砂卵石地基上引水式水電站廠房的不均勻沉降問題分析

剛得志

摘 要：在當前的水電站開發(fā)當中，引水式開發(fā)是一種十分常見的開發(fā)方式，通常在流量小、坡降大的河流中得到應(yīng)用。由于山區(qū)河流地形狹窄，可供選擇的場地有限，為了合理利用水能資源，降低投資，廠址的選擇往往在河灘地或階地上，因此發(fā)電廠房以砂卵石等一些軟弱基礎(chǔ)為地基的概率比較大。砂卵石具有透水性、不均勻性、壓縮特性等性質(zhì)，對于工程安全的影響較為不利。同時，由于引水式水電站廠房結(jié)構(gòu)的自重較大，其地基基礎(chǔ)會產(chǎn)生較大幅度的沉降。上下游的地基還可能發(fā)生較大的不均勻豎向沉降。

關(guān)鍵詞：砂卵石地基；引水式水電站廠房；不均勻沉降；問題分析

前言

在砂卵石地基上進行引水式水電站廠房的建設(shè)，如果其地基出現(xiàn)不均勻或過大的沉降，都會給廠房的安全造成極大的影響，甚至對整個水電站的安全運行造成危害。而水電站在建設(shè)廠房的過程中，采取分機組段建設(shè)的一個重要因素就是考慮到了在各個機組段之間可能會發(fā)生不均勻的豎向沉降。因此，對引水式水電站廠房在砂卵石地基上進行建設(shè)發(fā)生的不均勻沉降問題進行研究，具有十分重要的意義。

1 砂卵石地基的地址特性

1.1 不均勻性

砂卵石地基通常位于河床軟弱地基，在砂卵石的沉積過程中，周圍的自然環(huán)境鍵位復(fù)雜，而且十分多變。砂卵石的內(nèi)部層次結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成等都會發(fā)生較大的變化。在砂卵石當中，往往都會含有粘性土、細粉砂等工程性質(zhì)較為不良的軟弱夾層。因此，砂卵石具有很大的不均勻性，砂卵石地基的不均勻性變發(fā)生機率也很大。

1.2 壓縮性

從砂卵石材料的內(nèi)部機構(gòu)構(gòu)成及其主要組成成分等方面來看，砂卵石具有很大的壓縮變形特征。按照疏密程度來劃分，砂卵石通常分為密實、中密和稍密等形式。如果在其上建設(shè)引水式水電站廠房，砂卵石將會受到壓力而發(fā)生形變，進而導(dǎo)致不均勻沉降[1]。

1.3 抗剪性

砂卵石地基的承載力和抗剪強度會受到很多因素的影響。其中，砂卵石材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、砂卵石當中的級配等因素產(chǎn)生的影響最大。通常情況下，級配良好、結(jié)構(gòu)密實的地基才具有較高的承載能力，其抗剪性能也比較高。但是，砂卵石的特性決定了其密實程度十分有限，難以承載過重的廠房，因此其抗剪性能也十分有限。

1.4 滲透性

砂卵石作為一種軟弱地基，其滲透性很強。對于大多數(shù)砂卵石材料來說，其滲透系數(shù)都比較大。因此在砂卵石地基當中，時常會出現(xiàn)滲漏的情況，進而對地基的穩(wěn)定性造成影響。如果穩(wěn)定性降低到一定程度，將會導(dǎo)致水電站廠房發(fā)生不均勻沉降的情況。

2 砂卵石地基上引水式水電站廠房的不均勻沉降

砂卵石地基中存在的各種問題，對引水式水電站廠房的安全造成了很大的威脅，尤其是其沉降現(xiàn)象更為嚴重。砂卵石地基的沉降可能造成兩種情況，一種是過大的沉降量降低了建筑物的標高，使其正常運行和使用受到了影響。另一種是過大的不均勻沉降可能導(dǎo)致建筑物的傾斜、倒塌、混凝土部件的開裂等情況，不但會對建筑物的使用造成影響，對其結(jié)構(gòu)安全造成威脅。嚴重時，還可能對人們的生命財產(chǎn)安全造成損害[2]。

