膠凝砂礫石在攔河引水樞紐工程基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用

崔忠 新疆水利水電勘測設(shè)計研究院

1.工程概況

新疆EH輸水工程首部攔河樞紐由泄洪閘、溢流堰、引水閘等主要建筑物組成。首部攔河樞紐工程規(guī)模為大（2）型工程，建筑物級別為2級。攔河引水樞紐洪水標準按50年一遇設(shè)計，相應(yīng)洪峰流量為1750m/s；200年一遇校核，相應(yīng)洪峰流量為3077m/s。閘址處天然多年平均懸移質(zhì)輸沙量為330.6×10t，多年平均懸移質(zhì)輸沙率為104.8kg/s，多年平均懸移質(zhì)含沙量為0.994kg/m，多年平均推移質(zhì)輸沙量為33.06×10t，多年平均總輸沙量為363.6×10t。

1.1 工程布置

攔河引水樞紐布置在相對順直泄洪閘布置在河床左側(cè)，樁號為：壩0+000.0m～壩0+069.0m，泄洪閘閘室長度為19.0m，設(shè)有一道工作門和兩道檢修門，共布置6孔，其中邊孔泄洪閘閘室凈寬度為4.0m，設(shè)置有胸墻為潛孔泄洪閘，其余5孔閘室凈寬為10.0m，不設(shè)胸墻為開敞式泄洪閘。泄洪閘邊墻厚1.5m，中墩厚2.0m，閘室總寬度為69.0m。閘頂高程651.0m，底板高程638.0m，底板厚2.0m。閘室結(jié)構(gòu)采用C35、F300、W8鋼筋混凝土。

溢流堰段布置于泄洪閘右側(cè)河床，樁號為：壩0+069.00m～壩0+144.00m，堰頂總寬75.0m，溢流堰為無閘門控制溢流堰，堰頂高程為644.1m。堰型采用WES實用堰，堰前部采用三段圓弧連接，溢流堰最大堰高8.1m，上游面鉛直，下游面坡比為1：1.0。順水流方向長度19.0m，溢流堰總長度75m，垂直水流方向每15m設(shè)置一道結(jié)構(gòu)縫。溢流堰結(jié)構(gòu)采用C35、F300、W8混凝土。

引水閘布置在左岸，泄洪閘上游約40m處，其軸線與泄洪閘軸線交角為90°，底板高程為640.00m，比泄洪閘底板高程高2.0m。引水閘設(shè)計引水流量40.0m/s。引水閘由攔污柵、檢修門和工作門組成。攔污柵孔數(shù)為3孔，每孔凈寬5.0m，閘底板高程640.00m，閘頂高程為651.00m，攔污柵閘室寬21.0m，長度18.0m。攔污柵閘室和工作門閘室由長24.0m的漸變段相連，寬度由18.0m漸變到7.9m。工作門及檢修門孔數(shù)為1孔，凈寬7.9m，長度18.0m，閘底板高程640.00m，閘頂高程為651.00m。引水閘閘室結(jié)構(gòu)采用C35、F300、W8鋼筋混凝土。引水樞紐體布置見圖1。

圖1 攔河引水樞紐布置圖

1.2 工程地質(zhì)

左岸坡地形下部坡度約為40°,上部地形成緩坡，該段基巖裸露，巖性為上石炭統(tǒng)變質(zhì)砂巖，產(chǎn)狀為315°N E ∠75°。強風(fēng)化層厚2.5～3.5m，巖體裂隙較發(fā)育，弱風(fēng)化層厚3～4 m，微風(fēng)化～新鮮巖石堅硬、完整。河床寬約115 m，為現(xiàn)代河床，上部覆蓋層厚6.5～13.5m，巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石層。但原始地層已完全被淘金者擾動，均被分離成相對較集中的卵礫石和粉細砂堆積體，在平面和垂直深度上長度及厚度不等，其中：卵礫石被堆積在一起形成較厚的架空層，粉細砂被堆積在一起形成較厚的流沙層,易形成不均勻沉降。右岸地形坡度變化較大，下部較緩，坡度約為33°，上部較陡，坡度約為71°，該段基巖裸露，巖性為上石炭統(tǒng)變質(zhì)砂巖，產(chǎn)狀為315°NE∠75°。強風(fēng)化層厚2.5～3.5m，弱風(fēng)化層厚3～4m，微風(fēng)化～新鮮巖石堅硬、完整。

