王登偉

(江西省水利水電開發(fā)有限公司，江西南昌 330000)

生米九龍湖1號水利工程雙層地基更換砂墊層設(shè)計研究

王登偉

(江西省水利水電開發(fā)有限公司，江西南昌 330000)

江西省生米九龍湖1號水利工程為典型的雙層地基，但存在著嚴(yán)重的承載力不足和滲透性較差的問題，同時由于前期勘測結(jié)果不準(zhǔn)確，導(dǎo)致了工程需要重新設(shè)計，施工難度大。采用更換砂墊層處理方法，解決了地基承載力不足的問題以及滲透性不足的問題，投資增加不大，施工之時亦十分方便，可以為類似工程提供借鑒。

雙層地基；砂墊層；基礎(chǔ)處理；排水降壓

江西省生米九龍湖1號水利工程為Ⅲ等中型水利工程，主要負(fù)責(zé)流域內(nèi)的排水問題。該水利工程的設(shè)計抽排流量14.8m3/s，配備5臺900ZLB-100立式軸流泵組，使用的電機(jī)為JS，JSL148-10，總裝機(jī)為1300kW。該水利工程為壩后式泵站，采用的是開敞式的溫室型結(jié)構(gòu)建造，各個機(jī)組整體連接，彼此之間不再設(shè)置縫隙。泵房底板高程為8.6m，平均底部壓力為77.51kPa。

根據(jù)相關(guān)初設(shè)階段的地勘資料，泵房的基礎(chǔ)部分位于重粉質(zhì)土層之上，而且下部的土層為透水性極好的砂層。重粉質(zhì)土層的整體力學(xué)特性較好，可以承受一定的壓力，透水性較差，壓縮性一般。重粉質(zhì)土層平均標(biāo)貫擊數(shù)為6.5擊，承載力的標(biāo)準(zhǔn)值為157.3kPa。因?yàn)樵摫梅肯碌奶烊坏鼗鶟M足承載力要求，故而無需地基處理。

在工程開工之后，泵房部位的地基土滲水嚴(yán)重，并且承載力極差。經(jīng)過細(xì)致檢測發(fā)現(xiàn)：設(shè)計基礎(chǔ)高程以下的土層的力學(xué)特性依舊很差，與原先地勘結(jié)果中對該土層力學(xué)特性的描述有著很大出入，造成了施工的停滯，為了準(zhǔn)確掌握該地段的地質(zhì)情況，以便對工程的處理工作提出建議，現(xiàn)對現(xiàn)場進(jìn)行重新勘察與實(shí)驗(yàn)。

1 現(xiàn)場勘察與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

勘察單位新增加了6個勘測用鉆孔，具體的勘察結(jié)果簡述如下：

該區(qū)域的工程地層分為5層：人工填土層、粉質(zhì)黏土層、粉質(zhì)壤土層、重砂壤土層和粉砂層。其中，人工填土層為地表層，整體呈現(xiàn)出黃褐色，主要由黏土、粉質(zhì)黏土組成，但厚度較小，對于工程整體的進(jìn)行工作影響較?。环圪|(zhì)黏土層為灰色黏土，同樣，該部分土層的厚度依舊不大，但在河床部位分布較厚，多由新近淤積而成，但該部分的地基允許承載力為60kPa，整體承載力較小，是極度軟弱的土層；粉質(zhì)壤土層是極薄的砂層，層頂距離地表僅2.5～4.0m，層厚為0.9～10.0m，粉質(zhì)壤土層的分布較為廣泛，野外的平均標(biāo)貫擊數(shù)為2.57擊，地基允許承載力為60～80kPa；重砂壤土層總體以砂為主，層位的變化極大，呈現(xiàn)出西部較高、東部低緩的走勢，野外的平均標(biāo)貫擊數(shù)為3.41擊，地基允許承載力為60～80kPa；粉砂層總體以砂為主，層位的變化較小，呈現(xiàn)出平緩態(tài)勢，野外的平均標(biāo)貫擊數(shù)為12.6擊，地基允許承載力為110～142kPa。

綜上所述，該水利工程區(qū)的覆蓋層整體表現(xiàn)較為松軟，泵站所在區(qū)域的主要持力層為粉質(zhì)壤土層和重砂壤土層。但粉質(zhì)壤土層和重砂壤土層都屬于較為松軟的土層，其力學(xué)特性較差，而且層位極為紊亂，造就了該處地基的一致性較差，容易引起較為明顯的不均勻沉降［1-4］。

