鄂坪水電站溢洪道基礎(chǔ)開挖與穩(wěn)定分析

2016-08-12 08:54:53馮大為湖北省水利水電規(guī)劃勘測設計院湖北武漢430000

低碳世界 2016年16期

馮大為（湖北省水利水電規(guī)劃勘測設計院，湖北武漢 430000）

馮大為（湖北省水利水電規(guī)劃勘測設計院，湖北武漢 430000）

水利工程建設的目的就是興利除害，在保障國民經(jīng)濟健康發(fā)展和社會各部門需求下，進一步加強保護下游地區(qū)人民群眾的生命財產(chǎn)安全。水電站溢洪道是河道建筑中最重要的一項建筑，在很多水電站中是必須要設立的建筑物，在施工時要對溢洪道嚴格要求，這不僅關(guān)系著經(jīng)濟利益也關(guān)系著人們的財產(chǎn)安全，對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，接著針對其地基地質(zhì)條件與邊坡處理、溢洪道的穩(wěn)定計算進行詳細的闡述。希望對于相關(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。電站裝機容量114MW，屬Ⅱ等工程。本工程正常蓄水位550.0m，水庫總庫容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，溢洪道由進口段、閘室段、泄槽段、鼻坎段組成，主體建筑物軸線長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，巖石風化較強烈，劈理發(fā)育。

2.1引水渠段

引渠段長44～60m，底板高程530.00。進口段覆蓋層水平厚度5m左右，巖石強風化水平深度14.8m，弱風化43m，微風化深度大于46m，局部巖石發(fā)生傾倒蠕動變形。

施工開挖揭露引水渠前緣左導墻地基局部存在蠕變體，裂隙發(fā)育，巖體較破碎，強風化層較厚。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，對左導墻地基進行了錨索加固，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，靠近左導局部為強風化巖石，其它地段均為弱風化～新鮮巖石。護坦段地質(zhì)條件較簡單，有少量裂隙分布在護坦段前沿。對于護坦地基存在強風化巖石及裂隙充填粘土的的部位，進行了挖除，回填混凝土，可以滿足設計要求。

引水渠右側(cè)墻自上而下巖石從弱風化漸變?yōu)樾迈r巖石，地質(zhì)條件較簡單，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，多為強風化，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)座落在弱風化及新鮮巖石上，地質(zhì)構(gòu)造簡單，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強度，進行了固結(jié)灌漿，同時結(jié)合壩基防滲，對閘室基礎(chǔ)進行水泥帷幕灌漿。

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。實際開挖情況表明，該段地質(zhì)條件復雜，強風化層較厚。由于泄槽段初設階段只有一個地質(zhì)鉆孔，且與實際位置有一定距離，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。設計邊坡1：0.75，部分底板基礎(chǔ)破碎帶進行清挖回填塊石混凝土。為了提高地基巖體強度，考慮對其進行固結(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計要求。兩岸開挖邊坡1：0.75，為工程運行安全對地基基礎(chǔ)進行固結(jié)灌漿處理。

3　溢洪道的穩(wěn)定計算

3.1溢洪道閘室

溢洪道閘室計算條件、荷載及其組合見表1。

表1　溢洪道穩(wěn)定計算荷載組合

混凝土密度r=24.0kN/m3。

靜水壓力按滑動面以上全水頭計算。

揚壓力（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。按抗剪斷強度計算，基底應力按偏心受壓計算，成果見表2。

表2　閘室穩(wěn)定、基底應力計算成果表

抗剪斷強度的計算公式：

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——滑動面面積；

ΣW——作用于閘室上全部豎向荷載對滑動平面的法向分值（包括揚壓力）；

ΣP——作用于閘室上全水平荷載對滑動平面的切向分值（包括揚壓力）。

基底應力計算公式：

式中：Pmax、Pmin——基底應力的最大及最小值；

ΣM——作用于閘室上全部荷載對基底面形心軸的力矩；

A——基底面的面積；

W——基底面對其形心軸的抵抗矩。

3.2泄槽底板及邊墻

泄槽底板抗滑、抗浮穩(wěn)定計算采用抗剪斷強度公式，混凝土/巖石抗剪斷強度指標f′=0.7，c′=0.5MPa。揚壓力按計算斷面處平均水頭的20%計。其它荷載：鼻坎自重、水重、拖曳力、脈動壓力等。經(jīng)計算抗滑、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)定計算成果

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

工況一：槽內(nèi)無水，墻后填土，并計入地下水壓力，揚壓力荷載作用。

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

鼻坎設計洪水（P=2%）時下游水位為451.58m，校核洪水時下游水位454.60m，鼻坎底部建基面高程460.00m高于下游水位。且泄洪時高速水流作用在鼻坎上的動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等其他因素，在其底板下設有錨筋，將鼻坎與基巖連成一體。