馮大為（湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430000）

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鄂坪水電站溢洪道基礎(chǔ)開挖與穩(wěn)定分析

馮大為（湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430000）

水利工程建設(shè)的目的就是興利除害，在保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展和社會(huì)各部門需求下，進(jìn)一步加強(qiáng)保護(hù)下游地區(qū)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。水電站溢洪道是河道建筑中最重要的一項(xiàng)建筑，在很多水電站中是必須要設(shè)立的建筑物，在施工時(shí)要對(duì)溢洪道嚴(yán)格要求，這不僅關(guān)系著經(jīng)濟(jì)利益也關(guān)系著人們的財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)溢洪道的開挖施工就要有過硬的技術(shù)。本文主要以鄂坪水電站作為研究案例，接著針對(duì)其地基地質(zhì)條件與邊坡處理、溢洪道的穩(wěn)定計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)的闡述。希望對(duì)于相關(guān)的人士具有參考與借鑒的作用。

鄂坪水電站；溢洪道；基礎(chǔ)開挖

1　工程概況

鄂坪水利水電樞紐工程位于湖北省竹溪縣鄂坪鄉(xiāng)境內(nèi)匯灣河中游，距竹溪縣城30km。電站裝機(jī)容量114MW，屬Ⅱ等工程。本工程正常蓄水位550.0m，水庫(kù)總庫(kù)容2.96億m3。本工程主要建筑物包括：大壩、溢洪道、發(fā)電引水系統(tǒng)、導(dǎo)流洞、放空底孔。

溢洪道布置于右岸，為岸邊開敞式，最大泄量5990.00m3/s，溢洪道由進(jìn)口段、閘室段、泄槽段、鼻坎段組成，主體建筑物軸線長(zhǎng)187.803m。

2　地基地質(zhì)條件與邊坡處理

溢洪道軸線方向NE47°與巖層走向近直交，溢洪道地表大部分被第四系坡積物覆蓋，厚度5～15m，最深達(dá)20m左右，下伏基巖均為志留系下統(tǒng)梅子埡組（S1m）粉砂質(zhì)絹云母板巖和含絹云母粉砂質(zhì)板巖，巖石風(fēng)化較強(qiáng)烈，劈理發(fā)育。

2.1引水渠段

引渠段長(zhǎng)44～60m，底板高程530.00。進(jìn)口段覆蓋層水平厚度5m左右，巖石強(qiáng)風(fēng)化水平深度14.8m，弱風(fēng)化43m，微風(fēng)化深度大于46m，局部巖石發(fā)生傾倒蠕動(dòng)變形。

施工開挖揭露引水渠前緣左導(dǎo)墻地基局部存在蠕變體，裂隙發(fā)育，巖體較破碎，強(qiáng)風(fēng)化層較厚。受構(gòu)造影響，邊坡穩(wěn)定性差，在開挖過程中，出現(xiàn)多次崩塌。作為永久邊坡，對(duì)左導(dǎo)墻地基進(jìn)行了錨索加固，錨索孔徑108mm，孔間距4m，呈梅花形布置，孔深18.4m。

引水渠底板基礎(chǔ)巖石為粉砂質(zhì)絹云母板巖和含絹云母粉砂質(zhì)板巖，靠近左導(dǎo)局部為強(qiáng)風(fēng)化巖石，其它地段均為弱風(fēng)化～新鮮巖石。護(hù)坦段地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，有少量裂隙分布在護(hù)坦段前沿。對(duì)于護(hù)坦地基存在強(qiáng)風(fēng)化巖石及裂隙充填粘土的的部位，進(jìn)行了挖除，回填混凝土，可以滿足設(shè)計(jì)要求。

引水渠右側(cè)墻自上而下巖石從弱風(fēng)化漸變?yōu)樾迈r巖石，地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，開挖邊坡坡比1：0.5，邊坡較穩(wěn)定。

2.2閘室段

閘室段基巖裸露，多為強(qiáng)風(fēng)化，山脊以西大面積被第四系坡積物覆蓋。山脊部位覆蓋層厚約6.0m，閘室基礎(chǔ)座落在弱風(fēng)化及新鮮巖石上，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無斷層，有少量裂隙發(fā)育，裂隙多閉合，部分為石英充填。開挖邊坡為1：0.5。為了提高地基巖石的力學(xué)強(qiáng)度，進(jìn)行了固結(jié)灌漿，同時(shí)結(jié)合壩基防滲，對(duì)閘室基礎(chǔ)進(jìn)行水泥帷幕灌漿。

2.3泄槽段、鼻坎段

泄槽段基巖為砂質(zhì)、泥質(zhì)板巖上覆蓋層厚約10.0m左右。實(shí)際開挖情況表明，該段地質(zhì)條件復(fù)雜，強(qiáng)風(fēng)化層較厚。由于泄槽段初設(shè)階段只有一個(gè)地質(zhì)鉆孔，且與實(shí)際位置有一定距離，所揭示的地質(zhì)情況有局限性，開挖后的地質(zhì)情況與先前有比較大的差別。設(shè)計(jì)邊坡1：0.75，部分底板基礎(chǔ)破碎帶進(jìn)行清挖回填塊石混凝土。為了提高地基巖體強(qiáng)度，考慮對(duì)其進(jìn)行固結(jié)灌漿加固處理。

