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        石虎塘航電樞紐工程泄水閘段地基固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

        2020-10-31 06:43:48楊秀榮熊暉
        水利水電工程設(shè)計(jì) 2020年1期
        關(guān)鍵詞:泄水閘基巖壩基

        楊秀榮 熊暉

        1 工程概況

        石虎塘航電樞紐是一座以航運(yùn)為主,兼顧發(fā)電等綜合利用的Ⅱ等大(2)型航電樞紐工程。工程正常蓄水位56.50 m,相應(yīng)庫容1.668 億m3,電站裝機(jī)容量120 MW,航道及船閘等級為Ⅱ級。樞紐主要水工建筑物按3 級設(shè)計(jì),次要建筑物按4 級設(shè)計(jì)。

        樞紐建筑物壩頂總長1 639.65 m,從左到右依次為左岸土壩、船閘、泄水閘、廠房、右岸連接壩段和右岸土壩,魚道和導(dǎo)排渠從右岸土壩穿過,二線船閘布置在左船閘的左側(cè)。其中泄水閘為開敞式,布置于河床中部,起止樁號為0+043.4—0+575.4 m,共23 孔,單閘孔凈寬20 m,閘底板建基高程41.00 m,采用寬頂堰型,堰頂高程46.70 m,工作閘門為露頂弧型鋼閘門,泄水閘前緣總長532 m。

        2 閘基固結(jié)灌漿的必要性及目的

        2.1 泄水閘段地質(zhì)條件

        泄水閘處河床高程44.00~47.10 m,表部為全新統(tǒng)沖積的砂及砂卵礫石層,松散-稍密狀,厚度一般3.9~9.6 m,左側(cè)河床略厚,右側(cè)較薄。下伏基巖主要為白堊系上統(tǒng)贛州群周田組第四巖組紫紅色厚層狀泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾薄層泥頁巖及第三巖組紫紅色厚層狀泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖、灰綠色中薄層粉細(xì)砂巖等,兩者中均發(fā)育有泥化夾層?;鶐r上部為全強(qiáng)風(fēng)化層,厚度1.0~2.9 m,弱風(fēng)化基巖頂板埋深4.7~15.3 m,相應(yīng)高程37.37~42.32 m。清基后壩基巖體主要為CⅣ類,透水性中等-弱,其主要工程地質(zhì)如下:

        (1)閘段河床砂卵礫石層滲透系數(shù)K=1×10-1~1.8×10-4cm/s,屬中-強(qiáng)透水層,松散-密實(shí)狀。全強(qiáng)風(fēng)化巖體因強(qiáng)度較低,透水率較大,亦應(yīng)清除。

        (2)弱-微風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖主要為CⅣ類巖體,其聲波縱波波速2 000~4 000 m/s,抗壓強(qiáng)度 5~15 MPa,完整性系數(shù)Kv=0.25~0.46,開挖至40.0 m 高程上下后的基巖主要為弱風(fēng)化巖體,可作為建基面。局部閘基分布有薄層泥巖等軟弱巖層,或局部強(qiáng)風(fēng)化巖體,可能產(chǎn)生較大變形量,需挖除至弱風(fēng)化巖面。

        (3)閘基巖體透水率一般小于10 Lu,若以q≤5 Lu 作為相對隔水層,則閘段相對隔水層頂板埋深6.2~29.3 m,相應(yīng)高程40.86~18.61 m。有兩處基巖透水率較大,一處為ZKZ4孔,透水巖體厚21.6 m,寬50~80 m,巖芯破碎。另一處為ZKZ6 孔,透水巖體厚約10 m,寬約50 m,裂隙發(fā)育,且多微張或張開。

        (4)閘址斷層多為壓扭性斷層,開挖中如發(fā)現(xiàn)斷層,采用開挖置換混凝土塞的處理措施,開挖深度為斷層寬度的1.5 倍,規(guī)模較大者,再進(jìn)行深部灌漿處理。

