电站地基的处理方案,电站基础防渗设计

按照SL266—2001《水电站厂房设计规范》第3.4节有关要求,电站厂房地基处理后必须符合下列要求：①具有足够的强度,以满足承载力的要求；②满足厂房抗滑稳定和变形控制要求；③满足防渗及渗透稳定性的要求；④防止在水的长期作用下地基岩石土体性质发生恶化。

4.3.1　电站基础防渗设计

在电站基坑开挖过程中,发现电站坝段地基主要为上第三系泥岩类、粘土类、中细砂和第四系砂砾石地层。上第三系地层成岩差、强度低、在水平和垂直方向上相变大,具有土—软岩的性质,地层中构造发育,产状变化大,接触关系复杂。砂层为透水层,而粘土岩为相对隔水层,形成了比较复杂的水文地质条件。如不处理,蓄水后可能形成局部承压水,导致渗透变形和集中渗漏等问题。

坝基垂直防渗型式,比较了高压旋喷墙、塑性混凝土防渗墙和混凝土防渗墙三种型式。从国内高压旋喷灌浆防渗墙和塑性混凝土防渗墙的应用情况来看,主要用于围堰临时挡水工程,或水库的除险加固,用于主体永久工程的尚不多见,而混凝土防渗墙用的则比较普遍,因此从工程安全考虑,决定用混凝土防渗墙。

根据电站坝段地基渗透性稳定要求,在电站坝段设置了┏┓型防渗墙,纵向防渗墙在底板下沿坝轴线通长布置,横向防渗墙(顺水流方向)在电站底板两侧垂直坝轴线布置,长64.3m。防渗墙厚度为0.6m,深度为30.0m,为悬挂式设计。

按照上述防渗墙布置,设计分别采用了二维渗流和三维渗流计算,从计算结果看,各工况下水平段和出口段的渗流坡降均小于允许坡降,满足渗流要求。

4.3.2　电站地基处理

电站地基处理的目的是为了提高局部软弱岩层的地基承载力和变形模量,增强地基的整体性,减少厂房地基的沉降量和差异沉降。设计比较了固结灌浆加固方案、钢筋混凝土桩方案、高压喷射注浆法和素混凝土桩法4种方案。固结灌浆方案经过现场试验,可灌性很差,予以否定；钢筋混凝土桩方案工期长、造价很高、不经济；高压喷射注浆法对于西霞院电站地基的复杂地层,无法达到设计预想的处理效果；素混凝土桩复合地基可充分发挥桩间土的作用,尤其在场地土承载力较高的情况下,效果更为显著,同时施工质量较易控制,适用于对承载力及环境要求较高的工程,且造价低。通过以上分析设计最终确定采用素混凝土桩对西霞院电站坝段进行复合地基处理。

4.3.3　素混凝土桩布置(www.xing528.com)

素混凝土桩的布置,主要是针对电站地基上下游应力集中部位和局部承载力较小的地层,同时兼顾在防渗墙施工中对周围地层扰动的加固处理。素混凝土桩设计如下：

(1)桩体直径的确定：考虑西霞院地基软硬相间,从减小对于地基土的扰动来看,应确定较大直径的桩,设计原考虑采用1.2m直径的桩,现场为此曾经进行了3根桩试验,存在施工进度慢和塌孔严重的情况,经过综合考虑设计最终选定素混凝土桩桩径为0.8m。

(2)桩体间距的确定：西霞院地基的处理原则是按照局部加强、疏桩布置的原则设计,考虑疏桩的布桩机理一般是不小于6倍的桩径,故采用6倍桩间距布置。

(3)桩体深度的确定：根据坝基不同的地质情况及基底应力的不同,分区计算不同区域的桩体长度,同时考虑防渗墙施工对地层的扰动,最终确定防渗墙两侧桩长为30m；距上游防渗墙和左右侧防渗墙的第二排桩长为25m,其他区域桩体长度为15.0m和20.0m,详见图1。4.3.4　构造措施

图1　素混凝土桩平面布置图

(1)结构措施：①对所有桩体采用后灌浆技术,根据桩体长度不同布置后灌浆管；②为了解决F13断层可能造成承压包作用,在基础下部A、B区之间铺设两道2m宽0.2m厚的碎石垫层,跨越F13断层向下游延伸2.0m。

(2)为了避免素混凝土桩的桩顶应力集中,在桩体上部设置200mm厚的碎石垫层,具体要求如下：①砂砾料中不应含有耕(殖)土、淤泥质土和其他杂物,有机质含量不应大于3%；②砂石垫层中采用级配混凝土砂石料,砂石料粒径级配为0～5mm、5～20mm、20～40mm和40～80mm 4种,上述4种级配分别占全重的25%；③对于砂石垫层,应进行颗粒级配掺合试验,以达到较大的干密度,碾压后密实度大于0.97。

(3)桩基施工措施：①桩基施工平台设置在94.8m高程,距建基面深度为3.0～5.0m,避免泥浆和设备移动对建基面的扰动；②在基础开挖及桩基施工过程中,在基坑周围设降水井点,同时在厂房基坑内增设水位观测井,确保防渗墙、素混凝土桩及电站建基面开挖过程中,能严格控制地下水位低于建基面1.5m,以确保基坑开挖及桩基施工中能做到对原地基扰动最小。