鼻坎段地基基巖面出露高程460.00～463.50m，左高右低，巖石基本完整新鮮。其最低高程滿足鼻坎設(shè)計(jì)要求。兩岸開挖邊坡1：0.75，為工程運(yùn)行安全對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

3　溢洪道的穩(wěn)定計(jì)算

3.1溢洪道閘室

溢洪道閘室計(jì)算條件、荷載及其組合見表1。

表1　溢洪道穩(wěn)定計(jì)算荷載組合

混凝土密度r=24.0kN/m3。

靜水壓力按滑動(dòng)面以上全水頭計(jì)算。

揚(yáng)壓力 （閘室段）：帷幕中心線處為α1H，H為全水頭，α1為滲透壓力強(qiáng)度系數(shù)，α1=0.5。

閘室抗滑穩(wěn)定主要核算閘室基底面上的滑動(dòng)。按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算，基底應(yīng)力按偏心受壓計(jì)算，成果見表2。

表2　閘室穩(wěn)定、基底應(yīng)力計(jì)算成果表

抗剪斷強(qiáng)度的計(jì)算公式：

式中：f——抗剪斷摩擦系數(shù)，f=0.7；

c′——抗剪斷凝聚力，c′=0.5MPa；

A——滑動(dòng)面面積；

ΣW——作用于閘室上全部豎向荷載對(duì)滑動(dòng)平面的法向分值（包括揚(yáng)壓力）；

ΣP——作用于閘室上全水平荷載對(duì)滑動(dòng)平面的切向分值（包括揚(yáng)壓力）。

基底應(yīng)力計(jì)算公式：

式中：Pmax、Pmin——基底應(yīng)力的最大及最小值；

ΣM——作用于閘室上全部荷載對(duì)基底面形心軸的力矩；

A——基底面的面積；

W——基底面對(duì)其形心軸的抵抗矩。

3.2泄槽底板及邊墻

泄槽底板抗滑、抗浮穩(wěn)定計(jì)算采用抗剪斷強(qiáng)度公式，混凝土/巖石抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)f′=0.7，c′=0.5MPa。揚(yáng)壓力按計(jì)算斷面處平均水頭的20%計(jì)。其它荷載：鼻坎自重、水重、拖曳力、脈動(dòng)壓力等。經(jīng)計(jì)算抗滑、抗浮穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。荷載組合見表3。

表3　溢洪道底板穩(wěn)定計(jì)算成果

溢洪道泄槽邊墻采用C25衡重式，墻后填土設(shè)計(jì)基層填1.0m厚反濾透水石碴。衡重臺(tái)邊墻按兩種工況計(jì)算其抗滑、抗傾穩(wěn)定。

工況一：槽內(nèi)無水，墻后填土，并計(jì)入地下水壓力，揚(yáng)壓力荷載作用。

工況二：溢洪道宣泄P=0.02%洪水情況，止水失效，墻后填土，外水壓力。揚(yáng)壓力按40%水頭考慮荷載作用。

以調(diào)整墻后填土高度，滿足穩(wěn)定要求。荷載組合及成果見表4。

3.3鼻坎底板及邊墻

鼻坎設(shè)計(jì)洪水（P=2%）時(shí)下游水位為451.58m，校核洪水時(shí)下游水位454.60m，鼻坎底部建基面高程460.00m高于下游水位。且泄洪時(shí)高速水流作用在鼻坎上的動(dòng)水壓力其垂直分量比其水平分量大，混凝土底板最小厚度3.0m，因此，鼻坎的抗滑穩(wěn)定是有保證的。為防止高速水流可能引起的振動(dòng)等其他因素，在其底板下設(shè)有錨筋，將鼻坎與基巖連成一體。

表4　溢洪道邊墻穩(wěn)定計(jì)算成果

鼻坎段采用衡重式邊墻，邊墻底寬4.0m，其前趾寬1.0m與曲面底板平縫相接。邊墻穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同陡槽邊墻。

4　結(jié)論

（1）溢洪道地基巖石為板巖，屬軟巖，強(qiáng)風(fēng)化層較厚，泄槽段部位巖有不程度的蠕變，地質(zhì)條件較差，開挖過程中存在邊坡穩(wěn)定問題。

（2）閘室基礎(chǔ)進(jìn)行水泥帷幕灌漿，地質(zhì)條件較差的泄槽段底底板要進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

（3）經(jīng)過計(jì)算，溢洪道結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形、抗滑及抗傾穩(wěn)定滿足運(yùn)行要求，抗沖滿足規(guī)范要求。

［1］祁秀峰，趙 文，杜念文.江坪河電站溢洪道進(jìn)口預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)淺析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013.

［2］陳文慶.探討水電站溢洪道的開挖施工技術(shù)［J］.科技與生活，2014 （01）：34～35.

馮大為（1964-），男，高級(jí)工程師，本科，主要從事水利水電工程地質(zhì)專業(yè)工作。

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