根據(jù)布置在閘址上下游附近的河床、河漫灘探坑開挖刻槽取樣試驗表明：粒徑＞150m含量占8.08%，粒徑5～150m含量占60.05%，粒徑＜5mm含量占30.87%，砂礫石層滲透系數(shù)1.0×10～2.7×10cm/s,砂礫石層變形模量E0=30MPa，粉細砂層變形模量E0=10MPa。

攔河閘基礎(chǔ)建議清除上部松散沖積砂卵礫石架空層及含礫中粗砂、粉細砂層，基礎(chǔ)置于基巖強風(fēng)化層下部，工程地質(zhì)條件滿足要求。

2.攔河引水樞紐基礎(chǔ)處理方案

攔河引水樞紐基礎(chǔ)為第四系全新統(tǒng)沖積含土砂卵礫石層，基礎(chǔ)開挖后還存在厚度0～7.0m的砂卵礫石層?；A(chǔ)原始地層已被淘金者擾動，存在級配不均的情況，如果不對基礎(chǔ)進行處理，運行期間可能會發(fā)生不均勻沉降，影響建筑物安全運行。鑒于工程的重要性，需對攔河引水樞紐砂礫石基礎(chǔ)進行處理，初擬兩種基礎(chǔ)處理方案。方案一砂礫石換填方案、方案二膠凝砂礫石換填方案。

2.1 砂礫石換填方案

泄洪閘基礎(chǔ)開挖后還存在厚度0～7.0m的砂卵礫石層，將泄洪閘基礎(chǔ)范圍內(nèi)已受擾動的砂卵礫石層全部挖除，進行換填處理。泄洪閘閘室基礎(chǔ)采用砂礫石進行基礎(chǔ)換填，閘室基礎(chǔ)下面設(shè)置一道防滲墻，防滲墻厚度為0.6m，防滲墻基礎(chǔ)深入巖石0.5m，防滲墻采用C35混凝土。溢流堰基礎(chǔ)開挖后還存在厚度0～7.0m的砂卵礫石層，將溢流堰基礎(chǔ)范圍內(nèi)已受擾動的砂卵礫石層全部挖除，溢流堰基礎(chǔ)采用砂礫石進行基礎(chǔ)換填，溢流堰上游設(shè)置一道防滲墻，防滲墻厚度為0.6m，防滲墻基礎(chǔ)深入巖石0.5m，防滲墻采用C30混凝土，防滲墻通過一連接板與溢流堰相連。防滲墻上游設(shè)施置40m長的混凝土鋪蓋，鋪蓋與防滲墻相連。砂礫石換填方案見圖2。

圖2 砂礫石換填方案結(jié)構(gòu)圖

2.2 膠凝砂礫石換填方案

泄洪閘基礎(chǔ)開挖后還存在厚度0～7.0m的砂卵礫石層，將泄洪閘基礎(chǔ)范圍內(nèi)已受擾動的砂卵礫石層全部挖除，進行換填處理。泄洪閘閘室基礎(chǔ)采用膠凝砂礫石換填。溢流堰基礎(chǔ)開挖后還存在厚度0～7.0m的砂卵礫石層，將溢流堰基礎(chǔ)范圍內(nèi)已受擾動的砂卵礫石層全部挖除，溢流堰基礎(chǔ)采用膠凝砂礫石換填。砂礫石換填方案見圖3。

圖3 膠凝砂礫石換填方案結(jié)構(gòu)圖

2.3 方案比選

膠凝砂礫石換填方案把攔河樞紐基礎(chǔ)全部攔截，不會發(fā)生滲透破壞。工程安全運行的角度考慮采用膠凝砂礫石換填方案優(yōu)于砂礫石換填方案。

砂礫石換填方案基礎(chǔ)開挖完成后，混凝土防滲墻的澆筑和砂礫石填筑施工相互干擾?；炷练罎B墻施工如質(zhì)量控制不好，容易出現(xiàn)安全隱患。膠凝砂礫石換填不存在施工干擾，施工質(zhì)量容易控制。工程施工的角度考慮采用膠凝砂礫石換填方案要優(yōu)于砂礫石換填方案。

