肖麗華

湖南省瑞大工程建設(shè)有限公司 湖南長沙 410000

1 案例基本概況

某水電站設(shè)計(jì)有三臺(tái)水力發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)到了7500kW，年發(fā)電量為2630萬kW.h。該電站的有效運(yùn)行不但能夠大大緩解所在區(qū)域的用電緊張問題，同時(shí)也對于城市供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖等具有重要作用。但是由于此水庫處在河流中游，所以壩址存在比較厚的覆蓋層，嚴(yán)重影響到大壩的建設(shè)。由于覆蓋層的地質(zhì)情況較為復(fù)雜，涉及到的范圍較大且厚度較大（超出了40m），很難對其全部清除，經(jīng)過分析后采取的處理方案為：對于心墻位置232m高程之下的壩基實(shí)施清除，對于其他的基建面通過振沖碎石樁實(shí)施加固處理[1]。

2 振沖碎石樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案

2.1 振沖碎石樁復(fù)合地基加固基本原理

較為松散的砂土在工程施工時(shí)容易受到外力影響而產(chǎn)生地基液化，所以對于此種地基條件可以通過振沖碎石樁的方法對其進(jìn)行加固處理。通過碎石樁的作用能夠?qū)χ苓厴扼w形成非常大的橫向壓力，此種壓力就會(huì)對砂層造成擠壓，從而降低砂層之間孔隙率，提升砂層的密實(shí)度。隨著載荷的循環(huán)作用，地基飽和松散砂土?xí)掷m(xù)性收縮，從而提升土體的密實(shí)度，在沒有排水的情況下會(huì)引發(fā)超靜水壓力較大提升。但是在碎石樁的樁孔內(nèi)部填筑滲透性較強(qiáng)的碎石材料，能夠建立起豎直方向的排水通道，以此來減小孔隙水壓力，能夠避免形成地基液化，從而提升地基配水固結(jié)效果。

2.2 振沖碎石樁加固方案設(shè)計(jì)分析

該水電站所在河壩區(qū)域的覆蓋層范圍非常廣泛，并且厚度相對較厚（一般都在20m以上，最大厚度超過了40m），很難完全對其進(jìn)行清除。所以為了提升加固方案的綜合效益，該工程中對于心墻位置232m高程之下的壩基實(shí)施清除，對于其他的基建面通過振沖碎石樁實(shí)施加固處理。

第一，本工程中應(yīng)用振沖碎石樁進(jìn)行加固處理的區(qū)域是攔河壩右岸壩基的覆蓋層，通過振沖碎石樁的應(yīng)用能夠使得碎石和基礎(chǔ)土碎石相融合而形成復(fù)合型地基，此種地基能夠有效提升壩基基礎(chǔ)的承載能力，可以大大降低基礎(chǔ)沉降對于壩體的影響。同時(shí)也要對出庫口邊坡實(shí)施振沖加固處理，加固可以按照大壩上游高程235m以及255m分平臺(tái)進(jìn)行，可以和已有壓腳綜合作用來提升水電站庫內(nèi)岸坡穩(wěn)定性。根據(jù)本工程的實(shí)際情況，將振沖碎石樁樁體設(shè)置為正三角形，將孔距以及排距設(shè)置為2m。為了能夠提升振沖碎石樁的有效性，需要確保其深度能夠下覆到基巖的分界線。針對本工程的實(shí)際情況，振沖碎石樁的具體參數(shù)如表1所示。在實(shí)際施工時(shí)采取的是從下到上開挖施工平臺(tái)的方式來進(jìn)行。

3 振沖碎石樁壩基處理效果分析

為了驗(yàn)證該厚覆蓋層壩基通過振沖碎石樁處理后的效果，本文通過有限元分析的方式確定壩體、防滲墻等變形情況。

3.1 有限元計(jì)算模型分析

第一，本文主要通過ANSYS軟件來建立水電站防滲墻風(fēng)化料壩模型。為了能夠進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，需要對其進(jìn)行方向的設(shè)定，具體為：X軸—將順流

