楊 森

中國(guó)水利水電第八工程局有限公司

水電站地面廠房開挖預(yù)留巖坎可行性分析

楊 森

中國(guó)水利水電第八工程局有限公司

水電站地面廠房的施工往往需要圍堰，為減少圍堰施工帶來的難度、成本及工期方面的限制，根據(jù)實(shí)際地形條件，采用預(yù)留巖坎方式形成基坑，對(duì)預(yù)留的巖坎進(jìn)行防滲及穩(wěn)定分析，確定預(yù)留巖坎施工的可行性。

巖坎滲流穩(wěn)定排水

1 引言

分析廠房地質(zhì)資料、結(jié)構(gòu)布置、度汛設(shè)計(jì)，初步設(shè)計(jì)預(yù)留巖坎形式，對(duì)初步設(shè)計(jì)的預(yù)留巖坎進(jìn)行巖坎高度、滲流、穩(wěn)定性計(jì)算，通過計(jì)算調(diào)整預(yù)留巖坎結(jié)構(gòu)形式，最終確定預(yù)留巖坎是否可行。

2 工程概述

（1）巖坎圍堰工程級(jí)別：4級(jí)，本工程抗震設(shè)防類別為乙類，設(shè)計(jì)烈度為7度。

（2）巖坎圍堰度汛標(biāo)準(zhǔn)：①設(shè)計(jì)水位：100年一遇，洪峰流量1090m3/s，對(duì)應(yīng)水位41.80m。②校核水位：200年一遇，洪峰流量1200m3/s，對(duì)應(yīng)水位42.075m。其中5年一遇，洪峰流量611m3/s，對(duì)應(yīng)水位39.104m。

（3）巖坎圍堰工程地質(zhì)。廠區(qū)范圍內(nèi)均為第四系沖洪積物，由砂卵石夾漂石組成，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，下伏基巖白堊系板巖夾砂巖。廠區(qū)沖洪積堆積層厚度8m～30m，卵石、碎石及漂石巖性主要為板巖夾砂巖，該層作為建筑物基礎(chǔ)，存在不均勻沉降變形等問題，應(yīng)開挖清除；下伏基巖為白堊系板巖夾砂巖，可用作廠房基礎(chǔ)，地基強(qiáng)度能滿足設(shè)計(jì)要求。

3 巖坎計(jì)算

3.1 初步設(shè)計(jì)概述

巖坎圍堰底寬約65m，高20m，頂面寬度8m，巖坎圍堰背水面坡度1:1，迎水面坡度1:1.5，邊坡設(shè)一級(jí)馬道，馬道寬2m，縱向巖坎圍堰總長(zhǎng)60m，上游橫向巖坎圍堰總長(zhǎng)65m，下游橫向巖坎圍堰總長(zhǎng)85m，巖坎圍堰總長(zhǎng)約210m。巖坎圍堰下部為原狀巖，主要為沖洪積物中的粉細(xì)砂、砂卵礫石，原狀巖上部利用廠房開挖料加寬碚厚，巖坎下部鋼筋籠防護(hù)。

3.2 巖坎圍堰堰頂高程、滲流、穩(wěn)定計(jì)算

3.2.1 巖坎圍堰堰頂高程計(jì)算

堰頂高程按：①設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用條件的堰頂超高；

②正常水位+正常運(yùn)用條件的壩頂超高；③校核洪水位+非常運(yùn)用條件的壩頂超高；④正常蓄水位+非常運(yùn)用條件的壩頂超高+地震安全超高中的最大值確定。

堰頂在汛期以上的超高y按下式計(jì)算：

y——堰頂超高，m；R——最大波浪在堰坡上的爬高，m；e——最大風(fēng)壅水面高度，m；A——安全超高，m；正常蓄水位取0.7m，設(shè)計(jì)工況取0.7m，校核工況取0.4m。