3.膠凝砂礫石換填

膠凝砂礫石是一種由砂礫料和膠凝材料組成的集合體，使用少量的膠凝材料在工程現(xiàn)場不篩分、不水洗的砂礫石料，通過拌和、攤鋪、振動碾壓后形成具備一定強度、抗剪性能抗?jié)B性能的新型材料。

3.1 膠凝砂礫石骨料品質(zhì)要求

砂礫石料的品質(zhì)要求，砂礫石母巖抗壓強度高，表觀密度不小于2450kg/m，砂礫石質(zhì)地堅硬，在保障攪拌工藝和碾壓技術(shù)的標準的前提下，進一步確立砂礫料的最大粒徑；一般狀態(tài)下，最大粒徑不宜超過150mm。砂礫石的含水率應(yīng)相對穩(wěn)定，拌和時其中砂子的含水率不宜大于6%。砂礫料中的含泥量不超過5%，并要避免發(fā)生泥塊較為集中的現(xiàn)象。砂礫石級配料，粒徑小于5mm的砂含量宜在18%～35%，粒徑為5～40mm的含量宜為35%～65%。

3.2 基礎(chǔ)處理膠凝砂礫石料源

基礎(chǔ)處理膠凝砂礫石料源來自基礎(chǔ)開挖的砂礫料。泄洪閘閘室及溢流堰基礎(chǔ)以下砂礫石層厚度0～7.0m，河床原始地層已完全被淘金者擾動，被分離成相對較集中的卵礫石和粉細砂堆積體，在平面和垂直深度上長度及厚度不等，其中：卵礫石被堆積在一起形成較厚的架空層，粉細砂被堆積在一起形成較厚的流沙層，易形成不均勻沉降。河床砂礫料粒徑＞150m含量占8.08%，粒徑5～150m含量占60.05%，粒徑＜5mm含量占30.87%，砂礫石層滲透系數(shù)1.0×10～2.7×10cm/s。原始河床砂礫石開挖后，剔除粒徑大于150mm的石塊后滿足要求，參入一定量的水泥后進行拌和后形成膠凝砂礫石，再進行回填形成新的基礎(chǔ)。膠凝材料摻量不宜低于80kg/m，水泥熟料用量不低于40kg/m。

3.3 膠凝砂礫石的施工流程

膠凝砂礫石的施工方法和碾壓混凝土的施工方法相類似，但膠凝砂礫石施工更為簡單快速。膠凝砂礫石的骨料可充分利用施工現(xiàn)場附近的開挖棄料、河床砂礫料等，一般不做篩分，只需剔除超徑顆粒即可；水泥和用水量少，水化熱較低，不需進行溫度控制，所形成的大體積結(jié)構(gòu)也無需設(shè)置變形伸縮縫。膠凝砂礫石的施工工藝大為簡化，完全采用常規(guī)的、高效的施工設(shè)備開展施工?；A(chǔ)處理膠凝砂礫石施工流程見圖4。

圖4 基礎(chǔ)處理膠凝砂礫石施工流程圖

4.結(jié)語

膠凝砂礫石水化熱小，形成的大體積混凝土結(jié)構(gòu)收縮小，具有較強抗裂能力和防滲性能好，膠凝砂礫石常用于圍堰工程和小型土石壩工程。新疆EH輸水工程首部攔河樞紐基礎(chǔ)為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石層，原始地層已完全被淘金者擾動。其擾動后的基礎(chǔ)承載力不滿足要求，通過基礎(chǔ)處理方案比選確定采用膠凝砂礫石換填。成功的運用膠凝砂礫石對攔河引水樞紐的基礎(chǔ)進行處理，拓展了膠凝砂礫石的應(yīng)用，實踐證明膠凝砂礫石適宜于水工建筑物的基礎(chǔ)。