指向下游的方向設(shè)定為正方向；Y軸—將壩軸線指向左岸的方向設(shè)定為正方向；Z軸—將豎直向上的方向設(shè)定為Z軸的正方向。

第二，對于模型實(shí)施空間六面體八節(jié)點(diǎn)單元的網(wǎng)格劃分，對于模型的壩體以及地基實(shí)施離散之后能夠得到25675個(gè)計(jì)算單元以及36786個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)；設(shè)定的邊界條件為：對于壩基地面進(jìn)行固定約束，對于模型的右岸方向進(jìn)行簡支約束，對于地基上下游方向進(jìn)行簡支約束，其他方向設(shè)定為自由邊界。為了能夠得到有效的振沖碎石樁的加固效果，本文主要對振沖碎石樁加固地基以及未加固地基分別實(shí)施數(shù)值的模擬分析，通過兩者的對比分析就可以得到振沖碎石樁對于地基加固的作用效果。

3.2 竣工蓄水期計(jì)算結(jié)果分析

第一，壩體應(yīng)力變形計(jì)算結(jié)果分析。通過上述建立的模型對于該水電站竣工蓄水期的壩體應(yīng)力變形情況進(jìn)行分析，分別模擬振沖碎石樁加固地基以及未加固地基情況下壩體應(yīng)力變形情況，所得結(jié)果如表2所示。

從表2所得結(jié)果可知，相對于未加固地基的情況來說，通過振沖碎石樁加固地基后在竣工期以及蓄水期壩體變形有了明顯的降低，特別是在竣工期以及蓄水期壩體的沉降位移、水平位移以及大主應(yīng)力等都出現(xiàn)了非常明顯的下降，所以可以判定振沖碎石樁加固地基能夠有效控制大壩壩體的位移變形[2]。

表2 竣工蓄水期壩體應(yīng)力變形模擬計(jì)算結(jié)果

3.3 大壩長期變形特征計(jì)算結(jié)果分析

第一，為了能夠深入分析了解振沖碎石樁對于地基的加固效果，需要對大壩的長期變形情況實(shí)施模擬分析計(jì)算。該水電站所處水庫大壩主要通過砂板巖風(fēng)化料實(shí)施填筑，在充分考量流變、濕化等因素對于大壩影響的基礎(chǔ)上，通過有限元計(jì)算的方式對于振沖碎石樁未加固地基、加固地基兩種不同方式的大壩壩體變形情況實(shí)施分析，能夠得到壩體斷面長期變形條件下沉降位移變化曲線、壩體上游向位移變化曲線以及壩體下游向位移變化曲線。

第二，該水電站大壩壩體沉降量在初期會(huì)隨著時(shí)間的積累而變大，但是在一年之后沉降量基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過以上兩種曲線對比可知，同個(gè)時(shí)間點(diǎn)上通過振沖碎石樁對于地基進(jìn)行加固之后大壩壩體沉降量有了非常顯著的下降。這就表明在長期流變情況下，對于壩體地基實(shí)施振沖碎石樁加固處理后能夠有效抑制壩體的沉降變形，對于提升壩體的穩(wěn)定性具有重要作用。

第三，該水電站大壩壩體上下游方向水平位移在初期會(huì)隨著時(shí)間的積累而變大，但是在一年之后水平位移基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過以上兩種曲線對比可知，同個(gè)時(shí)間點(diǎn)上通過振沖碎石樁對于地基進(jìn)行加固之后大壩壩體水平位移有了非常顯著的下降。這就表明在長期流變情況下，對于壩體地基實(shí)施振沖碎石樁加固處理后能夠有效抑制壩體的水平位移變形，對于提升壩體的穩(wěn)定性具有重要作用[3]。

表1 振沖碎石樁的參數(shù)

4 結(jié)語

本文主要以某水電站為例提出利用振沖碎石樁處理厚覆蓋層壩基處理的相應(yīng)方案，同時(shí)利用有限元分析的方式對于振沖碎石樁加固地基以及未加固地基分別進(jìn)行了分析計(jì)算，通過結(jié)果可知振沖碎石樁加固處理對于沉降量、位移等具有非常顯著的作用，有利于提升壩體穩(wěn)定性。