0+000—0+035），水閘段長度152 m（樁號0+035—0+ 187），右岸擋水壩段長度25 m（樁號0+187—0+212）。沿順水流方向依次布置了鋼筋混凝土防滲墻、水閘閘室段、消力池段、海漫和防沖槽。壩址段地形較平坦，地面高程588～596 m，河谷寬160 m左右，主河床寬50 m左右。左岸岸坡較緩，右岸較陡。壩基地層巖性主要為：Q42pal低液限黏土、卵石混合土；∈2x-1巖組紫紅、豬肝色頁巖夾薄層灰?guī)r。閘室段基礎建議低液限黏土承載力標準值數值80～100kPa；卵石混合土承載力標準值數值為180～200kPa；∈2x-1泥質頁巖強風化層承載力標準值為300～500kPa，弱風層承載力標準值為750～850 kPa，F6斷層可能穿過壩基，在斷層帶附近易發(fā)生泥化，至使壩基承載力會明顯降低。

2 壩體穩(wěn)定計算

壩體穩(wěn)定計算分為抗滑穩(wěn)定計算和地基承載力計算。

2.1 壩體抗滑穩(wěn)定計算

壩體抗滑穩(wěn)定計算公式為：

式中：f——壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪摩擦系數，f=0.5；

∑W——作用于壩體上全部荷載對滑動平面的法向分值，kN；

∑P——作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，kN。

經計算，壩體抗滑穩(wěn)定安全系數滿足規(guī)范要求。

2.2 地基承載力計算

地基承載力計算公式為：

式中：∑M——作用于水閘基礎底面以上全部豎向和水平向荷載對于基礎底面垂直水流方向的形心軸的力矩，kN·m；

W——水閘基礎底面對于該底面垂直水流方向的形心軸的截面距，m3；

∑G——作用于水閘基礎底面以上全部豎向荷載之和，kN；

A——水閘底板底面積，m2。

計算結果見表1。

表1 壩基應力計算成果

經計算，最大應力發(fā)生在完建期的上游側，最大241 kPa。根據地質資料，基底允許承載力為180～200 kPa，小于完建期基底應力，因此需要對基底進行加固處理。

需注意的是，壩（閘）基中存在多層低液限黏土夾層，其強度低，且分布不穩(wěn)定，不適宜作為水閘地基，建議采用樁基處理。為解決地基承載力和夾層等地質問題，設計采用高壓旋噴樁基處理措施。

3 高壓旋噴樁設計

旋噴樁復合地基即以旋噴樁作為豎向增強體與樁間土再加上樁頂的墊層構成復合地基。高壓旋噴樁是利用鉆機鉆到設計樁底深度，然后用高壓泵用較高的壓力將水泥漿通過鉆桿端頭的特殊橫向噴嘴，高壓水平噴入土層將水泥漿與土體混合，形成連續(xù)搭接的水泥加固體。旋噴樁主要用于加固軟弱地基，提高土的抗剪強度，改善地基土的變形性質，使土體在上部結構荷載作用下，不至破壞或產生過大變形。高噴法通常采用水泥漿液，不會造成環(huán)境和地下水的污染，且耐久性較好；施工噪音較小，施工較簡便。高壓旋噴樁灌漿孔的排數、排距和孔距，主要取決于高噴體的直徑和長度范圍，可通過現場試驗和工程類比加以確定，高壓旋噴樁較適合本工程的地基加固，初擬樁徑1.0 m，間排距2.0 m進行計算。

單樁豎向承載力特征值計算公式為：

式中：Ra——單樁豎向承載力特征值，kPa；

up——樁的周長，取3.14 m；

n——樁長范圍內所劃分的土層數；

li——樁周第i層土的厚度，m；

qsi——樁周第i層土的側阻力特征值，kPa；

qp——樁端地基土未經修正的承載力特征值，kPa；

Ap——樁端面積，Ap=0.785 m2。

豎向承載旋噴樁復合地基承載力特征值，計算公式為：

式中：fspk——復合地基承載力特征值，kPa；

m——面積置換率；

Ra——單樁豎向承載力特征值，kPa；

Ap——樁的截面積，取0.785 m2；

β——樁間土承載力折減系數，取0.75；

frk——處理后樁間土承載力特征值。

樁基豎向承載力計算結果分析為：本階段選取斷面0+020樁基豎向承載力計算。斷面0+020處，樁長10 m，面積置換率為0.18時，復合地基承載力fspk=255.8 kPa。計算結果滿足基底應力要求，故取直徑1.0 m高壓旋噴樁，間排距2.0 m。

根據《水閘穩(wěn)定計算》，在各種工況下的地基承載力均小于樁基計算的地基承載力，因此，樁的布置較為合理。

4 結語

淜頭水電站樞紐場地因壩基中存在多層低液限黏土夾層，其強度低，且分布不穩(wěn)定，為解決地基承載力和夾層等地質問題，試驗檢測結果表明，高壓旋噴樁能夠滿足設計要求，提高地基承載力。通過對樞紐基礎地基的成功處理，表明采用高壓旋噴樁對解決地基承載力不夠及地質夾層問題是合理有效的，具有施工方便、工期短、造價低等特點，因此可向其他工程推廣應用。

TV742

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1004-7042（2016）12-0030-02

郭彩紅（1979-），女，2006年畢業(yè)于華北水利水電學院水利水電工程專業(yè)，工程師。

2016-10-09；

2016-11-21