大占頭攔河閘地基處理方案及評(píng)價(jià)

（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

大占頭攔河閘地基處理方案及評(píng)價(jià)

□魏常琦

（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

大占頭攔河閘設(shè)計(jì)過閘流量＞5000 m3/s，工程等別為大（1）型。攔河閘底部高程131.50 m，閘基①層中粗砂層和③層砂卵石層為強(qiáng)透水層，攔河閘建成擋水后存在閘基滲漏和滲透穩(wěn)定問題，建議對(duì)閘基采取防滲處理措施。由于高壓旋噴灌漿成墻技術(shù)具有良好的變形協(xié)調(diào)性能以及抗?jié)B性能，采用高噴防滲墻對(duì)閘基進(jìn)行處理。處理后經(jīng)檢測(cè)各指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，證明該攔河閘地基處理方案是合理可行的。

閘基滲漏；滲透破壞；地基處理；高壓旋噴樁連續(xù)墻

1 工程概況

大占頭攔河閘位于鴨河口水庫下游19 km處的宛城區(qū)新店鄉(xiāng)北8 km大占頭村附近，距南陽市約25 km。該工程主要承擔(dān)白桐干渠的引水任務(wù)，主要建筑物包括攔河閘、沖砂閘和進(jìn)水閘。該樞紐工程始建于1966年，2010年7月25日白河上游遭遇暴雨，白河活動(dòng)壩開閘泄洪，行洪期間活動(dòng)壩發(fā)生垮塌。本次復(fù)建工程對(duì)原活動(dòng)壩和沖砂閘進(jìn)行拆除重建。

新設(shè)計(jì)大占頭攔河閘過閘流量＞5 000 m3/s，工程等別為大（1）型，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇。主要建筑物級(jí)別為1級(jí)，次要建筑物級(jí)別為3級(jí)。閘軸線處河道現(xiàn)狀堤頂高程右岸為139.50 m，左岸為140.00 m。閘址處百年一遇設(shè)計(jì)洪水位138.40 m，校核洪水位139.16 m。根據(jù)灌區(qū)灌溉用水要求，閘門正常擋水位136.00 m，閘門最高擋水位136.80 m。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

鉆孔揭露深度范圍內(nèi)（30 m）其地層巖性主要由上第三系粘土巖和第四系松散堆積物組成。根據(jù)巖性特征及物理力學(xué)性質(zhì)的差異，共分為5層，由新至老分述如下：

2.1.1 中粗砂（Q4al）

淺黃色、松散、濕；主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，黑色礦物次之，顆粒分選及磨圓度均較好。高漫灘以含礫中細(xì)砂為主。在垂直方向上由上到下顆粒有變粗的趨勢(shì)。層厚0.40～4.80 m，廣泛分布于河床及漫灘。

2.1.2 中、重粉質(zhì)壤土（Q4alp）

黃褐色、可塑狀，由北向南逐漸變薄。層厚6.20～6.30 m，分布于左岸一級(jí)階地。

2.1.3 砂卵石（Q3alp）

黃褐色、稍密～中密，局部地段受滲透變形影響，較疏松；以卵石為主，砂礫次之；礫卵石成分以石英巖、花崗巖、砂巖等為主，粒徑一般為3～5 cm，最大者＞20 cm；砂質(zhì)成分以石英、長(zhǎng)石為主，顆粒分選性差。該層土質(zhì)不均，卵石含量變化較大，在垂直方向或水平方向常變?yōu)樯暗[石。層底高程118.90～124.00 m，層厚8.70～15 m。

2.1.4 礫質(zhì)輕壤土（Q3alp）

淺黃色、棕黃色，結(jié)構(gòu)較緊密；以輕壤土為主，土質(zhì)不均，含砂礫較多且分布不均，局部夾泥卵石層或砂礫石透鏡體；砂以石英、長(zhǎng)石為主，微膠結(jié)；礫石以花崗巖、變質(zhì)巖為主。向下有時(shí)相變?yōu)槟噘|(zhì)砂卵石。層底高程112.50～115.90 m，層厚3.00～7.50 m。

式中：Kd為考慮墻體位移對(duì)δ和φ的影響系數(shù)，S為擋土墻平動(dòng)位移量（注：RT位移模式擋土墻背面各點(diǎn)位移不同，各計(jì)算點(diǎn)的δ、φ不同），Sc為內(nèi)、外摩擦角達(dá)到最大值時(shí)所需的墻體平動(dòng)位移量。顯然，靜止?fàn)顟B(tài)時(shí) S=0，φ=φ0、δ=δ0；極限狀態(tài) S=Sc時(shí)，φ=φm，δ=δm，δ和 φ 的值隨墻體平動(dòng)位移 S 的增大而增大。

2.1.5 上第三系（N）粘土巖

灰綠色，棕黃褐色，結(jié)構(gòu)較緊密，具裂隙；頂板高程111～118 m左右，其厚度＞5 m。

2.2 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

經(jīng)綜合分析、整理，閘址區(qū)各巖土層物理力學(xué)指標(biāo)建議值見表1。

2.3 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)主要含（透）水層有：新第三系砂礫巖、第四系③層砂卵石和①層中粗砂。新第三系砂礫巖埋深較大，與工程關(guān)系不大。第四系③層砂卵石和①層中粗砂之間沒有隔水層，實(shí)際上是一個(gè)統(tǒng)一的潛水層。

表1 各層土物理力學(xué)性指標(biāo)建議值表

為評(píng)價(jià)閘址區(qū)各巖土體滲透性等級(jí)，依據(jù)《水利水電鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程》（SL320-2005）在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鉆孔抽水試驗(yàn)，各巖土體試驗(yàn)成果見表2。