對于以上情況，如果砂卵石的覆蓋層厚度較小，而且全部挖出較為方便，就可以將其全部挖出，然后換填性能更為良好的材料。如果砂卵石覆蓋層厚度較大，或者挖掘不易，將會導(dǎo)致施工難度和施工成本大增，因此不宜采用此種處理方法。所以，對于實際情況不同的砂卵石地基，通常要采取不同的方法進行處理。在相應(yīng)處理完成之后，砂卵石地基的不均勻沉降現(xiàn)象將會得到一定的控制。但是如果砂卵石覆蓋層的厚度過大，或是不同地方的厚度差異過大，就不能單靠常規(guī)的地基處理方法對其進行處理。此外，進行地基處理還需要花費大量的資金，不利于施工成本的控制。

因此，在砂卵石地基上進行引水式水電站廠房建設(shè)的過程中，應(yīng)當對不均勻沉降進行細致的研究，利用有限元模擬計算方法，對不均勻沉降值計算。根據(jù)計算結(jié)果，采用不同處理方案，對砂卵石地基上引水式水電站廠房不均勻沉降進行處理過程中的，不均勻沉降差值和沉降規(guī)律等信息進行研究和分析，從而選擇最為合理、經(jīng)濟、有效的砂卵石地基處理方案。同時，在砂卵石地基處理的過程當中，要對各方面的細節(jié)和技巧加以重視。這樣，能夠?qū)ι奥咽鼗弦剿娬緩S房的不均勻沉降情況進行有效的控制和降低，最大限度的確保水電站廠房的運行安全和質(zhì)量安全，使其能夠正常的發(fā)揮作用，同時避免安全事故的發(fā)生[3]。

3 不均勻沉降的應(yīng)對措施

砂卵石地基的材料強度較低，其結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，因此很容易發(fā)生不均勻沉降的情況。而在施工過程中，如果用其它性質(zhì)較好的材料來替換砂卵石覆蓋層，又會極大的增加工程量，同時也會提高施工難度。因此，在引水式水電站廠房的建設(shè)過程中，應(yīng)當采取適當?shù)膽?yīng)對措施，對砂卵石地基進行處理，盡量降低或避免砂卵石地基造成的不均勻沉降現(xiàn)象[4]。

在實際施工過程中，采取的主要方法是部分清除、固結(jié)灌漿、振沖碎石樁、高壓旋噴樁等方式，對砂卵石地基進行處理，提高砂卵石材料的強度及其承載力，從而降低地基不均勻沉降現(xiàn)象。同時還能夠有效的將地基滲漏情況減小，防止砂卵石地基發(fā)生震動液化的情況，這樣對于引水式水電站廠房的安全運行具有十分良好的意義。另一方面，砂卵石地基還可能發(fā)生震動液化的情況。因此要對砂卵石地基進行仔細的檢查。如果其中存在可液化土體，應(yīng)當及時進行清除，同時進行振動碾壓，使其中的孔隙率降低，提高土體的密度，增強土體強度和抗液化能力。

4 實際應(yīng)用

四川省甘孜州九龍縣踏卡水電站廠址區(qū)采用的就是振沖碎石樁的方式處理基礎(chǔ)。前期勘探發(fā)現(xiàn)廠房持力層以下有厚度在5～15m的細砂夾粉土層。該土層主要由中細砂及粉土等細粒物質(zhì)組成，物理力學性質(zhì)較差，透水性微弱，如果遇到地震，則有液化可能。因此為了廠房建筑物的安全，經(jīng)過方案對比，最后采用了振沖碎石樁對基礎(chǔ)進行處理。

5 結(jié)束語

對于一般的建筑物來說，地基的安全性和穩(wěn)定性對建筑物的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全具有十分重要的意義，也是建筑物功能正常發(fā)揮的重要保障。而在引水式水電站廠房的建設(shè)中，由于實際地形的限制，使得其只能選擇砂卵石作為地基。但是砂卵石的各種特性決定了其不適合作為地基使用，否則極易出現(xiàn)不均勻沉降的情況。對此，應(yīng)當細致的分析和掌握沉降的具體原因，采取相應(yīng)的措施進行處理，降低和避免不均勻沉降的發(fā)生，進而保障引水式水電站廠房的安全。

參考文獻

[1]王汝恒.巨型框架結(jié)構(gòu)-筏基-砂卵石地基的靜動力共同作用研究[D].重慶大學，2014.

[2]于倩倩.河床式水電站廠房結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析方法研究[D].天津大學，2012.

[3]向賢禮.砂卵石地基的勘測方法與承載力研究[D].中南大學，2011. [4]何小雄.某水電站廠房結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算與深層抗滑穩(wěn)定分析[D].西安理工大學，2013.