2 地基穩(wěn)定及滲流穩(wěn)定的復(fù)核計算

2.1 地基穩(wěn)定的復(fù)核計算

江西省生米九龍湖1號水利工程地基的最大基底應(yīng)力為71kPa，最小的基底應(yīng)力為64kPa，平均的基底應(yīng)力為68kPa。但是江西省生米九龍湖1號水利工程地基持力層：粉質(zhì)壤土層和重砂壤土層的平均標(biāo)貫擊數(shù)分別為2.57擊和3.41擊，地基允許承載力為60～80kPa，不滿足規(guī)范要求，需要處理［2-4］。

2.2 滲流穩(wěn)定的復(fù)核計算

對于淺層滲流計算而言，基礎(chǔ)防滲長度的計算公式為

式中 L—防滲長度，m；

ΔH——最大的水位差，m；

C——滲徑系數(shù)。

江西省生米九龍湖1號水利工程地基的防洪水位為18.69m，最大的防洪水位差值為8.19m，進(jìn)水池的最低運(yùn)行水位是10.6m。取滲徑系數(shù)C=7，計算得到防滲長度L=57.27m，而該工程地基地下輪廓線的實(shí)際長度為101.5m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于防滲長度L= 57.27m，故而淺層滲透穩(wěn)定性滿足要求［5-6］。

該核電站采用氨+聯(lián)氨的AVT（R）控制二回路水質(zhì)，給水末端控制的氧含量小于1μg/L，pH=9.6～9.9。停機(jī)前，通過向二回路加入大量的氨和聯(lián)氨，以保證二回路pH盡可能接近11.0，停機(jī)后及時向二回路各主要開孔設(shè)備通壓縮空氣保證濕度小于40%，對整個二回路設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，以防止回路發(fā)生停用腐蝕。為掌握整個二回路的腐蝕狀況，該核電站還編制有指導(dǎo)大修腐蝕檢查的規(guī)程，規(guī)程中規(guī)定了凝汽器-磁性過濾器、除氧器等設(shè)備沉積物的取樣方法。

工程地基為典型的雙層地基結(jié)構(gòu)。對于雙層滲流計算而言，將上層透水性較小的土層當(dāng)作透水鋪蓋，在上層透水性較小的土層中，滲流的方向是垂直向下的。但是在地下輪廓線低水位測，滲流的方向是垂直向上的，強(qiáng)透水層的滲流方向則是水平的。由此，根據(jù)達(dá)西定律的相關(guān)原理，可以建立水閘上下游段以及地下輪廓線的微分方程［7］（見下頁圖1）。

對于下游段CD，當(dāng)L1、L2為無限長時，假設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)位于C點(diǎn)，有

圖1 雙層地基水閘上的滲流

當(dāng)L1、L2為有限長時，假設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)位于D點(diǎn)，有

為越流系數(shù)。

對于上游段AB，當(dāng)L1、L2為無限長時，假設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)位于C點(diǎn)，有

當(dāng)L1、L2為有限長時，假設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)位于D點(diǎn)，有

其中，c1、c2、c3、c4、c5、c6皆為待定系數(shù)。

按照上游段為開敞式、下游段為封閉式的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，求解得到相對不透水層面的滲透水層為3.38m，大于粉質(zhì)壤土垂直坡降0.4～0.5m，不符合工程設(shè)計要求，需要采取防滲措施。

3 基礎(chǔ)的處理方法

3.1 泵房部分的處理

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，解決深層滲流穩(wěn)定問題最有效的方法便是排水。但是如果采用調(diào)壓井，隨著時間的推移調(diào)壓井會出現(xiàn)淤堵問題，其安全保證率是很低的。因此，該工程采用的是更換砂墊層方法，更換砂墊層方法不僅可以避免調(diào)壓井方案的淤積堵塞，還可以解決承載力不足的問題［8-9］。

工程中，更換砂墊層方法需要將軟弱地基挖除，填充粗砂墊層。其中，高程在4.0～5.0m的填充中砂墊層，高程大于5.0m的填充粗砂墊層，換砂地基的范圍應(yīng)該順著水流方向長度約41.5m，垂直水流方向長度約29.8m，開挖邊坡的坡度為1∶1.5～1∶2。干砂的重度為18kN/m3，相對密度不小于0.8kg/m3。但是，由于地下水位比較高，施工之時采用了深井降水配合淺（輕）井點(diǎn)降水的方法，具體方案見圖2。

