水泥穩定土在前池地基加固中的應用

□吳志花（新疆天富能源股份有限公司紅山嘴電廠）

水泥穩定土在前池地基加固中的應用

□吳志花（新疆天富能源股份有限公司紅山嘴電廠）

文章介紹了紅山嘴電廠二級電站前池改造時地基存在的問題，提出3種換填方案，針對各方案進行比較分析，嘗試采用水泥穩定土進行地基換填。紅山嘴電廠二級電站增效擴容改造工程實施時，發現前池地基存在大量的軟弱土層，在對前池地基進行加固處理時，采用了水泥穩定土。文章對水泥穩定土換填施工操作過程做了詳細介紹，對工程改造實施效果進行效益分析與評價。

地基；換填；工期；水泥穩定土

1 工程概述

紅山嘴電廠二級電站位于瑪納斯河中上游左岸，電站于1976年動工建設，1978年10月-1980年9月，4臺機組陸繼完工投產。電站裝機容量4×3 200 kW，年利用小時數3 750 h，年設計發電量4 800萬kW·h。2014年紅山嘴電廠對二級電站進行增效擴容改造，水工建筑主要改造引水渠、前池、尾水、排冰閘并新建溢流堰，機組改造主要完成4臺水輪發電機組與其附屬設備和機組控制、保護、測量系統設備的改造等。改造后2級電站裝機容量為4×4 000 kW，年利用小時數3 911 h，平均年發電量為6 258萬kW·h，年均增發電量997萬kW·h。

2 前池地基加固方案比選

2.1 二級前池地質情況

二級前池位于瑪納斯河東岸V級階地邊緣，地形起伏較大，地勢為前池場地高，四周低，地面高程706～733 m。前池場地自上而下依次為：第一層為第四系上更新統風積層，巖性為低液限粘土，層厚1.20～3.70 m，層底標高708.46～709.43 m。土黃色，軟塑～可塑，局部夾有礫石。天然密度1.92 g/cm3,天然含水率26.60%，粘聚力17.6 kPa，內摩擦角16.50o。第二層為第四系中更新統烏蘇群，巖性為級配不良礫，埋深1.20～3.70 m，層厚約7.50 m，層底標高701.49～701.93 m。青灰色、稍濕，上部1 m稍密，下部中密～密實狀態，磨圓度較好，多呈亞圓形，母巖成分以凝灰巖、花崗巖為主。第三層為第三系上新統獨山子組，巖性為泥巖夾砂巖。埋深8.70～9.60 m，揭露厚度5.40～11.30 m，最低鉆至標高690.19 m，仍未揭穿。青灰色夾紅褐色，夾中厚層砂巖。該層泥巖具有在干濕交替作用下風化速度變快的特征。

根據地質勘測情況，前池場地第一層低液限粘土，力學性質較差，不能作為前池基礎持力層，第二層級配不良礫分布較均勻，力學性質較好，可作為擬建建筑基礎持力層。其下部泥巖層在水的作用下將加快其風化速度，致使泥巖層承載能力和抗滑能力大大降低，所以前池建筑物應做好防排水措施。

2.2 前池改造工作任務

因二級電站建設較早，受當時條件限制，設計、施工標準較低，經過多年運行，工程存在多處安全隱患，針對前池存在的問題，確定本次前池改造主要工作為：一是，拆除原前池工作閘房，將原閘墩加高1.50 m，在上部新建工作閘房，同時將人行橋平臺加高1.50 m，以充分利用水能。二是，將原前池連接段全部拆除，將連接段延長，從前池進水閘墩向上游延長至100 m，再設置扭面與引水渠相接，并將原梯形斷面改造成矩形斷面，兩側墻體采用混凝土重力墻結構，在右岸設置36 m長溢流堰。三是，拆除原排冰閘，在原址新建排冰閘。四是，排冰閘下游泄水陡坡連接段全部拆除，將原梯形斷面改為矩形斷面，邊墻采用混凝土重力墻結構。

改造為減少對進水閘室基礎的擾動，對前池工作閘室高程718 m以上（工作閘墩頂高程）建筑物拆除改造，但前室段、陡槽段底板不拆除、兩側原漿砌石重力墻只拆除墻身，原基礎不拆除。新建重力墻墻基與原墻基結合成一體承受新墻身荷載。

