水利水电工程设计与地基处理技术分析

1、1引言我国城市电力需求随着人口密度而不断增加，为实现水能环保资源的 充分利用就需要建设数量规模庞大的水利水电工程。水电工程的建设 选址多项选择择在一些偏远地区，考虑到地形、地质、水文等生态环 境的影响，水电站建设需要选择承载强度足够的地基，其中坝基加固 是确保水电站长期稳定运行的关键技术，如何科学合理地进行不良建 设地基的有效处治需要综合工程质量和社会经济效益两个方面。因此, 需要加强重视地基处理的重要性。2工程概况工程位置及技术指标某水电站为引水式龙头水库电站，工程采取混合式开发类型，位于湖 北省内某干流上，能够将干流水量引至当地较大支流实现支流、干流 集合大型发电的效果。工程输水闸坝位于干

2、流上游3km,厂址那么建 设在支干流集合口处下游1km,坝址距离当地市中心102km,坝址和 厂址之间的直线距离为14km,其中厂址附近存在国道和公路的连接 路段，对外部交通较为便利，该水电工程是湖北省内重点水利工程， 对当地供水、发电、农业灌溉等具备极其重要的现实意义。该水电站 水库水源直接来源于本区径流，控制流域面积到达了 403km2,百年 一遇设计峰值流量为190m2/s,平均年径流量到达了 14500万m3, 年平均输沙量为15.2万t/a,水库蓄水正常量为2950m,死水位设计 为2910m,库容为11350万m3,调节库容到达了 9150万m3,当水 库为死库容时，其起到发电的效

3、果，水电站工程等别为II等，规模控 制在大12)型，临时及次要建筑结构物级别为3等，堆石坝级别为 I级，工程建设位置具备较为复杂的地质构造，建筑结构的抗震设防 烈度为VII度，该水库电站总装机容量为240MW,共有2台装机，主 要构造物为引水系统、坝区枢纽、厂区枢纽、输水枢纽，堆石坝型为 复合土工膜和混凝土防渗墙相互结合形式1,水电站主要特性参数如 表1所示。坝区工程地质坝区地质上下游是U形冰川谷，具备较为开阔的地势，且覆盖层厚度 较大，上游水深最大可到达30m,坝基河床具备较复杂的层次结构, 且河床覆盖层厚度大，根据现场钻孔厚度结果，地质情况可分为7层, 自下而上勘测结果为第层淤泥质壤土层，

4、第层为砂砾石层。 其中，淤泥质壤土层主要分布在河床顶部左岸位置，为湖积(QI42), 在坝基横向方向的宽度为170250m；该土层内部有机质丰富，且主 要以粉粒和细砂为主，比例分别占到了 42%、39%,其余局部为黏粒 构成，土层级配较为连续，孔隙比在0.61.5,天然密度为1.8g/cm3, 含水率为25%52%,液限和塑限分别为27%和16%,塑性指数为11, 整体表现为软塑状，是高液限性软土。经过室内相关技术试验说明， 其压缩模量在59MPa,黏聚力为0.040.06MPa,内摩擦角为7 10 , 渗透系数较低，为L35X10-4cm/s,透水性较差，力学指标较弱。根 据该指标可以判断土

5、层整体为液化土，考虑到该土层并没有铺满整个 河床，且厚度不厚，难以形成较为稳定的隔水结构，为此需要解决坝 基覆盖层下游渗漏缺陷，并且对于坝坡和坝基的稳定性需要进行必要 的加固。第层为砂砾石层，深度到达了 130m,是整个大坝的主 要持力层，内部多还有块碎石，是堆积冰川(Qgl31),主要分布在河 床底部位置，其中块碎石内部含有较少的板岩及石英岩，含有较多比 例的变质砂岩，级配较为疏松，最大公称粒径可以到达1.1m,呈现 棱角状；最大比例的粉质土呈现浅灰色，较为密实。3坝基处理方案方案目标确定根据专家推荐，坝基软土加固主要采取强夯置换或者振冲置换两种方 式，两种方法都是为了通过局部软土的置换，而

6、到达复合地基较高的 抗剪强度和压缩模量，并不仅仅只为了加密土层结构。其中，振冲碎 石置换可以到达土层排水固结加快的效果，当碎石置换率控制在 25%38%时，那么能够大幅度提升强度和模量，施工本钱投入较高， 且技术应用简单，具备较多的应用经验案例。为此本工程主要采取振 冲碎石桩法进行坝基处理。另外，为了有效验证该技术的使用效果和 可行性，本工程选取了相关施工技术指标进行坝基处理效果的比照。 试验流程按如下开展：首先，振冲设备采取德国OMS振冲器，分别 为377-75kW, 377-130kW两种型号。进行振冲试验后获取施工参数 和复合地基处理后的变形模量、抗剪强度、渗透系数、承载强度指标； 其次

7、，对不同方案之间的加固效果进行比照，对大范围应用的设备方 案进行确定；最后，需要对振冲施工质量进行必要的检验及确定振冲 碎石桩法的关键性参数填料数量、施工填料级配、碎石桩桩径、桩 间距、桩排列方式）2。试验要求本工程采取地基淤泥质壤土分布范围较为均匀且厚度较大的区域进 行相关试验。试验要求如下：1）淤泥质壤土的加固深度控制在520m； 2）加固后的复合地基整体平均密度需要到达2.2g/cm3以上，孔隙率 需要控制在0.28以下；3）复合地基承载力到达250kPa以上，变形 模量到达40MPa以上,压缩系数小于0.25MPa-l,黏聚力大于25kPa, 内摩擦角大于25 ,渗透系数要大于lX10

8、-3cm/s,整体具备抗液化 水平；4）现场试验按照分区（I区和II区）开展，每个位置进行 Municipal , Traffic , WaterResourcesEngineeringDesign 市政,交通水 利工程设计100根碎石桩振冲处理。其中，I区采取的振冲器为 377-130kW, II区采取的振冲器为337-75kW,两个位置的桩形布置都为梅花形，其中I区桩间距控制为2m, II区桩间距控制位1.5m3o软基处理效果现场振冲试验结束3周后开展复合地基桩间土工程特性、碎石置换率、 桩体质量的检测，根据N120动力触探试验、静载试验、标准贯入实 验、室内土工试验开展要求及内容，如表2

9、所示，进行复合地基相关 指标的计算内摩擦角、变形模量、密度、孔隙率、承载力强度特征 值、压缩系数等），具体如表3所示。根据不同试验位置的N120动 力触探试验、静载试验、标准贯入试验、室内物理及力学试验数据可 以看出，通过振冲碎石桩的物理力学作用，复合地基的整体力学性能 都有了较大幅度的提高，因两个试验位置采取的振冲器及桩间距离的 差异，指标数据结果存在较为明显的差异性。其中，II区复合地基的 承载力特征值和变形模量大于I区，且两个功率的振冲器在施工中采 取的填筑量都要比试验规划量少，现场都控制在1.3m3/m左右，桩 体直径在施工完成后控制在1.151.18m；施工置换率的计算需要根据 完成后桩径及布桩形式来计算，1区、II区置换率分别为0.31和0.52。 通过简要分析可以得出结论，II区比I区的加固效果更好，工程宜采 取II区施工方式进行加固。4结语 在水电工程地基处理中，