高車水庫(kù)混凝土砌石拱壩基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)

熊育祥

(黔南州水利水電設(shè)計(jì)研究院，貴州?都勻?558000)

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高車水庫(kù)混凝土砌石拱壩基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)

熊育祥

(黔南州水利水電設(shè)計(jì)研究院，貴州?都勻?558000)

大壩基礎(chǔ)開挖深度根據(jù)初步設(shè)計(jì)鉆孔資料推測(cè)，存在以點(diǎn)代面局限性，難以反映整個(gè)基礎(chǔ)建基面實(shí)際巖性的特征，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)按推測(cè)建基面高程進(jìn)行開挖控制，往往造成不必要的超挖超填現(xiàn)象，從而增加工程投資和工期。高車水庫(kù)大壩工程施工階段對(duì)大壩基礎(chǔ)開挖前進(jìn)行基礎(chǔ)聲波檢測(cè)分析，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)基礎(chǔ)開挖進(jìn)行控制，在滿足大壩基礎(chǔ)建基要求前提下，調(diào)整基礎(chǔ)建基高程，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)、減小工程量和縮短工期目的。表2個(gè)。

水庫(kù)；大壩；基礎(chǔ)開挖；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 工程概況

高車水庫(kù)位于貴州省福泉市圍阻河上，主要任務(wù)是作為福泉市城區(qū)生活用水及工業(yè)用水的供水水源，水庫(kù)正常蓄水位925.00 m，校核洪水位929.70 m，總庫(kù)容1 755萬m3。設(shè)計(jì)擋水建筑物為C15細(xì)石混凝土砌毛石雙曲拱壩，壩頂高程930.00 m，設(shè)計(jì)建基面最低高程888.30 m，最大壩高41.7 m，壩體上、下游壩面采用M10水泥砂漿砌C20混凝土預(yù)制塊，采用C20混凝土防滲；泄水建筑物布置于河床壩段，為無閘控制的表孔泄洪方式，溢流堰頂高程925.00 m，溢流前緣總長(zhǎng)49 m，設(shè)置人行橋墩。堰體采用WES型堰面曲線，挑流消能方式，取水及放空、沖砂底孔建筑物布置于右壩段。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 大壩基礎(chǔ)初步設(shè)計(jì)

高車水庫(kù)大壩工程在初步設(shè)計(jì)過程中，對(duì)河床段偏右岸進(jìn)行了鉆孔勘探(ZK3)及取芯樣巖芯試驗(yàn)等基礎(chǔ)地質(zhì)勘測(cè)工作。根據(jù)該鉆孔地勘資料分析，河床基礎(chǔ)巖體為中厚層白云巖，強(qiáng)風(fēng)化層深約4 m，弱風(fēng)化層深約7.3 m。根據(jù)設(shè)計(jì)壩型對(duì)地基條件的要求，確定河床弱風(fēng)化巖體下部作為壩基基礎(chǔ)，為此初步設(shè)計(jì)確定大壩設(shè)計(jì)建基面為886.00 m高程，施工圖設(shè)計(jì)以886.00 m高程為大壩設(shè)計(jì)建基面為依據(jù)。

2.2 設(shè)計(jì)變更依據(jù)

在項(xiàng)目實(shí)施后，為進(jìn)一步探明河床基礎(chǔ)地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)在河床開挖爆破前利用鉆爆孔對(duì)大壩基礎(chǔ)基巖進(jìn)行聲波測(cè)試，檢測(cè)開挖前、后大壩基礎(chǔ)基巖單孔和跨孔聲波變化。

覆蓋層開挖完成至巖基開挖前，在左岸及壩中部壩基巖體上布置7個(gè)單孔和20對(duì)跨孔聲波測(cè)試，完成單孔測(cè)點(diǎn)114點(diǎn)，跨孔測(cè)點(diǎn)321點(diǎn)?？缈茁暡y(cè)試鉆孔孔口平均高程為894.0 m，分別布置在壩基左岸及中部巖體上，測(cè)試基巖為白云巖。從巖體跨孔聲波測(cè)試結(jié)果分析表明，測(cè)試段大部分巖體平均波速均在4 000 m/s到5 000 m/s；說明在889.00 m高程以下大壩基礎(chǔ)巖體較完整，測(cè)試巖體完整性較好。中部4、5號(hào)孔在6 m深處局部測(cè)點(diǎn)波速偏低，反映鉆孔部分巖體有集中裂隙發(fā)育，裂隙膠接較差(見表1)。

在基礎(chǔ)巖基開挖至平均高程889.60 m時(shí)，揭示建基面巖基完整性較好，局部裂隙已基本閉合，右岸偏中部出現(xiàn)2條夾泥裂隙，與開挖前檢測(cè)結(jié)果基本吻合。為進(jìn)一步探明開挖后基巖完整性和裂隙發(fā)展情況及爆破對(duì)基礎(chǔ)巖體的影響等，再次委托檢測(cè)單位在平均高程面889.60 m進(jìn)行鉆孔跨孔聲波檢測(cè)，鉆孔深度約3.8 m。測(cè)孔布置在左右岸及壩中偏右岸的巖基面(平均高程889.60 m)，共布置11對(duì)鉆孔跨孔聲波檢測(cè)分析，各對(duì)鉆孔間距在1.35～2.86 m，檢測(cè)的3個(gè)部位壩基巖體均為白云巖，各測(cè)試孔均能充滿水。