        (5)抗滑穩(wěn)定問題:壩基基巖中存在軟弱化泥化夾層,壩基巖體主要為(K2z4)巖組地層,未發(fā)現(xiàn)較大斷層通過。對影響抗滑穩(wěn)定的夾層,采用齒槽切斷,混凝土置換措施,以提高壩基巖體的抗滑穩(wěn)定性。

        2.2 固結(jié)灌漿的必要性

        根據(jù)泄水閘段地勘成果及處理建議,為了提高泄水閘地基的完整性和增強(qiáng)淺部防滲效果,對整個(gè)閘室段(全長532 m)地基進(jìn)行固結(jié)灌漿處理,灌漿孔距3.0 m,排距1.5 m,呈梅花形布置,孔深5.0 m。對于分布在局部的斷層破碎帶及軟弱夾層帶,灌漿孔距加密至2.5 m,孔深加深至8.0 m。

        2.2.1 改善建基巖體的完整性和均一性,降低不均勻沉降的風(fēng)險(xiǎn)

        閘基河床高程43.60~47.10 m,左岸為寬400~800 m 的高漫灘,灘面高程53.11~56.35 m,右岸為寬300~500 m的一級階地,階面高程52.00~56.00 m。

        閘基巖體主要為K2z5、K2z4的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖,其弱風(fēng)化基巖頂板高程37.37~42.32 m,弱風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rb=6.6~10.4 MPa,弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rb=8.5~15.3 MPa,均屬于軟巖。設(shè)計(jì)對閘室穩(wěn)定(淺層及深層)及基底應(yīng)力分別進(jìn)行了計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表1、2。

        表1 閘室穩(wěn)定(淺層抗滑、抗?。┘盎讐簯?yīng)力計(jì)算成果表

        表2 泄水閘深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

        由表1和表2可以看出,閘基底最大應(yīng)力276 kPa(特殊組合檢修工況),最不利抗滑穩(wěn)定工況安全系數(shù)1.76(深層抗滑檢修情況),計(jì)算結(jié)果尚能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范[1]要求并略有余度。

        從強(qiáng)度、波速成果分析,壩基巖體天然狀態(tài)下均一性較差,存在不均勻性沉降問題,且施工開挖時(shí)對局部巖體整體性也產(chǎn)生一定的影響和破壞,因此,實(shí)施固結(jié)灌漿是必要的。

        2.2.2 提高閘基礎(chǔ)淺部防滲效果

        石虎塘航電樞紐主要建筑物等級為3 級且為低壩,依據(jù)規(guī)范要求,采用q≤5 Lu 作為相對隔水層,則閘壩段相對隔水層頂板埋深6.2~29.3 m,相應(yīng)高程40.86~18.61 m。據(jù)現(xiàn)有鉆孔提示,閘壩區(qū)內(nèi)有兩處基巖透水率較大,一處為ZKZ4孔,透水巖體厚21.6 m,寬50~80 m;巖芯破碎另一處為ZKZ6孔,透水巖體厚約10 m,寬約50 m,裂隙發(fā)育。為減少壩基滲流量和壩基面的滲透壓力,壩基上游測設(shè)防滲帷幕1 道,帷幕深度按q≤5 Lu 線控制,孔距為2.0 m。

        本工程擋水高度僅10 m 左右,為了節(jié)省工程投資,加快施工進(jìn)度,縮短工期,不影響閘底板混凝土的澆筑,壩基礎(chǔ)沒有設(shè)帷幕灌漿廊道,結(jié)合泄水閘底板上游側(cè)齒墻基礎(chǔ)開挖形成一工作面,在上游0-000.5 處設(shè)一單排防滲帷幕。

        因閘底板內(nèi)沒有設(shè)帷幕灌漿廊道,工程蓄水后,一旦閘基防滲帷幕出現(xiàn)問題,有水時(shí)不具備檢修條件。通過對閘基范圍內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿,可以降低巖體透水率,增強(qiáng)防滲帷幕的安全儲備,對工程安全運(yùn)行具有一定的意義。

