紅崖山水庫加高擴建工程地基液化處理設(shè)計

陳曉東

（甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院，730000，蘭州）

紅崖山水庫位于甘肅省河西走廊東北部武威市民勤縣境內(nèi)，工程始建于1958年，1959年開始蓄水，已運行半個多世紀。紅崖山水庫加高擴建工程是國家172項節(jié)水供水重大水利工程之一，主要任務(wù)是通過對庫區(qū)清淤及大壩加高擴建，并結(jié)合防風固沙林帶風沙治理，增大總庫容與調(diào)蓄供水量，保障供水區(qū)各行業(yè)用水及青土湖生態(tài)補水，并對泄洪輸水建筑物改擴建，提高安全運行可靠度，南部浸沒區(qū)墊高防護。工程設(shè)計為Ⅱ等大（2）型規(guī)模，主要建筑物為2級，Ⅶ度抗震設(shè)防；庫區(qū)清淤總量670萬m3；東西大壩總長7.29km，最大壩高17.1 m，總庫容1.48億m3，多年調(diào)節(jié)運用；正常蓄水位1 483.10 m（相對現(xiàn)狀抬升1.23m），設(shè)計洪水位1483.30m，校核洪水位1484.07m，死水位1 476.50 m（與現(xiàn)狀相同），年供水總量2.23億m3。

一、壩基與閘基工程地質(zhì)條件及存在的問題

1.東西大壩

東壩壩基及泄洪閘閘基為第四系沖洪積細砂與中砂強透水層，厚約150～200 m，含有淤泥質(zhì)黏土透鏡體。西壩壩基表層為第四系沖洪積細砂、中砂和含礫砂強透水層，厚1.0～8.0 m。

2.泄洪閘

閘基上部深6.1 m為細砂層，其下為中砂層。細砂層垂直滲透系數(shù)為0.88×10-5cm/s，中砂層垂直滲透系數(shù)為10.88×10-2cm/s，含礫砂與中粗砂層允許承載力為0.13～0.17 MPa。

3.主要工程地質(zhì)問題

東西大壩壩基及泄洪閘閘基為第四系沖洪積中細砂強透水層，地下水水位高，東壩與泄洪閘地基中細砂層深厚，通過顆分試驗初判及標準貫入錘擊數(shù)法試驗復(fù)判分析評價，大部分為地震液化敏感層，存在振動液化危險。

二、壩基液化處理設(shè)計

1.大壩加高擴建方式

大壩加高擴建總壩長7.29 km，其中東壩長5.99 km，各壩段壩體結(jié)構(gòu)差異大，少量為黏土斜墻壩，絕大部分為重沙壤土與中細砂混合壩；西壩為黏土心墻壩，全長1.3 km。按照壩頂加高及后壩坡培厚方式擴建，主要采用庫區(qū)清淤料及少量利用壩體新增防滲體部位開挖料填筑。壩頂總寬6 m，設(shè)1.2 m高防浪墻，加高0.3～1.2 m，后壩坡培厚坡度1∶3.5，現(xiàn)狀壩坡清基后培厚 1～3 m（上薄下厚），最大壩高17.1 m。對壩體前壩坡上部進行開挖，結(jié)合加高擴建填筑防滲料新增防滲體，與現(xiàn)狀防滲體或相對透水性較低下部重沙壤土結(jié)合，加高至防浪墻底與其相接，改善大壩整體防滲性能。東壩壩基存在滲透穩(wěn)定安全隱患重點總長400 m壩段，自壩頂上游側(cè)增設(shè)厚0.5 m塑性混凝土垂直防滲墻，墻體伸入壩基以下不小于8 m。東壩中北部長約3 km壩段及西壩全壩段沿壩體加高培厚后壩坡坡腳新建縱向排水系統(tǒng)，包含貼坡式反濾排水體及反濾層包裹滲漏水匯集暗涵兩部分。

2.壩基液化處理

根據(jù)壩基地震液化評價，東西大壩加高擴建總壩長7.29 km全壩段壩基均采取振動液化處理。庫區(qū)壩前500 m范圍淤積層厚3.5～4.0 m且不清淤，滿足振動液化壓重要求，上游壩基不處理。壩基液化處理采用施工簡單、投資節(jié)省的壓重方式。在下游壩坡坡腳及其之外現(xiàn)狀地面以上與新建排水系統(tǒng)上部，采取夯實填筑庫區(qū)清淤料與各類建筑物改擴建開挖棄碴壓（蓋）重層，以消除壩基地震液化危險。