2.3 地基加固方案比選

前池改造建筑物基礎設計底標高708～711 m，地基中低液限粘土層底標高708.46～709.43 m。地基軟土不能滿足工程要求必須進行換填處理。經計算，換填土層平均厚度2.50 m，換填總量為2 600 m3。

因二級電站引水渠不僅是發電引水渠還兼有向周邊及下游約0.67萬hm2農田灌溉引水的任務，前池改造工程實施要避開農業用水時間，只能集中在每年4月底以前，約25 d的工期，工期成為前池工程改造的關鍵性約束條件。在換填方案中，要優先考慮施工方便、工期短的方案。

針對前池的地基情況，提出三種換填方案：方案一，采用砂礫石進行換填。造價低、施工方便，但收縮性、透水性較大，因前池原地基沒有全部拆險，需與新地基結合成一個整體共同承擔上部荷載，存在地基不均習沉降的風險較大。方案二，低標號毛石混凝土換填。造價、施工難度較方案一大，但收縮性、透水性較小，地基整體性好，不均習沉降風險性降低。方案三，采用水泥穩定土。造價低、施工方便，收縮性、透水性均小。但水泥穩定土在一般應用在公路工程中厚度僅為15～20 cm，沒有在水利工程中做為地基換填料使用過，且結構厚度達2 m，是一種新的嘗試。本次改造二級電站工期成為前池工程改造的關鍵性約束條件。在換填方案中，必須要優先考慮施工方便、工期短可靠性強的方案。經分析，方案三施工快、造價低，可加快工程進度，壓縮性小；能與原前池重力墻墻基結合成整體，滿足基礎承載要求。透水性小，可滿足前池地基泥巖層的防水要求。本次改造最終確定前池重力墻下部地基采用方案三進行地基換填，前池進水室底板下部地基采用方案一進行換填。

3 水泥穩定土施工

3.1 水泥穩定土設計方案

一般水泥穩定土在公路路基層使用時，水泥用量多數按砂礫石集料的3.50%～5%摻用，在本次使用時，經綜合比較，水泥用量采用10%的配比使用。

3.2 施工流程

地基換填施工流程：挖除軟土層→人工清基、找平→原砂礫石基面壓實→成品水穩土攤鋪第一層（每層攤鋪厚度不超過50 cm）→壓實→灑結合水→攤鋪第二層→壓實→灑結合水直至攤鋪第五層并壓實。

3.3 施工方法

一是，清除軟土。根據圖紙放線開挖，采用機械挖裝、運輸。因土層軟，含水率高、塑性大，為便于運輸，采用從上游向前池一次性開挖到位。二是，人工清基、找平。人工將局部軟泥挖除、清理干凈，并找平。三是，砂礫石基面壓實，采用20 T振動碾壓實砂礫石基面。并灑少量結合水。四是，水穩土攤鋪。采用成品水穩土，拌合站拌制好，運至施工場地，由鏟車攤鋪平整，達到攤鋪厚度，采用20 T振動碾來回碾4遍壓實，灑少許結合水，再繼續攤鋪，壓實，至最后完成換填工作。

4 工程效益

工期方面：因前池改造工期特別緊，采用水泥穩定土進行地基換填，施工操作簡單，施工質量好控制，換填工作僅用4 d時間全部完成，達到質量要求，為前池順利改造節約時間，創造有利條件。

造價方面：采用水泥穩定土施工，單價200元/m3，總費用52萬元。低標埋毛石混凝土單價400元/m3，總費用104萬元。節約造價52萬元。

質量方面：水泥穩定土施工操作簡單，采用大型機械施工，質量好控制。若采用低標號埋石混凝土，埋石量難控制，增加質量風險。

5 結語

二級電站前池改造工程結束，已運行2 a，整個前池工作情況良好。采用水泥穩定土進行前池地基換填成效顯著，是水泥穩定土在水利工程地基換填方面應用的初步嘗試，對今后類似水利工程應用具有參考作用。

TV122

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1673-8853（2017）03-0050-02

2016-12-29

編輯：左英勇

吳志花（1978－），女，工程師，主要從事水利工程運行管理工作。