宝泉电站上库沥青混凝土面板基础处理研究

2014-03-05赵丽华黄河勘测规划设计有限公司

河南水利与南水北调 2014年8期

□邵颖 □邵蔚 □赵丽华（黄河勘测规划设计有限公司）

宝泉电站上库沥青混凝土面板基础处理研究

□邵颖 □邵蔚 □赵丽华（黄河勘测规划设计有限公司）

宝泉上库地处太行山脉，工程区山高坡陡，多大雨和暴雨。从地形、地貌上看，山体天然形成的基岩面非常陡峭，库区常见几十米高的绝壁，开挖揭露的基岩面多为几十米深的陡坎。采用沥青混凝土面板护岸防渗,施工阶段面板基础开挖揭露大、小不等的7个“V”形冲沟，地势切割剧烈，为避免防渗面板由于不均匀沉陷导致的结构破坏,对冲沟进行了换填、过渡或设支撑板等基础处理措施。

沥青混凝土面板；换填；冲沟

1 上库工程概况

宝泉抽水蓄能电站（以下简称宝泉电站）位于河南省辉县市薄壁镇，电站装机1200MW。

上库正常蓄水位789.60m，由库盆、主坝、副坝、排水洞及拦渣坝等建筑物组成。库盆采用简式结构的沥青混凝土防渗面板结构，面积17万m2，总厚度20.20cm，自上而下由0.20cm厚封闭层、10cm厚防渗层、10cm厚整平胶结层组成。面板下设0.60m厚排水垫层，基础要求坐于基岩。

工程区山高坡陡，点暴雨强度大，库岸岩石岸坡与冲沟交错分布，冲沟内部充填物质组成多为第四系崩、坡积物，由壤土夹碎块石或碎块石夹壤土组成，碎块石之间充填细颗粒的砾和壤土。

库岸地层以馒头组为主，岩石为页岩、泥灰岩及灰岩互层，在降雨期，沿岩层界面有明显渗水，局部渗水量较大。

2 冲沟地形及充填物特性

2004年6月上库主体工程开工，随着库盆的全面开挖，揭露环库两岸发育有大小不一的冲沟共7个（见图1），冲沟出露面积21700m2，占整个库岸沥青混凝土面积13%，其中2#、3#、5#、6#、7#冲沟规模较小，1#、4#冲沟与左岸脱空段规模较大。

1#冲沟位于库盆右侧，出露桩号库1+200～1+318m，左岸脱空段位于库盆左侧，出露桩号库0+687～0+555m，两冲沟类型类似，均为库岸自768m高程左右向下基岩面变陡，形成约60°的基岩陡坎，造成沥青混凝土面板下部基础脱空。取样分析表明，覆盖层>20mm的粗粒含量（质量比）>50%，天然干密度1.84～2.36g/cm3。

图1 上库库盆冲沟平面位置分布图

4#冲沟位于库岸桩号0+780m处，汇流面积0.25km2，25年一遇洪峰流量16m3/s。冲沟走向与岸坡斜交，高程791.60m处宽度约85m，冲沟内主要为第四系壤土夹碎块石或碎块石夹壤土，>20mm的粗粒含量（质量比）占50%以上，局部含有粒径>1m的块石。

3 沥青混凝土面板基础缺陷处理

为保证上库防渗结构体系的安全性，原设计要求沥青混凝土面板基础坐于基岩。考虑到库岸地质条件改变对工期和造价的影响，参考其他工程经验、经现场原位试验及三维模型分析，冲沟段沥青面板基础按3条原则控制：①沥青混凝土面板沉降梯度控制在1%以内；②垫层表面变形模量≥35MPa。③根据冲沟出露规模，简化规模小的2#、3#、5#、6#、7#冲沟的处理措施，重点研究1#、左岸脱空段和4#冲沟处理方案。

3.1 2＃、3＃、5＃、6＃、7＃冲沟面板基础缺陷处理

2#、3#、5#、6#、7#冲沟规模较小，出露最深点高程多在770m以上，770m以下冲沟较浅或尖灭，该部分合计回填处理方量 1.83万m3。

基础处理比较了削坡回填级配碎石、浆砌石补坡+回填级配碎石、全挖全填浆砌石（素混凝土）3个方案，由于回填级配碎石需分层斜坡碾压，上部环库路挖断后，碾压机械上部牵引设备不具备施工场地，同时斜坡碾压与交通廊道存在施工干扰，因此选定挖除覆盖层后采用C10素混凝土回填，局部采用M7.50水泥砂浆砌60号块石回填的处理方案。

3.2 1＃冲沟及左岸脱空段的面板基础缺陷处理

1#冲沟与左岸脱空段脱空量合计达12.66万m3；经施工期连续监测，开挖揭露面无渗水点出露，因此处理重点是采用经济、快速的措施加以处理，以避免基础不均匀沉降对防渗面板造成的破坏。

通过上库局部三维邓肯-张E-B非线性弹性模型计算成果类比分析显示，顺坡向基础突变、软硬相间对面板拉应变影响很大，面板最大应变大于设计允许应变，因此需要对基础加以处理。

