粉細流沙質基礎置換處理淺析

王 強

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 工程概述

龍頭石水電站位于大渡河中游石棉縣境內，壩址位于安順場上游約10 km處，上游與大崗山水電站銜接，下游與老鷹巖水電站銜接，為大渡河干流調整規劃推薦22級開發方案中的第15級電站，裝機容量700 MW(17.5 MW×4臺)。電站樞紐工程由瀝青混凝土心墻堆石壩、左岸引水發電系統和左岸三條泄洪洞等建筑物組成。

地面廠房布置在壩下游側左岸岸坡。廠區建筑物包括廠房、主變室、控制樓、尾水平臺、尾水渠、進廠公路及回車場等。尾水平臺總長131.56 m，高38.18 m，寬21.47 m；尾閘墩總寬度為25.27 m，尾水平臺上設置尾水閘門啟閉移動式門機。

2 工程地質情況

根據施工設計藍圖，尾水平臺基礎座落在花崗巖基礎上，3#機尾水平臺閘墩外邊緣座落在砂卵石基礎邊緣。在開挖施工中發現1#、2#機及3#機中墩左側基礎均座落在基巖基礎上；3#機中墩右側至4#機左側邊墩基巖出露呈山體內凹形狀，巖面光滑，垂直向下深切，為典型的沖擊凹槽，局部出現倒懸，沙層均為粉質細沙層，經振動、擾動后沙層出現液化，呈流態狀。經過設計單位進行地質補充勘探，查明粉質細沙層為沖擊坑內的沉積物，與古河床左岸邊坡基本呈垂直切割。從尾水平臺建基面往下30 m左右至基巖，尾水平臺范圍主要分布在3#閘墩中墩至右側閘孔，在右側邊墩結束，深入閘墩5.5 m左右。

3 粉質細沙基礎處理方案

根據粉質細沙層地質情況以及工程施工的實際情況，若全部將沙層開挖掉，將無法滿足施工總進度和施工布置要求。為了實現工程施工總進度目標，在確保工程安全的前提下，采用開挖部分粉質細沙層而改用換填大塊漂卵石(開挖換填5 m深)；采用固結灌漿加固部分沙層并換填漂卵石層(固結灌漿深度10 m)、調整3#尾水平臺中墩至右側邊墩間的底板鋼筋、增加懸臂挑梁鋼筋的處理方案進行處理。

3.1 粉質細沙的開挖處理

粉質細沙層在反鏟開挖時發生液化，裝車后粉質細沙在車內呈液態狀。由于處于基坑最低處且因運渣施工通道坡度較陡，汽車爬坡時呈液態狀的粉質細砂從汽車后擋板流出，汽車基本無法運輸。為了解決粉質細沙液化不能裝車、運輸難的問題，采用級配石渣進行回填，將石渣塊徑控制在30 cm以下，石渣粒徑搭配基本均勻，石渣回填后，采用液壓反鏟將石渣與粉質細沙拌合均勻。為了盡量降低滲水位，在換填開挖區外先開挖低于換填開挖深度的排水坑，將粉質細沙層中滲出的水排出。采用該方法多次回填、拌合、挖出，將粉質細沙層開挖至設計要求的深度。在開挖至建基面時曾出現過泉涌，涌水高度大約為1 m左右，涌水帶出了大量的粉質細沙。為了防止涌水帶沙危及尾水渠底板基礎，采用了反壓鵝卵石，利用反鏟斗向下錘壓壓住泉涌，然后再回填石渣將粉質細沙混合后挖除至建基面的方式進行處理。