按 《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011） 的砂土層振動液化上覆有效壓強劃界標準，Ⅶ度地震時有效壓強大于100.0 kPa（10.0 t/m2）可消除液化，結(jié)合地下水水位，分別計算確定東西大壩各壩段壩基有效壓（蓋）重層厚度。經(jīng)計算，東西大壩壩后有效壓 （蓋）重層厚度為6.0～6.2 m，其中東壩中北部長約2.9 km壩段現(xiàn)狀已有厚2.2～3.5 m壓（蓋）重層，新增厚度不小于3.9 m；其他壩段按照不小于計算厚度實施。壓（蓋）重層寬度以新建排水系統(tǒng)暗涵中心以外20 m控制，外側(cè)填筑坡比1∶1.5。填筑技術(shù)指標為黏性土壓實度不小于93.0%，非黏性土相對密度不低于0.65。

壩后壓（蓋）重層與新建排水系統(tǒng)相結(jié)合，排水系統(tǒng)周邊設(shè)置反濾排水體，通過有效排水輔助措施，可進一步消除壩基地震液化影響，增強大壩穩(wěn)定安全。

三、泄洪閘改建及閘基液化處理設(shè)計

1.現(xiàn)狀

泄洪閘現(xiàn)狀閘室長14.5 m，總寬31.7 m，閘孔7孔，孔口凈尺寸3.0 m×3.3 m（寬×高），閘底板高程 1 476.7 m。閘室為鋼筋混凝土閘墩與砌磚胸墻潛孔，閘墩與底板分離非整體式結(jié)構(gòu)，閘底板主體為漿砌塊石，平板單閘門控制無檢修門，使用頻率低。閘室及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要存在破損、開裂、凍融破壞、抗冰凍能力差、結(jié)構(gòu)型式不盡合理、常年滲漏水、不均勻沉陷、閘前引渠段淤堵嚴重、承載力不足，同時還存在年久失修、老化嚴重、閘門不能正常啟閉、整體安全運行可靠度低等問題。

現(xiàn)狀閘后泄洪渠為多級變坡、三級擴散海漫及消力池，總長87.3 m，矩形斷面，上中游渠段有跨渠公路橋2座，全斷面結(jié)構(gòu)主體表層為鋼筋混凝土或混凝土，下層為漿砌塊石，總體結(jié)構(gòu)基本完好，斷面滿足要求。主要存在全線嚴重淤堵、雜草叢生、泄洪與消能功能基本失效、下游河道兩岸坍塌、河床束窄、實際行洪斷面與泄洪能力嚴重不足等問題。

2.閘室改建

泄洪閘改建為水庫加高擴建工程主要建設(shè)內(nèi)容之一，按照現(xiàn)狀與設(shè)計標準，結(jié)合工程地質(zhì)勘查成果及大壩加高培厚進行改建。由于下游河道行洪能力、村鎮(zhèn)、生態(tài)環(huán)境，以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等限制與影響，改建泄洪量確定為160.0 m3/s。為防止兩側(cè)大壩壩體滑塌及底板軟化與泥化影響，確保施工安全，采取保留閘室段現(xiàn)狀兩側(cè)邊墩及閘底板，拆除中墩及上部結(jié)構(gòu)，重建整體式閘室與上部結(jié)構(gòu)的改建技術(shù)方案，閘前引渠與兩側(cè)導墻及閘后泄洪渠均完整保留。

重建泄洪閘為帶胸墻潛孔現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土整體式箱形結(jié)構(gòu)，設(shè)閘3孔，孔口凈尺寸7 m×3 m （寬×高），閘室中墩厚2.0 m，邊墩厚1.55 m，底板厚 1.5 m，長 19.5m，總寬 28.1 m，底板高程1 478.2 m（高于水庫死水位1.7 m），頂部鋼筋混凝土板梁封閉，高程1 485.7 m（與兩側(cè)大壩加高擴建壩頂同高），上游側(cè)設(shè)1.2 m高防浪墻，下游側(cè)設(shè)凈寬3.5 m上壩交通橋。閘室上部為框架磚混結(jié)構(gòu)景觀閘房啟閉機室，總高11.4 m，工作門及檢修門均采用平板鋼閘門，分別采用固定式卷揚機與電動葫蘆調(diào)控，閘后1跨泄洪渠現(xiàn)狀底板表面現(xiàn)澆0.3 m厚C40粉煤灰抗磨混凝土補強。閘室兩側(cè)各長15 m，結(jié)合大壩重點特殊壩段防滲處理措施，自壩頂中部增設(shè)厚0.5 m塑性混凝土防滲與截滲刺墻，墻體伸入壩基以下不小于8 m，以增強壩體與閘室接觸面、壩體及壩基抗?jié)B性。

塑性混凝土防滲與截滲刺墻技術(shù)指標為膨潤土摻量占膠凝材料總量的12%～26%，砂率為50%～60%，一級配，28 d齡期干密度不低于2.1 g/cm3，抗壓強度 1.5～5 MPa， 彈性模量300～2 000 MPa，滲透系數(shù)不大于 1.0×10-7cm/s。

