魏家堡水电站地基处理技术MicrosoftWord文档

魏家堡水电站地基处理技术-刘贵雄，陈林枫（陕西省宝鸡峡管理局，陕西咸阳712000）摘要：针对魏家堡水电站复杂多变的地质情况，通过采用传统的素土、灰土垫层对黄土状壤土进行了处理，并辅之于平钻排水等工程措施，主厂房的砂卵石换填和综合楼灰土井桩基础也是针对特定的基础而定。尾水渠的底板处理方案可供地下水位较高的渠道工程施工借鉴。关键词：水电站；地基处理；砂卵石换填；素土换填；灰土井桩1工程地质概况魏家堡水电站枢纽建筑物基础，全部座落在老滑坡体上，滑坡体中后部为扰动的黄土状壤土。前池基础位于黄土状壤土上，受滑坡地质作用及现代人为因素扰动，土性变化大，坑深TK1及TK12相距仅30m，差异就十分显著，黄土状壤土中，夹有大量的锈斑、腐植质，且孔隙、裂隙较多，孔隙达3～10mm，均匀性差，干密度小，仅为1.34g/cm3。饱和固结快剪C＝28kPa，Φ＝22.9°。管床基础位于滑坡堆积的黄土状壤土夹古土壤中，干密度变化较大，最大为1.66g/cm3，姜石多，裂隙多，饱和快剪C＝37kPa，Φ＝23.8°，其中5#镇墩基础位于地下水位以下。滑坡体前部为砂砾石层及中细砂土，为主副厂房基础所在。厂区地下水位高程490m，基础涌水量层，并夹有砂壤土及粉质壤50m3/h，主厂房建基面高程486.8m，副厂房建基面高程488.0m，主厂房基础局部位于砂砾石层上，大部分为扰动的黄土状壤土，厚度不一，为0.5～1.8m，饱和、可塑、含零星钙质小结核，层底高程为486.325～485.025，黄土状壤土下为2.7～5.0m的砂砾石，中密、含卵石，粒径达40cm，砂砾石成份以砂岩、花岗岩、石英为主，层底高程481.325～482.325。2砂卵石换填技术2.1主厂房基础处理针对地基的复杂性、多变性、不均性，在基础开挖至设计高程后，结合已暴露的地质情况，为了更确切的确定基础承载力，在主厂房地基上进行了动力触探和标准贯入度试验。各层地基土承载力见表1。2.1.1处理方案基坑开挖后，发现厂房建基面以下的地质情况变化很大，尤其是主厂房建基面下黄土状壤土与砂砾石层呈“鸡窝状”分布，极不均匀深度0.5～1.8m不等。当时有两种意见：一种是基础置于该土层上，无须挖除换填，因为该黄土状壤土干密度达1.63g/cm3，较密实坚硬，认为承载力可以满足要求；另一种意见是彻底挖除0.5～1.8m厚的不均一层，并以砂卵石换填，使基础全部置于砂卵石上，可以大大减少厂房的不均匀沉降，为了确定合理的处理方案，业主先后请西北院、水利厅的专家进行了咨询，最后决定，全部挖除0.5～1.8m的不均一层，采用砂卵石换填方案对主厂房基础进行处理。处理范围为厂上0＋002.5～厂下0＋009、厂左0＋001.875～厂右0＋023.8，深度以挖至均一砂卵石层为止。采用五级配砂卵石，其级配为：（重量比）80～120mm∶15%；40～80mm∶20%；20～40mm∶25%；5～20mm∶20%；＜5mm∶20%。要求换填后的砂卵石干密度不能小于2.15t/m3。2.1.2检测结果魏家堡电站主厂房地基转换处理，总厚度约2.0m，共分11层回填夯实完成；平均每层压实厚度约18cm。在对其转换质量检测中，共检测砂卵石垫层压实后干密度67个点，其中62个点的干密度大于设计标准（2.15t/m3），一次性检测合格率为92.5%，对其中的5个不合格点，经返工继续夯实后，复检均达到设计标准，复测合格率为100%；经计算，每层干密度平均值在2.22～2.34t/m3之间，超过了设计要求的密实度标准。2.25#镇墩及尾水渠的基础处理2.2.15#镇墩的地基处理5#镇墩及49#～60#支墩的地基处有地下水出露，开挖后基础不同程度积水，特别是5#镇墩，积水深度达1.2m，处理方法是：降低水位挖换填砂卵石。首先是降低水位。在5#镇墩上下游开挖降水井4个，并及时抽排，以降低水位，并在靠5#镇墩附近挖集水坑，排水使水位下降至建基面以下。其次是砂卵石换填。为了保证基础安全，超挖1.5m；用砂卵石进行换填，砂卵石换填级配及要求同主厂房。换填时针对黄土软基，先铺一层无纺土工布，以防止泥石混合，其上密摆30～40mm的卵石一层，再灌入砂卵石，并用振动夯使其密实，其余1.2m用砂卵石回填处理。这种方法在一些高等级公路路基的处理中常常见到。此外，为了有效地降低排除地下水，在5#镇墩下游约40m处，增加平钻排水措施，在514.0m高程处共钻水平孔5个，从而使5#镇墩及附近支墩基础内的水位下降至建基面以下，保证了基础安全。2.2.2尾水渠的淤泥地基处理尾水渠底板基础高程约488.3～487.8m之间，处于地下水位以下，底板以下全部为淤泥质土，要全部挖除，工程量太大，施工难度也大，基础采用砂卵石换填进行处理。砂卵石换填处理：施工时，较设计高程超挖淤泥0.35m；在其上先铺土工布一层，再作35cm厚砂卵石垫层，振动夯振动密实，其上再作混凝土底板，这种处理方法简单、经济、省事。