        經(jīng)初步概算,閘基范圍內(nèi)的固結(jié)灌漿投資約100 萬元,約占工程總投資22 億元的比例相對較小,結(jié)合已建工程經(jīng)驗(yàn),石虎塘航電樞紐工程對泄水閘基礎(chǔ)范圍內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿是非常必要的。

        2.3 固結(jié)試驗(yàn)灌漿布置

        工程閘基開挖后,首先在工程區(qū)內(nèi)選擇具有代表性地段進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)灌漿,通過試驗(yàn)驗(yàn)證固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)。

        2.3.1 固結(jié)試驗(yàn)灌漿區(qū)的選擇和試驗(yàn)孔的布置

        經(jīng)對泄水閘段的地質(zhì)條件分析,結(jié)合建筑物的布置,擬選兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)即ZKZ6 孔(A 區(qū))及ZKZ4 孔(B 區(qū))附近,地質(zhì)鉆孔孔位如圖1 所示,控制在泄水閘閘室段區(qū)域內(nèi),灌漿試驗(yàn)完畢后即可作為基礎(chǔ)處理的一部分。此兩試驗(yàn)場地分別代表軟化-泥化夾層(A 區(qū))及基巖透水率較大試驗(yàn)區(qū)(B 區(qū)),兩區(qū)分別測試試驗(yàn)前和試驗(yàn)后的巖體各物理力學(xué)指標(biāo)。通過對閘基固結(jié)灌漿,A 區(qū)重點(diǎn)檢驗(yàn)試驗(yàn)后巖體完整性的改善和提高,B 區(qū)重點(diǎn)檢驗(yàn)透水率的降低,對灌漿前后閘基巖體力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)測試和準(zhǔn)確記錄,對比試驗(yàn)前后各指標(biāo)的提高和改善:水泥固結(jié)后的巖心單軸抗壓強(qiáng)度、巖心RQD、巖體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、巖體聲波縱波速度vp、巖體完整性系數(shù)、巖體透水率等。

        A 區(qū)及B 區(qū)均選擇常規(guī)固結(jié)灌漿方法,各區(qū)內(nèi)布置灌漿孔及檢查孔共9 個(gè)(AG1-AG9)、(BG1-BG9),孔位布置如圖1 所示,灌漿試驗(yàn)工藝及技術(shù)要求遵循規(guī)程要求進(jìn)行。

        圖1 A、B區(qū)布置示意圖(單位:cm)

        2.3.2 選定的固結(jié)灌漿方案

        根據(jù)試驗(yàn)灌漿驗(yàn)證,泄水閘壩段地基固結(jié)灌漿處理方案設(shè)計(jì)是合理的:灌漿孔距3.0 m,排距1.5 m,呈梅花形布置,孔深5.0 m。對于局部壩基下部的斷層破碎帶及軟弱夾層帶,為增加閘基巖體的整體性,提高壩基的深層抗滑穩(wěn)定,灌漿孔距加密至2.5 m,孔深加深至8.0 m。

        2.3.3 固結(jié)灌漿效果

        采用巖體聲波測試和壓水試驗(yàn)對固結(jié)灌漿效果進(jìn)行評價(jià),要求巖體透水率不大于5 Lu。本工程固結(jié)灌漿實(shí)施后,經(jīng)檢測,固結(jié)灌漿后巖體的彈性波速均有大幅度提高,改善了巖體的完整性和均勻性,提高了建基巖體的質(zhì)量。

        3 結(jié) 語

        石虎塘航電樞紐最大擋水高度約10.0 m,屬于低水頭建筑物,泄水閘是工程重要組成部分,經(jīng)濟(jì)合理地選擇基礎(chǔ)處理方案,可以達(dá)到事半功倍的目的。本工程對泄水閘閘基進(jìn)行固結(jié)灌漿處理設(shè)計(jì)技術(shù)上可行,經(jīng)濟(jì)上合理。試驗(yàn)灌漿驗(yàn)證,經(jīng)固結(jié)灌漿處理后,顯著改善了建基巖體的完整性和均一性,降低了不均勻沉降的風(fēng)險(xiǎn)。

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