处理方案比较了以普通混凝土面板替代沥青混凝土面板、回填增模碾压堆石+砂砾石（干贫）碾压混凝土、回填堆石混凝土+素混凝土等方案，从技术可行性、施工可操作性、工期及投资等方面综合考虑，结合开挖现状，1#冲沟处理：库岸及廊道基础挖至基岩，局部廊道基础挖至722m高程不见基岩时不再开挖，廊道底板高程以下采用C10堆石混凝土，以上采用C10素混凝土回填；左岸脱空段廊道底板高程（739m）以上岸坡挖至基岩，采用堆石混凝土和素混凝土相结合的方式回填；廊道基础原则上按设计要求开挖至基岩，局部基岩埋置较深段，廊道基础设置托梁或廊道支撑梁跨过覆盖层基础。

3.3 4＃冲沟的处理

4#冲沟脱空方量约5.20万m3。从地形上看，4#冲沟为两支沟汇流形成，沟内充填物具有一定透水性。雨季在冲沟上部山体可见明流，雨量大时形成短时瀑布。因此，4#冲沟处理的关键点在于采用合适的结构以适应不均匀沉降，采用内排外截的措施缓解面板的反向水压力。

由于4＃冲沟发育区域较大，地形不规则、覆盖层厚度不均一，全部挖除工程量大，工期较长，直接影响到总工期控制，因此在满足稳定及变形要求的情况下，覆盖层较窄、薄部位全部挖除采用C15素混凝土回填；覆盖层开口宽阔、层厚较大部位保留部分覆盖层，在垫层建基面下设C20混凝土（钢筋混凝土）支撑板：770m高程以上支撑板为等厚度1.20m，770m高程以下支撑板外坡1:1.70不变，内坡1：1.50，厚度由1.20m渐变至3.63m。支撑板下设0.30m厚C10无砂混凝土排水层、排水层内设φ100PVC排水管网与库底排水廊道连接，支撑板周边与基岩搭接宽1.00m。

为避免表面径流和地下径流渗入面板基础形成反向水压，在环库公路外侧设置截水沟排走表面来水，在4＃冲沟较窄处设一道截水墙，阻断地下渗水。截水墙墙高10m，宽13m，厚1.00m，采用C25W6混凝土，墙基础及两侧嵌入基岩0.80m，布置见图2。

4 超挖和地质缺陷处理

4.1 库岸超挖处理

图2 4#冲沟支撑板典型剖面图

库岸沥青混凝土面板下卧层为0.60m厚排水垫层，垫层基础要求坐于基岩，设计允许超挖0.30m厚。

库岸地层以馒头组为主，岩石为页岩、泥灰岩及灰岩互层。灰岩裂隙发育，爆破时沿岩石裂隙面形成台阶，台阶高差多在2m左右，页岩及泥灰岩开挖后存在崩解风化和泥化现象，造成库岸边坡开挖过程中和开挖后存在地质超挖现象。为保证基础垫层厚度的均匀性，超挖深度超过0.30m(垂直坡面)厚时，采用C10素混凝土或浆砌石补坡，补坡表面粗糙深度≥2mm。

4.2 库岸岩体渗水处理

库岸边坡开挖完成后，有多处岩体层面和点状渗水出露，渗水和上库降雨历时和强度无明显关联，经地质工程师现场查勘，渗水出露点（线）均位于库盆左岸岸坡，共23处，分为点状渗水和带状渗水两类。

4.2.1 点状渗水

集中于k0+337.57m～k0+977.00m之间，冲沟与岩石岸坡交界处渗水出露点多属于集中渗流点渗水，除4#冲沟底部出水点高程较低，其他出水点多分布于780m高程附近。对于该类型库岸渗水，采用抠槽回填无砂混凝土，埋设φ100mm塑料排水盲管将渗水引至库底排水廊道，抠槽断面0.30m×0.20m（b×h），渗水点处局部扩挖为台阶，台阶和抠槽采用C10无砂混凝土回填至库岸排水垫层建基面，塑料排水盲管埋设于无砂混凝土中，盲管外包土工布一层，土工布渗透系数≥10-2cm/s，盲管与已浇筑排水廊道预留排水管可靠连接，或水平连接至附近未浇筑的排水廊道或交通廊道。

4.2.2 线状渗水

集中于k0+132.17m～k0+337.57m之间，主要由地质构造断层的岩石裂隙引起，渗水线分布杂乱，整体出水量较大。针对该型渗水型式，采用沿渗水线开挖台阶回填无砂混凝土+埋设φ100mm塑料排水盲沟，排水管纵向坡度3‰，端部顺岸坡抠槽埋设排水管通至库底排水廊道或水平连接通至附近未浇注排水廊道和交通廊道。在开挖台阶时，若遇到台阶裂隙发育，采用C10素混凝土回填为1:5坡，坡脚倾向库岸，以利渗水汇流。

现场渗水点处理于2006年完成，经历了2007年7-10月雨季，库岸边坡稳定，未见渗水出露，说明库岸渗水处理比较成功。