电站运行一年的情况证明，效果良好。3素土（灰土）换填技术3.1处理方案前池基础处理，原设计图为灰土挤密桩，施工因设备问题，成孔困难，后经与设计院协商采用换土垫层处理，即将建基面下超挖3.0m，作2.5m素土回填，再作0.5m的3:7灰土垫层，为了保证质量，开工前作了击实试验，为换土垫层施工提供了科学依据，如图1所示。最大干密度1.67g/cm3，最优含水率18.1%。管床镇、支墩基础处理；对镇墩2#、3#、4#、6#基础，统一超挖1.1m，全部用素土夯实回填至建基面上，并做10cm混凝土垫层。其上再作镇墩结构。支墩处理同镇墩，仅超挖深度不同，为0.6m，其余完全相同。3.2施工要点(1)在填土前，应先清除地基上的树根、淤泥、耕植上层、杂物和要求深度范围内的软弱土层，排除积水，以保证正常施工和防止边坡遭受冲刷。(2)换填土料一般选用粘土，有机物含量不得超过5%，土料中不得夹有砖、瓦、石块。土料含水量，应控制在最优含水量18.1%±2%的范围内，最优含水量是通过室内击实试验确定的，当含水量过大时，采用晒干或风干法降低；当含水量小于最优含水量时，洒水湿润，或提前蓄水浸泡。(3)填土应从最低处开始进行整片分层回填夯实（或碾压），不应任意分段接缝。(4)整个换填采用大面积装载机铺土，用80P推土机碾压，每碾压完一层，表面应采用人工或推土机拉毛，然后继续回填，当土层表面太干时，应洒水湿润方可继续回填，以保证上下层良好结合。夯实必须夯迹叠合一半。机械碾压不到的边角部位，用人工或小型夯实机械配合夯实。上下相邻土层接茬应错开，其间隔距离不小于50cm，在接茬50cm范围内应增加碾压遍数。(5)填土分层碾压的铺土厚度和碾压遍数，一般根据选择的碾压机具和设计要求的密实度（或压实系统λc）机械现场碾压试验确定。结合击实试验资料，最后确定用推土机碾压4遍，再做质量检测。(6)施工中分层铺平的土料，必须当日碾压完毕，不得隔日碾压。如遇下雨，表面及时用彩条塑料布覆盖，以防止雨水浸泡填土层。(7)垫层施工完毕，应立即进行下道工序砌石施工，以防雨水或施工用水浸入填土地基，使基土扰动。如不能很快进行下道工序时，应有防止垫层受水浸泡或晒裂的措施。4灰土井桩技术灰土井桩是利用人工在土中成孔，孔中分层填入3:7或2:8灰土，经分层夯实的桩体与桩间挤密土组成的复合地基，是处理深层湿陷黄土和人工回填土的有效方法之一，其主要功能是：提高地基承载力，减少地基沉降量，消除地基湿陷性，增强地基稳定性。其优点是技术可靠、工作面多、工期短、施工简单、就地取材、费用较低等特点，是地基处理的一种传统方法。电站综合楼位于508平台，开挖前曾经开挖了两个竖井，发现土质情况尚可，但大开挖后发现墓穴较多，在总长共80m，宽8.0～11.0m的范围内达30多个墓穴，有些已经挖除，但有些深层墓穴处理难度较大，综合考虑后，对三层砖混结构无集中荷载的地基范围内的（浅层2.0m）墓穴全部做挖除并回填处理，其余按原设计进行，即为条形砖基础，对两层框架结构的独立基础，考虑竖向荷载较大将原设计的独立台阶基础修改为柱下灰土井桩基础。下面对其设计情况作以说明。4.1灰土井桩的设计①灰土井桩单桩基础的承载力，为简化计算，假定摩阻力沿灰土桩长均匀分布。fA＋Ufvh≥N＋G式中A——灰土井桩底的面积，m2；ｆ——经深度修正后，井底处地基土的容许承载力，kPa；U——灰土井桩平面周长，m；ｈ——沿井深范围，不同土层的厚度，ｍ；fv——桩周与土之间的摩擦力容许值，kN/m2N——上部荷载，kN；G——灰土井自重，kN。经计算灰土井桩顶面轴向力N＝712kN，承载力标准值取155kPa，容许承载力修正f＝fk＋hb（b-3）＋bdυ0（d－0.5）＝155＋0＋1.1×20×4.5＝254kPa假设灰土井直径为d＝1.5m，深度5.0m，即h＝5.0m灰土井面积A＝πd2／4＝π×1.52／4＝1.77m2周长U＝πd＝4.4m桩身自重G＝υAh＝5×1.77×15＝133kN则持力层以上总荷载N＋G＝712＋133＝845kN则灰土井桩的承载力：fA＋Ufvh＝254×π×1.52／4＋π×1.5×17×5＝450＋400＝850kN＞845kN满足承载力要求。②灰土井桩基础，在满足地基承载力的前提下，尚应按下式验算桩身的抗压强度。N＜f灰·Af灰为灰土的容许抗压强度，3:7灰土，f灰＝500kPa；f灰A＝500×π×1.52／4＝883kN＞N＝712kN。所以桩身强度亦满足要求，不须验算变形，详见图2。5结束语要切实查明建筑物的地质情况，尤其是重要建筑物。否则开挖后如地质情况不符，可能要影响工期，对滑坡体、河床地基等要考虑到地基地质的多变性、复杂性。在查清的基础上，提前拟定几套处理方案，对建筑工程是十分必要的，这样可以做到未雨绸缪，临阵不乱，保证工期。