表2 鉆孔抽水試驗(yàn)成果表

2.4 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

攔河閘底板設(shè)計(jì)高程131.50 m，為提高攔河閘的穩(wěn)定性，避免不均勻沉陷，并考慮到①層中粗砂層較薄，建議予以清除，把閘底板放置在③層砂卵石層上。由于閘基①層中粗砂和③層砂卵石為強(qiáng)透水層，攔河閘建成擋水后存在閘基滲漏和滲透穩(wěn)定問題。中粗砂滲透破壞形式主要為流土，砂卵石滲透破壞形式為管涌。根據(jù)計(jì)算和工程類比，中粗砂允許滲透比降建議取0.25，砂卵石允許滲透比降建議取0.15。為避免閘基發(fā)生滲透變形，建議對(duì)閘基采取防滲處理措施，若采用防滲墻方案，建議防滲墻底部應(yīng)進(jìn)入④層礫質(zhì)輕壤土或⑤層粘土巖中。

3 地基處理方案

高壓噴射灌漿法，是一種利用射流切割技術(shù)在地層原位對(duì)土體進(jìn)行加固的方法。它具有可控性好、地層適應(yīng)面廣、造價(jià)較低、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，在復(fù)雜地質(zhì)條件及施工環(huán)境惡劣的堤段，具有廣闊的應(yīng)用前景。為避免閘基滲漏和發(fā)生滲透變形破壞，增加其穩(wěn)定性，在上游鋪蓋與上游閘底板連接段采用高壓旋噴灌漿成墻方案進(jìn)行處理。

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

高噴灌漿防滲墻軸線位置：攔河閘段位于閘室樁號(hào)0+ 0.75 m前址底部；右岸上游圓弧翼墻段位于翼墻底板前緣下游0.65 m處；左岸擋墻段位于擋墻底板前緣下游0.65 m處。左岸防滲墻同時(shí)考慮與進(jìn)水閘豎向防滲墻連接。

高噴灌漿防滲墻采用旋噴套接形式，單排布置，初定灌漿設(shè)計(jì)直徑1.40 m，孔距為1.20 m，相鄰樁搭接長(zhǎng)度≥0.20 m。防滲墻深度為進(jìn)入⑤層粘土巖≥1 m。攔河閘左岸靠近進(jìn)水閘附近粘土巖巖面較深，防滲墻深度可按進(jìn)入礫質(zhì)輕壤土≥5 m控制，且該段防滲墻總深度≥19 m。設(shè)計(jì)要求墻體滲透系數(shù)≤1.00×10-5cm/s，28 d抗壓強(qiáng)度≥4 MPa。

3.2 灌漿試驗(yàn)

防滲墻施工前進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)選取和閘基地質(zhì)基本條件一致的區(qū)域進(jìn)行。根據(jù)不同地質(zhì)情況和施工工藝，孔距可按照0.20 m級(jí)差進(jìn)行調(diào)整。高壓噴射注漿的材料采用強(qiáng)度等級(jí)為42.50的普通硅酸鹽水泥漿液。采用三管法進(jìn)行施工。高壓旋噴注漿防滲墻施工完成后，成墻厚度應(yīng)≥400 mm，其滲透系數(shù)≤1.00×10-5cm/s，各部位高壓噴射注漿固結(jié)體28 d抗壓強(qiáng)度≥4 MPa。

初定試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)為：水壓力35～40 MPa，水流量75 l/ min；氣壓力0.60～1.20 MPa，氣流量0.80～1.50 m3/min；漿液壓力0.50～0.80 MPa，漿液流量70～80 l/min；提升速度6～12 cm/ min，轉(zhuǎn)速4～10 r/min。試驗(yàn)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

4 處理效果與評(píng)價(jià)

4.1 墻體抗?jié)B性能檢測(cè)

為檢查墻體抗?jié)B性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，依據(jù)《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》（SL345-2007）對(duì)檢查孔進(jìn)行常水頭注水試驗(yàn)。試驗(yàn)段長(zhǎng)度≤5.00 m，注水試驗(yàn)成果見表3。

根據(jù)注水試驗(yàn)結(jié)果，9個(gè)檢查孔滲透系數(shù)在5.86×10-6～8.76×10-6之間，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 墻體抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

為檢查墻體抗?jié)B性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352-2006）及《水泥土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JTJ/ T233-2011），共選取9個(gè)檢查孔巖芯樣進(jìn)行加工，試件直徑93 mm，高度93 mm，不平整度及不垂直度均為0。根據(jù)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果可知，檢查孔巖芯抗壓強(qiáng)度在4.0～6.4 MPa之間，滿足設(shè)計(jì)要求。巖芯抗壓強(qiáng)度成果見表4。

5 結(jié)論

通過對(duì)攔河閘地基采用高壓旋噴灌漿成墻方案進(jìn)行處理，經(jīng)注水試驗(yàn)及強(qiáng)度檢測(cè)，表明該閘基所采用的處理方案、設(shè)計(jì)布置、施工工藝是合理的、可行的。增加了閘基穩(wěn)定性，避免閘基發(fā)生滲漏和滲透變形破壞，其經(jīng)驗(yàn)可供同類工程參考。

表3 檢查孔注水試驗(yàn)成果表

表4 檢查孔巖芯抗壓強(qiáng)度成果表

［1］李剛，李端有，周啟，高噴法在堤防防滲加固工程中的應(yīng)用［J］，人民長(zhǎng)江，2006（8）：77-79.

［2］蔡海燕，在松散漂卵石地層中高噴試驗(yàn)的研究［J］.勘察科學(xué)技術(shù)，2010（5）：9-12.

TV66

B

1673-8853（2017）04-0041-03

2017-1-12

編輯：符蕾

魏常琦（1982.11-），男，工程師，主要從事工程地質(zhì)與水文地質(zhì)方向工作與研究。