寶泉電站上庫瀝青混凝土面板基礎(chǔ)處理研究

□邵 穎 □邵 蔚 □趙麗華（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司）

寶泉電站上庫瀝青混凝土面板基礎(chǔ)處理研究

□邵 穎 □邵 蔚 □趙麗華（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司）

寶泉上庫地處太行山脈，工程區(qū)山高坡陡，多大雨和暴雨。從地形、地貌上看，山體天然形成的基巖面非常陡峭，庫區(qū)常見幾十米高的絕壁，開挖揭露的基巖面多為幾十米深的陡坎。采用瀝青混凝土面板護(hù)岸防滲,施工階段面板基礎(chǔ)開挖揭露大、小不等的7個“V”形沖溝，地勢切割劇烈，為避免防滲面板由于不均勻沉陷導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞,對沖溝進(jìn)行了換填、過渡或設(shè)支撐板等基礎(chǔ)處理措施。

瀝青混凝土面板；換填；沖溝

1 上庫工程概況

寶泉抽水蓄能電站（以下簡稱寶泉電站）位于河南省輝縣市薄壁鎮(zhèn)，電站裝機1200MW。

上庫正常蓄水位789.60m，由庫盆、主壩、副壩、排水洞及攔渣壩等建筑物組成。庫盆采用簡式結(jié)構(gòu)的瀝青混凝土防滲面板結(jié)構(gòu)，面積17萬m2，總厚度20.20cm，自上而下由0.20cm厚封閉層、10cm厚防滲層、10cm厚整平膠結(jié)層組成。面板下設(shè)0.60m厚排水墊層，基礎(chǔ)要求坐于基巖。

工程區(qū)山高坡陡，點暴雨強度大，庫岸巖石岸坡與沖溝交錯分布，沖溝內(nèi)部充填物質(zhì)組成多為第四系崩、坡積物，由壤土夾碎塊石或碎塊石夾壤土組成，碎塊石之間充填細(xì)顆粒的礫和壤土。

庫岸地層以饅頭組為主，巖石為頁巖、泥灰?guī)r及灰?guī)r互層，在降雨期，沿巖層界面有明顯滲水，局部滲水量較大。

2 沖溝地形及充填物特性

2004年6月上庫主體工程開工，隨著庫盆的全面開挖，揭露環(huán)庫兩岸發(fā)育有大小不一的沖溝共7個（見圖1），沖溝出露面積21700m2，占整個庫岸瀝青混凝土面積13%，其中2#、3#、5#、6#、7#沖溝規(guī)模較小，1#、4#沖溝與左岸脫空段規(guī)模較大。

1#沖溝位于庫盆右側(cè)，出露樁號庫1+200～1+318m，左岸脫空段位于庫盆左側(cè)，出露樁號庫0+687～0+555m，兩沖溝類型類似，均為庫岸自768m高程左右向下基巖面變陡，形成約60°的基巖陡坎，造成瀝青混凝土面板下部基礎(chǔ)脫空。取樣分析表明，覆蓋層>20mm的粗粒含量（質(zhì)量比）>50%，天然干密度1.84～2.36g/cm3。

圖1 上庫庫盆沖溝平面位置分布圖

4#沖溝位于庫岸樁號0+780m處，匯流面積0.25km2，25年一遇洪峰流量16m3/s。沖溝走向與岸坡斜交，高程791.60m處寬度約85m，沖溝內(nèi)主要為第四系壤土夾碎塊石或碎塊石夾壤土，>20mm的粗粒含量（質(zhì)量比）占50%以上，局部含有粒徑>1m的塊石。

3 瀝青混凝土面板基礎(chǔ)缺陷處理

為保證上庫防滲結(jié)構(gòu)體系的安全性，原設(shè)計要求瀝青混凝土面板基礎(chǔ)坐于基巖?？紤]到庫岸地質(zhì)條件改變對工期和造價的影響，參考其他工程經(jīng)驗、經(jīng)現(xiàn)場原位試驗及三維模型分析，沖溝段瀝青面板基礎(chǔ)按3條原則控制：①瀝青混凝土面板沉降梯度控制在1%以內(nèi)；②墊層表面變形模量≥35MPa。③根據(jù)沖溝出露規(guī)模，簡化規(guī)模小的2#、3#、5#、6#、7#沖溝的處理措施，重點研究1#、左岸脫空段和4#沖溝處理方案。

