摘要：以实际工程为例，结合工程的特点拟定对砂卵石层地基和岩基建闸等处理方案，并根据下游防冲类型，对方案的可靠性、适用性以及施工条件等进行了综合对比，最终选定砂卵石层大开挖的方案对闸坝地基进行处理。
关键词：水电站闸坝；地基处理；设计方案；对比选择
中图分类号：TV743文献标志码：B文章编号：1007-9467（2015）12-0052-03
作者简介：库智亮（1979～），男，湖北新洲人，工程师，从事水利水电工程施工管理研究
1案例介绍
某水电枢纽工程正常情况下的蓄水水位为471.2m，水库正常蓄水位以下的库容总量为5823伊104m3，枢纽主要由冲砂闸、泄洪闸、河床式电站、库区防洪堤、船闸等工程构成，电站的总装机容量为30MW。工程使用全闸方案进行泄洪建筑物的施工，一共布置了13孔泄洪冲砂闸，各个冲砂闸孔的宽度为14m，溢流前缘的总宽度为233m，结合坝址地区的地质条件来看，坝基段覆盖厚度较大，河床中部覆盖层的深度达到了22m，砂卵石层都经过采砂扰动，不适合作为闸基的持力层。在对4种覆盖层的积极处理方案进行对比后，决定使用基岩建闸方案。
2工程地质存在的主要问题
在对坝址地质进行勘察后发现，在坝基段覆盖层的厚度比较大，并且在河床中间位置覆盖层的最大深度大约为23m，中上部大约有18m后的砂卵石层在采砂过程中被扰动，结构比较松散，只剩下厚度为5m左右的稍密层。松散的砂卵石层由于不均匀变形量比较大、承载力比较低、透水性比较强，不合适将其直接作为闸基持力层[1]。由于下部砂卵石密度稍大，中密层的厚度比较小，并且分布十分不稳定，如果将其作为闸基持力层，需要对稳定性进行考虑。在清除下伏基岩的局部强风化破碎岩体后，可以将其作为闸基持力层。
3拟定水电站闸坝处理方案
在水利枢纽工程中，闸坝是非常重要的一个组成部分，根据该工程卵砾层地基的基本特点，在对地基进行处理时，主要使用砂卵石层地基处理法和岩基建闸地基处理法。设定使用灌注桩刚性基础、大开挖基岩建闸、振冲挤密地基处理和增加闸室板长度四种施工方式进行对比，由于地基处理和闸室结构、防渗处理和下游消能防冲设施布置等密切联系，在设定方案时，要对方案进行综合考虑。
3.1灌注桩基础地基处理方案
在处理闸室地基时，首先要将底板底部高程454m上的砂卵石层挖除，然后对地基进行整平，并使用振动碾压机压实。闸板底部厚度为3m，在弱风化基岩中嵌入C25钢筋混凝土灌注桩，灌注桩的直径为1.2m，嵌入深度要在1m以上。顺水流方向桩边距为0.9m，桩之间的距离为3.15m，和水流方向垂直桩边距离为1m，桩排距为3.3m，一共设计了593根灌注桩。由于此方案使用嵌岩桩作为桩基础，荷载直接被传递到了基岩上。所以，要在闸底板上设置伸缩缝，闸室一共有13个孔，其中冲砂闸为3个孔、泄洪闸为10个孔。每一个孔的净宽度为14m，冲砂闸和泄洪闸沿轴线的总长度为223m，闸顶高程为475m，厚度为3m，顺流水向长度为27m。考虑到砂卵砾石层属于中等强透水层，因此要做好防渗处理，使用混凝土防渗墙+钢筋混凝土水平铺盖的方式作为结构的防冲、防渗系统，并且闸前钢筋混凝土要和混凝土防渗墙顶部的水平铺盖铰接，铺盖的厚度为2m，将其下部铺盖底层高程455m以上的砂卵石层挖除，对其进行整平后使用振动碾压设备压实。防渗墙使用C15混凝土浇筑，浇筑厚度为0.6m，要求防渗墙可以深入到强化基岩中1m左右，墙体的渗透系数要小于1伊10-6cm/s，允许渗透坡降大于60。使用底流消能的方式来进行下游消能防冲，在冲砂闸室的下游布设长度为54m、深度为3m、池底高程为453m的消力池，底板的厚度设置为2.5m，使用钢筋笼卵石海漫布置在消力池下游，要求水流方向海漫长度为50m，钢筋笼卵石厚度为1.5m。
3.2砂卵石层大开挖岩基建闸施工方案
3.2.1闸室地基的处理方式
使用挖除砂卵石层的方式进行施工，使用C15埋石混凝土作为闸底板基础，并将其放置在下伏弱风化的基岩上，为了保证基岩的变形模量、抗压强度、减小基岩的透水性、提高基岩的均匀性，要使用固结灌浆的方式对基岩进行处理，设计孔深为5m，各个孔之前的排距为3m，按照梅花形进行布置。
3.2.2布置闸室结构