表1 堰頂高程計(jì)算成果表

根據(jù)表1中計(jì)算，確定堰頂高程：44.35m。

3.2.2 巖坎圍堰滲流計(jì)算

巖坎圍堰工程地質(zhì)計(jì)算簡(jiǎn)圖參見圖1。

巖坎圍堰考慮防滲帷幕灌漿，孔徑130mm，孔距1.5m，軸線上設(shè)單排，深入強(qiáng)風(fēng)化基巖1.0m。巖坎圍堰總滲流量：

q1、q2…qn—各斷面堰身和堰基單寬滲流量之和；l1、l2、…ln—斷面間距；

計(jì)算簡(jiǎn)圖參考表2，各斷面按帷幕灌漿滲流量+堰基滲流量之和進(jìn)行單寬滲流量計(jì)算，總滲流量為367.36m3/d。

表2 巖坎圍堰總滲流量表

根據(jù)《土壩設(shè)計(jì)》第197頁(yè)堰基滲流量計(jì)算公式，弱風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化層滲流按

q=K（HT/nL）

根據(jù)《土壩設(shè)計(jì)》第171頁(yè)達(dá)塞定理計(jì)算帷幕灌漿滲流量，q=kiA；

A，帷幕水流斷面面積，帷幕寬度面積；

k，滲透系數(shù)（m/d），灌漿帷幕取 1.0×10-6cm/s=8.64×10-4m/d；

H，水頭；L，滲透長(zhǎng)度，灌漿帷幕取1m-1.5m；i，水力坡降，i=H/L

3.2.3 巖坎圍堰穩(wěn)定性驗(yàn)算

（1）穩(wěn)定安全系數(shù)。本巖坎圍堰考慮為土石圍堰，級(jí)別為Ⅳ級(jí)，根據(jù)規(guī)范，圍堰穩(wěn)定安全系數(shù)≥1.25（此系數(shù)按最大考慮），邊坡穩(wěn)定；

（2）穩(wěn)定計(jì)算。①作用于圍堰的主要荷載，計(jì)算時(shí)，不同部位應(yīng)選擇不同容重，本巖坎圍堰，加高碚厚區(qū)，考慮為堆石體，干容重Γb=Γm（1-n），Γm塊石容重，n孔隙率；浮容重Γu=Γd-（1-n）Γω，Γω水容重，n孔隙率。

a）層粉細(xì)砂，結(jié)構(gòu)松散，均一性差，滲水性強(qiáng)，初判為可能液化土，該層位于地下水位以上，不作液化復(fù)判，因該層工程性質(zhì)較差，建議清除表層粉細(xì)砂；b）層砂卵礫石為主，夾少量漂塊石；c）層白堊系/板巖夾砂巖；所有土料的浮容重均在1.0g/cm3左右，飽和容重都在2.0g/cm3左右，其誤差不超過8%。具體容重參見圖2。

根據(jù)本巖坎圍堰的結(jié)構(gòu)形式及巖性，屬非粘性土堆石的干坡。當(dāng)在洪水位時(shí)，為全部浸水，坡的滑裂面為一平面；若部分浸水，部分干坡，為折線滑動(dòng)；考慮全部浸潤(rùn)形成平面滑移面。

圖2 滑移面計(jì)算簡(jiǎn)圖

設(shè)坡上一土粒重為Q，其滑動(dòng)力為Qsinα，抗滑力為Qcosαtgψ，內(nèi)摩擦角取以上①～⑤種土體中最小值，按③浸潤(rùn)容重28考慮，則穩(wěn)定安全系數(shù)

K=Qcosαtgψ/Qsinα=ctgαtgψ=ctg28tg28=1.88×0.53=1.0

K=1.0＜1.25，該巖坎圍堰初步設(shè)計(jì)邊坡坡度：背水面1:1，迎水面1:1.5，不滿足要求。

4 結(jié)論

根據(jù)2.2.3巖坎圍堰穩(wěn)定計(jì)算，若考慮去掉①層Q4al+pl粉細(xì)砂，則內(nèi)摩擦角取②浸潤(rùn)容重38，K=1.5＞1.25，邊坡滿足要求。

調(diào)整巖坎圍堰設(shè)計(jì)的措施及辦法：

（1）加高碚厚前清除巖坎覆蓋層（①層Q4al+pl）；

（2）調(diào)整巖坎圍堰坡度：迎水面邊坡1:1.75，背水面邊坡1:1.5。

[1]DLT 5719—2015.水電水利工程施工基坑排水技術(shù)規(guī)范[S].

[2]土壩設(shè)計(jì).

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.198