3.2 基礎換填處理

粉質細沙層開挖至設計高程后，根據設計要求采用大塊徑漂卵石進行回填，漂卵石塊徑為30 cm左右，在河灘上專門挑選，采用分層回填的方式并將回填厚度控制在50 cm左右。由于開挖回填地為低坑，漂卵石換填及碾壓僅能靠反鏟進行。采用自卸汽車將漂卵石、塊石運至回填部位附近，利用反鏟倒至回填坑內分層鋪填，每鋪填一層用反鏟斗夯實，每層夯實的程度應達到液壓反鏟在回填料上行走無明顯的沉陷和粉質細沙翻出即可，回填至尾水平臺基礎齒槽高程。

3.3 基礎板配筋的修改

在原設計藍圖中，與尾水渠相交部位為齒槽，當粉質細沙基礎進行換填后，回填高程直至基礎齒槽頂部高程，導致齒槽被取消。若采用原配筋方式施工，尾水渠外沿齒槽部位受力不利，極易造成基礎不均勻沉降而拉裂尾水平臺。因此，在處理方案中，主要考慮減少換填基礎承載荷載，在配筋上增加荷載傳遞鋼筋，將荷載傳至基巖面上。修改鋼筋的范圍主要為3#尾水平臺中閘墩至右閘墩的底板配筋。取消了原設計底板的齒槽鋼筋，增加了一層底板鋼筋并將其布置在底板齒槽高程、伸至基巖面基礎內，所增加的底板鋼筋規格為：φ32@200 mm，縱橫布置。將原設計的底板下層鋼筋仍布置在原設計高程，將原伸入的齒槽鋼筋延伸至外邊沿，將鋼筋規格調整為φ32@150 mm，縱橫布置。將底板面層分布鋼筋φ22調整為φ32@150 mm。增加底板傳力鋼筋，傳力鋼筋規格為：φ32@150 mm，縱橫布置，傳力筋伸入基巖面基礎5 m。鋼筋調整情況見圖1、2。

圖1 原設計方案鋼筋圖

3.4 粉質細沙換填基礎固結灌漿

圖2 調整后的鋼筋布置圖

將3#尾水平臺基礎固結灌漿深度由原來的8 m調整為10 m，灌漿孔間距為2 m，梅花型布置。底板鋼筋布置了3～4層，固結灌漿孔在澆筑混凝土時在混凝土內預埋了φ110鋼管，預埋鋼管伸出下層鋼筋。固結灌漿孔采用地質取芯鉆機造孔。由于粉質細沙換填區上部為漂卵石，下部為粉質細沙，鉆機造孔不能直接成孔，遂采用偏心鉆頭、鋼管跟進成孔，鋼管直徑為80 mm，從鋼管內進行灌漿，在鋼管上每隔50 cm鉆直徑10 mm的注漿孔。為了保證鋼管注漿孔不被粉質細沙堵塞以及粉質細沙從灌漿孔流入鋼管堵塞鋼管而影響灌漿，在造孔跟管時將鋼管外圍貼上土工布。固結灌漿仍采用基礎固結灌漿工藝，分序分段灌漿。考慮到回填基礎地下水豐富，成孔后水壓較大，為了保證換填基礎灌漿的效果，將灌漿壓力在基巖灌漿最高壓力的基礎上提高了0.2 MPa，即將結束灌漿壓力控制為0.7 MPa。灌漿結束后，在預留取芯孔上取芯檢查灌漿效果。預留取芯孔取芯檢查結果表明：灌漿達到了預期效果。

4 處理效果評價

對于本工程粉質細沙基礎處理方案，最初提出了挖除、打樁過沙層以及部分換填三個方案。除前兩個方案在安全上優于換填方案外，無論經濟和工期上都遜于第三個方案，該方案采用工程力學的方式解決了安全問題。從提出方案、論證可行到實施效果證明所選用的處理方案能滿足龍頭石水電站工程安全需要。

5 結 語

水電工程施工中常遇到各類特殊地質情況，地質處理方法各不相同，但均應基于工程安全和經濟合理，應根據各工程的實際情況確定。龍頭石水電站工程粉質細沙層的處理方案經電站多年運行實踐表明是可靠、合理的，同時也是最經濟的。