3.2 位勢的計算

在進(jìn)行了更換砂墊層之后，泵房部分的滲流出口的排水面積增大，需要重新核算分析。經(jīng)勘測得知，從溝渠中心到河岸的補(bǔ)給距離L1=500m，溝渠的寬度2b=26m，溝渠的長度為2a=29.7m，透水砂層的厚度T=34m，溝渠的深度S=2.8m，不完整短溝渠［10］等效完整井的半徑

圖2 基礎(chǔ)處理布置

根據(jù)位勢h/H的計算公式為

式中 h——承壓水頭，m；

Φ——位勢，但為無量綱；

L1——補(bǔ)給距離，m。

根據(jù)式7計算，得到溝渠中心的位勢h/H等于0，方圓12m內(nèi)的位勢h/H小于0.15，方圓20m內(nèi)的位勢h/H小于0.25，出逸坡降小于0.4，滿足工程要求。

3.3 承載力的計算

在進(jìn)行了更換砂墊層后，泵房部分的持力層滿足承載力要求，但是應(yīng)該驗(yàn)證砂墊層是否滿足工程要求，計算公式如下：

式中 PZ——軟弱下臥層頂面的附加應(yīng)力，kPa；

Pcz——軟弱下臥層頂面的自重應(yīng)力，kPa；

R——軟弱下臥層頂面的地基承載力允許值，kPa。

核算，PZ+Pcz=72.52kPa＜R=92kPa，滿足工程要求。

4 結(jié) 語

江西省生米九龍湖1號水利工程為典型的雙層地基，同時天然地基存在著嚴(yán)重的承載力不足和滲透性較差的問題。本文采用更換砂墊層的方法，解決了地基承載力和滲透性不足的問題，投資增加不大，施工亦十分方便，該工程的設(shè)計思路，可以為類似工程提供借鑒。

［1］ 梁思樺.換砂墊層地基的設(shè)計與施工［J］.科技資訊，2010（22）：83.

［2］ 劉紅艷，曹春陽，馮繼平.系統(tǒng)分析方法在大體積換砂墊層施工中的應(yīng)用［J］.遼寧工學(xué)院學(xué)報，2005，25（1）：40-42.

［3］ 賈興華.對不同地基土進(jìn)行砂墊層換土處理的方法［J］.山西建筑，2006，32（23）：106-107.

［4］ 徐梨丹，雷國輝.水平排水砂墊層對天然地基固結(jié)效率影響分析［J］.河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016（1）.

［5］ 李艷東.王家壩閘水工建筑物安全復(fù)核評價結(jié)果分析［J］.水利建設(shè)與管理，2014，34（9）：57-60.

［6］ 馮耀奇，趙鐵斌.土石壩滲流計算模型的建立及應(yīng)用研究［J］.水利建設(shè)與管理，2007，27（1）：24-26.

［7］ 王俊奇，李闖，董曄.Bishop法的半解析解及其廣義數(shù)學(xué)模型［J］.水利與建筑工程學(xué)報，2015（6）.

［8］ 孔慶宇，馬希磊，王婷婷.隧道穿越段長江大堤滲流穩(wěn)定性分析［J］.水利與建筑工程學(xué)報，2012，10（6）：74-77.

［9］ 孫建平，劉青泉，李家春，等.降雨入滲對深層滑坡穩(wěn)定性影響研究［J］.中國科學(xué)：，2008，38（8）：945-954.

［10］ 黃明恪.用全位勢方程計算細(xì)長翼身組合體的可壓縮繞流［J］.航空學(xué)報，1996（1）：88-273.

Study on Designing of Sand cushion Rep laced in Double-layered Foundation of Shengmi Jiulong Lake No.1 Water Conservancy Project

WANG Dengwei
（Jiangxi Water Conservancy Hydropower Development Co.，Ltd.，Nanchang 330000，China）

Shengmi Jiulong Lake No.1Water Conservancy Project is a classical project with double-layered foundation but it is beset by seriously insufficient bearing capacity and inferior permeability.In the meantime,due to inaccurate surveying results in the incipient period,the project needs re-designing and hence construction difficulty is intense.Use of the disposal method of replaced sand cushion helps resolve insufficient bearing capacity of foundation soil and deficient permeability with low added input.It is quite handy during construction and can provide reference to analogous projects.

double-layered foundation;sand cushion;foundation treatment;drainage and depressurization

TV223

A

1673-8241（2016）12-0064-04

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.12.016