閘后泄洪渠全線及下游河道全面開挖疏浚整治，清除淤堵與雜草，修復(fù)滑塌與破損，恢復(fù)原有斷面及結(jié)構(gòu)，滿足泄洪安全。

3.閘基液化處理

泄洪閘閘基中細砂地震液化層深厚，處理措施采用雙排高壓旋噴樁，用高壓將水泥漿液強制旋噴至深層地基中，形成大深度高強連續(xù)墻體，平面布置型式采用 “網(wǎng)格圍封法”，閘基深層高壓旋噴墻體縱橫相互交叉，通過圍封形成封閉網(wǎng)格柱，平面形成網(wǎng)格封閉塊，增強地層抗滑移穩(wěn)定性，限制并消除地層振動液化擴散與流動滑移，高壓旋噴使?jié){液在地層中產(chǎn)生滲透擴散，同時起到對地基深層固結(jié)凝聚，提高承載力、抗?jié)B性與滲透穩(wěn)定安全的多重作用。高壓旋噴樁網(wǎng)格圍封閘室內(nèi)按照閘前與閘后縱向延伸11.3～11.9 m，兩側(cè)距不拆除現(xiàn)狀邊墩1.5 m控制，布置范圍總長42.7 m、總寬25.1 m，縱向4道、橫向5道，每道均為雙排，網(wǎng)格共計12 塊，平面尺寸（縱 8.0～10.3 m）×（橫4.7～6.25 m）；閘室外兩側(cè)縱向距現(xiàn)狀邊墩1.5 m各增加1道予以加強。

高壓旋噴樁采用1 m樁徑，樁身長度按2倍閘室高度確定為20 m，單道雙排布置，樁身單排中心距1 m，雙排相互搭接咬合中心距（排距）0.8 m。泄洪閘閘基地震液化處理高壓旋噴樁圍封網(wǎng)格平面布置及其大樣分別見圖1和圖2。

圖1 閘基液化處理高壓旋噴樁圍封網(wǎng)格平面布置（單位：mm）

圖2 閘基液化處理高壓旋噴樁平面布置大樣（單位：mm）

高壓旋噴樁按照單道雙排間隔分期、單排間隔分序方式進行施工，分期與分序要求間隔時間不少于2周，以確保旋噴樁凝固成型并達到一定強度，采用42.5級普通硅酸鹽水泥漿液，比重 1.5，初始水灰比 0.6～0.8，通過現(xiàn)場試驗確定實施參數(shù)。旋噴樁技術(shù)指標為單樁樁體28 d齡期垂直極限載荷 50～60 t， 水平極限載荷 3～4 t，平均抗折強度2～4 MPa，最大抗壓強度 8～10MPa， 彈性模量 1 000～8 000 MPa，干密度不低于 1.6～2 t/m3，滲透系數(shù)不大于 1.0×（10-5～10-6）cm/s。

4.旋噴樁簡要施工技術(shù)要求

高壓旋噴樁采用單管法施工，主要工藝流程包括造孔→下旋噴注漿管→旋噴漿液等3個步驟。注漿壓力20～35 MPa， 漿液流量 75～100 L/min,噴管提升速度15～30 cm/min，孔口漿液回漿密度不小于1.3 g/cm3，旋噴轉(zhuǎn)速一般取噴管提升速度的0.8～1倍，采用12～30 r/min，單噴嘴取上限，雙噴嘴取下限。施工前通過現(xiàn)場試驗，修正確定壓力、漿液水灰比與流量、提升速度及轉(zhuǎn)速等技術(shù)參數(shù)。

旋噴注漿漿液須攪拌均勻，按一次連續(xù)注漿量隨用隨制備，自制備至用完時間不超過4小時。造孔孔位水平偏差不大于50 mm，垂直孔斜不大于0.5%。采取邊低壓送漿邊孔內(nèi)下注漿管，以防噴嘴堵塞。待噴管下至要求深度后，開始實施高壓注漿連續(xù)旋噴1～3 min，當孔口有漿液溢出時，按設(shè)定速度提升噴管連續(xù)旋轉(zhuǎn)，直至旋噴注漿完成，并及時利用回漿回灌至孔口漿液面不再下降。全程須注重觀察并記錄漿液流量、壓力、提升速度與轉(zhuǎn)速等參數(shù)及其變化是否滿足要求。

高壓旋噴樁連續(xù)墻體達28 d齡期后，按一定比例采取鉆孔取芯、壓水及無側(cè)限抗壓強度等方法，對比設(shè)計技術(shù)指標進行施工質(zhì)量試驗檢測，發(fā)現(xiàn)不滿足技術(shù)質(zhì)量要求的應(yīng)及時返工處理。

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