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1、 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
2、 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 310 mm,均匀性差,干密度小,仅为 1.34g/cm3。饱和固结 快剪 C28 kPa,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 1.66 g/cm3,姜石多,裂隙多,饱和快剪 C37 kPa,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 50 m3/h,主厂房建基面高程 486.8 m,副厂房建基面高 程 488.0m
3、,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 0.51.8 m,饱和、可塑、含零星钙质小结核,层底高程为 486.325485.025,黄土状壤土 下为 2.75.0 m 的砂砾石,中密、含卵石,粒径达 40 cm,砂砾石成份以砂岩、花岗岩、 石英为主,层底高程 481.325482.325。 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
4、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 0.51.8 m 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 1.63 g/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 0.51.8 m 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 0.51.8 m 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 0002.5 厂下 0009、厂左
5、0001.875厂右 0023.8,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)80120 mm15%;4080mm20%;2040 mm25%;520mm20%;5 mm20%。要求换填后的砂卵石干密度不能小于 2.15 t/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 2.0 m,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(2.15 t/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
6、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 2.222.34 t/m3 之间,超过了设计要求的密实度标准。 2.2 5#镇墩及尾水渠的基础处理 2.2.1 5#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 1.2 m,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 1.5 m;用砂卵石进行换填,砂卵石换填级配 及要求同主厂房
7、。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 3040 mm 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 514.0 m 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 488.3487.8 m 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
8、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 0.35 m;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 2.5 m 素土回填,再作 0.5 m 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 1
9、8.1%。 管床镇、支墩基础处理;对镇墩 2#、3#、4#、6#基础,统一超挖 1.1 m,全部用素土夯实 回填至建基面上,并做 10 cm 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 0.6 m,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
10、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 50 cm,在接茬 50 cm 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
11、实系统 c)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
12、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 80 m,宽 8.011.0 m 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 2.0 m)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
13、作以说明。 4.1 灰土井桩的设计 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。 fAUfvhNG 式中 A灰土井桩底的面积,m2; 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; 沿井深范围,不同土层的厚度,; fv桩周与土之间的摩擦力容许值,kN/m2; N上部荷载,kN; G灰土井自重,kN。 经计算灰土井桩顶面轴向力 N712 kN,承载力标准值取 155 kPa,容许承载力修正 ffkhb(b-3)bd0(d0.5) 15501.1204.5 254kPa 假设灰土井直径为 d1.5m,深度 5.0m,即 h5.0m 灰土井面积 A
14、d241.5241.77m2 周长 Ud4.4m 桩身自重 GAh51.7715133kN 则持力层以上总荷载 NG712133845kN 则灰土井桩的承载力: fAUfvh2541.5241.5175450400850 kN845kN 满足承载力要求。 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。 Nf 灰A f 灰为灰土的容许抗压强度,3:7 灰土,f 灰500 kPa;f 灰 A5001.524883 kNN712 kN。 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。