结合基岩结构的构造特点以及岩基建闸的条件，在闸底板上布设伸缩缝，并在埋石混凝土基础上设置伸缩缝。闸室一共由13个孔，其中冲砂闸位3孔，泄洪闸为10孔，单个孔的净宽度为14m，冲砂闸和泄洪闸顺着闸轴线的总长度为223m，闸底板顶高程为457m，闸顶高程为476m，顺着水流方向和消力戽连接成一个整体
3.2.3防渗处理
下伏坝基岩体主要由粉砂质泥岩和砂岩组成，透水率在5Lu以下，通过在闸基范围中进行固结灌浆不仅可以使岩体的抗压强度和弹性模量提高，并且可以减小基岩的透水性。
3.2.4下游防冲消能
本方案使用连续式消力戽进行下游消能，将1:0.7的下游坡和堰顶半径4m圆弧段进行连接，消力戽的半径为6m，设计戽底高程为446.50m，挑坎挑角为45°，和下游护坦顶高度一致，下游河床高程455.3m处和护坦下游1:5的斜坡连接。对于斜坡段以及斜坡后部7.5m水平段55m范围使用厚度为1.5m的钢筋笼大卵石进行防护。
3.3加大闸室底板的长度
结合闸室基底应力以及闸室稳定的计算结果，在各个工况下基底的最大应力值为320kPa，基底的平均最大应力为290kPa，砂卵砾石层的承载力建议大小为200~240kPa，为了使基底应力的情况得到改善，沿水流方向长度将闸室底板长度增加30m，为了可以达到底板受力的基本要求，要适当增加闸墩[2]。计算得出，所有工况下基底的应力都可以达到地基承载的基本要求。并要求建基面挖除闸底板底部高程454m下3m厚的砂卵石层，然后使用级配良好的砂卵石进行分层碾压，直到达到建基高程。防渗处理措施和灌注桩基础地基处理方案一致。
3.4振冲挤密地基处理措施
拟定桩体直径为1m，各个桩的深度为17m，桩之间的距离为3m，按照梅花型进行布置，在进行处理时，要求整个上游、下游以及闸基的排孔要大于2~3个，结合河床砂卵石层的颗粒级配和不均匀系数，要求使用最大颗粒直径在100mm以内的砂卵石料作为填料。因为河床砂卵石层中沙的含量比较小，还需要进行现场生产性试验后才可以验证处理效果。结合结构构造的特点以及软基建闸的条件，为了防止地基出现不均匀沉降的情况，采用整体式结构进行闸室的设计，并在闸墩上设置伸缩缝。闸室一共布置了13个孔，其中冲砂闸3孔、中泄洪闸10孔。单个孔的净宽度为14m，除了河床右岸在厂房一侧为一单独的冲砂闸以外，剩下的都是两孔一联[3]。冲砂闸和泄洪闸沿轴线的总长度为235m，闸顶的高程为476m，沿水流方向的长度为27m,厚度为3m。下游防冲消能措施和防渗处理方式和灌注桩基础地基处理方案一致。
4方案对比
上述4个方案分别从可靠性、适用性、投资金额、施工条件等几个方面进行综合对比后证明，砂卵石层大开挖岩基建闸施工方案是将受到扰动的砂卵石层都挖除以后，在岩基上建闸，从闸基变形角度和防渗角度来看，此方案的可靠性最佳。根据本工程大开挖的实际情况，使用消力戽对下游进行消能，不仅可以节省施工量，而且有良好的消能效果。为了降低冲淤对下游厂尾水过流造成影响，对下游进行了防护处理。采用水工模型试验后证明，底流消能和戽式消能都可以达到设计要求，对工程负面影响小。根据施工条件来看，由于采砂后砂卵石含量低于10%，粗大颗粒比较集中，稳定性较差。而方案一、方案三和方案四在进行防渗墙施工和灌注桩施工时，容易出现塌孔的情况。护壁泥浆也容易出现渗漏，对施工工艺水平要求高。并且砂卵石层大开挖岩基建闸的施工造价小，因此建议使用此方案进行施工。
5结论
本工程在设计水电站坝地基处理方案进行设计时，综合考虑了闸室结构、下游消能防冲、防渗处理等方面因素，并根据施工现场的实际情况、工程的布置情况以及工程的投资情况进行了对比分析，最终选择施工最为可靠、投入资金最小的砂卵石层大开挖岩基建闸的方法进行施工。
参考文献
1水利水电规划设机电一体化论文计总院.水工设计手册[K].北京:中国水利水电出版社，2011.
2武汉大学水利水电学院.水力学计算手册[K].北京:中国水利水电出版社，2006.
3中国水利科学会地基与基础工程专业委员会.水利水电地基与基础工程技术[M].天津:天津科学技术出版社,2002.
作者：库智亮 单位：湖北大禹水利水电建设有限责任公司