3.1 2＃、3＃、5＃、6＃、7＃ 沖溝面板基礎(chǔ)缺陷處理

2#、3#、5#、6#、7#沖溝規(guī)模較小，出露最深點高程多在770m以上，770m以下沖溝較淺或尖滅，該部分合計回填處理方量 1.83萬m3。

基礎(chǔ)處理比較了削坡回填級配碎石、漿砌石補坡+回填級配碎石、全挖全填漿砌石（素混凝土）3個方案，由于回填級配碎石需分層斜坡碾壓，上部環(huán)庫路挖斷后，碾壓機械上部牽引設(shè)備不具備施工場地，同時斜坡碾壓與交通廊道存在施工干擾，因此選定挖除覆蓋層后采用C10素混凝土回填，局部采用M7.50水泥砂漿砌60號塊石回填的處理方案。

3.2 1＃沖溝及左岸脫空段的面板基礎(chǔ)缺陷處理

1#沖溝與左岸脫空段脫空量合計達(dá)12.66萬m3；經(jīng)施工期連續(xù)監(jiān)測，開挖揭露面無滲水點出露，因此處理重點是采用經(jīng)濟(jì)、快速的措施加以處理，以避免基礎(chǔ)不均勻沉降對防滲面板造成的破壞。

通過上庫局部三維鄧肯-張E-B非線性彈性模型計算成果類比分析顯示，順坡向基礎(chǔ)突變、軟硬相間對面板拉應(yīng)變影響很大，面板最大應(yīng)變大于設(shè)計允許應(yīng)變，因此需要對基礎(chǔ)加以處理。

處理方案比較了以普通混凝土面板替代瀝青混凝土面板、回填增模碾壓堆石+砂礫石（干貧）碾壓混凝土、回填堆石混凝土+素混凝土等方案，從技術(shù)可行性、施工可操作性、工期及投資等方面綜合考慮，結(jié)合開挖現(xiàn)狀，1#沖溝處理：庫岸及廊道基礎(chǔ)挖至基巖，局部廊道基礎(chǔ)挖至722m高程不見基巖時不再開挖，廊道底板高程以下采用C10堆石混凝土，以上采用C10素混凝土回填；左岸脫空段廊道底板高程（739m）以上岸坡挖至基巖，采用堆石混凝土和素混凝土相結(jié)合的方式回填；廊道基礎(chǔ)原則上按設(shè)計要求開挖至基巖，局部基巖埋置較深段，廊道基礎(chǔ)設(shè)置托梁或廊道支撐梁跨過覆蓋層基礎(chǔ)。

3.3 4＃沖溝的處理

4#沖溝脫空方量約5.20萬m3。從地形上看，4#沖溝為兩支溝匯流形成，溝內(nèi)充填物具有一定透水性。雨季在沖溝上部山體可見明流，雨量大時形成短時瀑布。因此，4#沖溝處理的關(guān)鍵點在于采用合適的結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不均勻沉降，采用內(nèi)排外截的措施緩解面板的反向水壓力。

由于4＃沖溝發(fā)育區(qū)域較大，地形不規(guī)則、覆蓋層厚度不均一，全部挖除工程量大，工期較長，直接影響到總工期控制，因此在滿足穩(wěn)定及變形要求的情況下，覆蓋層較窄、薄部位全部挖除采用C15素混凝土回填；覆蓋層開口寬闊、層厚較大部位保留部分覆蓋層，在墊層建基面下設(shè)C20混凝土（鋼筋混凝土）支撐板：770m高程以上支撐板為等厚度1.20m，770m高程以下支撐板外坡1:1.70不變，內(nèi)坡1：1.50，厚度由1.20m漸變至3.63m。支撐板下設(shè)0.30m厚C10無砂混凝土排水層、排水層內(nèi)設(shè)φ100PVC排水管網(wǎng)與庫底排水廊道連接，支撐板周邊與基巖搭接寬1.00m。