表1 單孔聲波測(cè)試成果

檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)說明，888.30 m高程基礎(chǔ)以下巖體縱波速最小值均在3 500 m/s以上，平均值均大于4 000 m/s，與開挖前聲波檢測(cè)結(jié)果基本一致。說明888.30 m高程以下基巖已達(dá)到微風(fēng)化巖體，符合初設(shè)階段設(shè)計(jì)建基面要求，且?guī)r體較初設(shè)階段分析基礎(chǔ)地質(zhì)情況好。

根據(jù)開挖前后基礎(chǔ)聲波測(cè)試結(jié)果，按《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》(SL 47—94)中彈性波縱波波速檢測(cè)方法進(jìn)行分析和判斷基礎(chǔ)巖石質(zhì)量。同部位的爆破破壞或基礎(chǔ)巖體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其變化率為：

η=1-(CP2/CP1)

式中，CP2為爆后波速；CP1為爆破前波速。

判斷：當(dāng)η>10%時(shí)，爆破影響或基礎(chǔ)巖體質(zhì)量差。根據(jù)測(cè)孔平面位置相近同部位在開挖前后888.3 m高程檢測(cè)波速共8組(見表2)。

表2 開挖前、后888.3 m高程同位置巖體檢測(cè)波速統(tǒng)計(jì)

從表2可知，η值大都在規(guī)范要求的10%以下，說明大壩基礎(chǔ)開挖后，在平均高程888.30 m巖體受爆破影響較小。認(rèn)為888.30 m高程巖基面可滿足大壩建基面要求，為此施工圖設(shè)計(jì)階段按建基面由原來的886.00 m高程調(diào)整至平均高程888.30 m。

2.3 變更設(shè)計(jì)后對(duì)工程影響

大壩基礎(chǔ)開挖并處理至888.30 m高程面時(shí)，大部分裂隙已閉合，開挖揭示河床段偏右岸有2條順河向切割較深的夾泥裂隙，巖體的完整性相對(duì)較差，風(fēng)化也相對(duì)較深，設(shè)計(jì)按規(guī)范要求對(duì)出露裂隙提出處理要求。開挖處理完成的大壩基礎(chǔ)面經(jīng)過專家現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收認(rèn)定，認(rèn)為建基面由原886.00 m高程提高至888.30 m高程滿足大壩設(shè)計(jì)建基面要求。

在建基面提高至888.30 m高程后，為便于大壩穩(wěn)定和應(yīng)力復(fù)核，設(shè)計(jì)調(diào)整起拱高程至890.00 m，并對(duì)大壩設(shè)計(jì)調(diào)整后的壩體進(jìn)行穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算；經(jīng)復(fù)核整體穩(wěn)定和應(yīng)力均滿足大壩設(shè)計(jì)規(guī)范要求。同時(shí)，提高建基面高程設(shè)計(jì)后，可減少開挖工程量1 560 m3，減少回填工程量1 560 m3，從而降低工程直接投資。

設(shè)計(jì)分析認(rèn)為，大壩基礎(chǔ)開挖并處理至888.30 m高程時(shí)，基礎(chǔ)巖基面滿足大壩基礎(chǔ)建基面設(shè)計(jì)要求，大壩建基面由原初設(shè)886.00 m 提高至888.30 m技術(shù)方案可行，同時(shí)對(duì)大壩應(yīng)力穩(wěn)定沒有影響，且節(jié)省工程投資。

3 結(jié) 語(yǔ)

因水利工程前期工作經(jīng)費(fèi)投入的限制，致使設(shè)計(jì)單位在前期工程設(shè)計(jì)，特別是對(duì)工程地質(zhì)勘探工作投入的局限性，使大壩基礎(chǔ)勘探工作量偏少，導(dǎo)致設(shè)計(jì)對(duì)大壩整體基礎(chǔ)巖石風(fēng)化深度、巖石裂隙發(fā)育情況等推測(cè)存在一定的偏差。在工程進(jìn)入實(shí)施階段后，利用基礎(chǔ)開挖鉆爆孔進(jìn)行補(bǔ)充探測(cè)，進(jìn)一步分析和判斷基礎(chǔ)巖石完整性和裂隙分布，合理地進(jìn)行基礎(chǔ)建基面高程調(diào)整和指導(dǎo)基礎(chǔ)開挖方式是很有必要的。高車水庫(kù)在施工圖階段的基礎(chǔ)開挖設(shè)計(jì)中，在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)施階段對(duì)基礎(chǔ)探測(cè)情況進(jìn)行合理優(yōu)化，盡可能減小不必要的開挖深度，減少基礎(chǔ)開挖和回填工程量，從而為節(jié)省工程投資提供了技術(shù)支撐。

責(zé)任編輯 吳 昊

2015-05-22

熊育祥(1971-)，男，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)及總承包項(xiàng)目管理等方面的工作。