為避免表面徑流和地下徑流滲入面板基礎(chǔ)形成反向水壓，在環(huán)庫公路外側(cè)設(shè)置截水溝排走表面來水，在4＃沖溝較窄處設(shè)一道截水墻，阻斷地下滲水。截水墻墻高10m，寬13m，厚1.00m，采用C25W6混凝土，墻基礎(chǔ)及兩側(cè)嵌入基巖0.80m，布置見圖2。

4 超挖和地質(zhì)缺陷處理

4.1 庫岸超挖處理

圖2 4#沖溝支撐板典型剖面圖

庫岸瀝青混凝土面板下臥層為0.60m厚排水墊層，墊層基礎(chǔ)要求坐于基巖，設(shè)計允許超挖0.30m厚。

庫岸地層以饅頭組為主，巖石為頁巖、泥灰?guī)r及灰?guī)r互層?；?guī)r裂隙發(fā)育，爆破時沿巖石裂隙面形成臺階，臺階高差多在2m左右，頁巖及泥灰?guī)r開挖后存在崩解風(fēng)化和泥化現(xiàn)象，造成庫岸邊坡開挖過程中和開挖后存在地質(zhì)超挖現(xiàn)象。為保證基礎(chǔ)墊層厚度的均勻性，超挖深度超過0.30m(垂直坡面)厚時，采用C10素混凝土或漿砌石補坡，補坡表面粗糙深度≥2mm。

4.2 庫岸巖體滲水處理

庫岸邊坡開挖完成后，有多處巖體層面和點狀滲水出露，滲水和上庫降雨歷時和強度無明顯關(guān)聯(lián)，經(jīng)地質(zhì)工程師現(xiàn)場查勘，滲水出露點（線）均位于庫盆左岸岸坡，共23處，分為點狀滲水和帶狀滲水兩類。

4.2.1 點狀滲水

集中于k0+337.57m～k0+977.00m之間，沖溝與巖石岸坡交界處滲水出露點多屬于集中滲流點滲水，除4#沖溝底部出水點高程較低，其他出水點多分布于780m高程附近。對于該類型庫岸滲水，采用摳槽回填無砂混凝土，埋設(shè)φ100mm塑料排水盲管將滲水引至庫底排水廊道，摳槽斷面0.30m×0.20m（b×h），滲水點處局部擴挖為臺階，臺階和摳槽采用C10無砂混凝土回填至庫岸排水墊層建基面，塑料排水盲管埋設(shè)于無砂混凝土中，盲管外包土工布一層，土工布滲透系數(shù)≥10-2cm/s，盲管與已澆筑排水廊道預(yù)留排水管可靠連接，或水平連接至附近未澆筑的排水廊道或交通廊道。

4.2.2 線狀滲水

集中于k0+132.17m～k0+337.57m之間，主要由地質(zhì)構(gòu)造斷層的巖石裂隙引起，滲水線分布雜亂，整體出水量較大。針對該型滲水型式，采用沿滲水線開挖臺階回填無砂混凝土+埋設(shè)φ100mm塑料排水盲溝，排水管縱向坡度3‰，端部順岸坡?lián)覆勐裨O(shè)排水管通至庫底排水廊道或水平連接通至附近未澆注排水廊道和交通廊道。在開挖臺階時，若遇到臺階裂隙發(fā)育，采用C10素混凝土回填為1:5坡，坡腳傾向庫岸，以利滲水匯流。

現(xiàn)場滲水點處理于2006年完成，經(jīng)歷了2007年7-10月雨季，庫岸邊坡穩(wěn)定，未見滲水出露，說明庫岸滲水處理比較成功。

5 結(jié)論

為避免上庫建成蓄水后瀝青混凝土面板防滲系統(tǒng)破壞，采用開挖置換回填剛性材料、混凝土（鋼筋混凝土）板過渡+上截下排等工程措施對沖溝加以處理，針對庫岸地質(zhì)缺陷采取回填素混凝土補坡，有效疏導(dǎo)庫岸滲水等措施，保證瀝青混凝土面板基礎(chǔ)均勻性，從而確保瀝青混凝土面板防滲的安全性。

TV541+.1

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1673-8853(2014)08-0001-02

邵 穎（1972-），女，高級工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2013-03-03

李 迪）