大占头拦河闸地基处理方案及评价

2017-05-17

河南水利与南水北调 2017年4期

（河南省水利勘测设计研究有限公司）

大占头拦河闸地基处理方案及评价

□魏常琦

（河南省水利勘测设计研究有限公司）

大占头拦河闸设计过闸流量＞5000 m3/s，工程等别为大（1）型。拦河闸底部高程131.50 m，闸基①层中粗砂层和③层砂卵石层为强透水层，拦河闸建成挡水后存在闸基渗漏和渗透稳定问题，建议对闸基采取防渗处理措施。由于高压旋喷灌浆成墙技术具有良好的变形协调性能以及抗渗性能，采用高喷防渗墙对闸基进行处理。处理后经检测各指标满足设计要求，证明该拦河闸地基处理方案是合理可行的。

闸基渗漏；渗透破坏；地基处理；高压旋喷桩连续墙

1 工程概况

大占头拦河闸位于鸭河口水库下游19 km处的宛城区新店乡北8 km大占头村附近，距南阳市约25 km。该工程主要承担白桐干渠的引水任务，主要建筑物包括拦河闸、冲砂闸和进水闸。该枢纽工程始建于1966年，2010年7月25日白河上游遭遇暴雨，白河活动坝开闸泄洪，行洪期间活动坝发生垮塌。本次复建工程对原活动坝和冲砂闸进行拆除重建。

新设计大占头拦河闸过闸流量＞5 000 m3/s，工程等别为大（1）型，设计洪水标准为100 a一遇，校核标准为200 a一遇。主要建筑物级别为1级，次要建筑物级别为3级。闸轴线处河道现状堤顶高程右岸为139.50 m，左岸为140.00 m。闸址处百年一遇设计洪水位138.40 m，校核洪水位139.16 m。根据灌区灌溉用水要求，闸门正常挡水位136.00 m，闸门最高挡水位136.80 m。

2 工程地质及水文地质条件

2.1 地层岩性

钻孔揭露深度范围内（30 m）其地层岩性主要由上第三系粘土岩和第四系松散堆积物组成。根据岩性特征及物理力学性质的差异，共分为5层，由新至老分述如下：

2.1.1 中粗砂（Q4al）

浅黄色、松散、湿；主要矿物成分为石英、长石，黑色矿物次之，颗粒分选及磨圆度均较好。高漫滩以含砾中细砂为主。在垂直方向上由上到下颗粒有变粗的趋势。层厚0.40～4.80 m，广泛分布于河床及漫滩。

2.1.2 中、重粉质壤土（Q4alp）

黄褐色、可塑状，由北向南逐渐变薄。层厚6.20～6.30 m，分布于左岸一级阶地。

2.1.3 砂卵石（Q3alp）

黄褐色、稍密～中密，局部地段受渗透变形影响，较疏松；以卵石为主，砂砾次之；砾卵石成分以石英岩、花岗岩、砂岩等为主，粒径一般为3～5 cm，最大者＞20 cm；砂质成分以石英、长石为主，颗粒分选性差。该层土质不均，卵石含量变化较大，在垂直方向或水平方向常变为砂砾石。层底高程118.90～124.00 m，层厚8.70～15 m。

2.1.4 砾质轻壤土（Q3alp）

浅黄色、棕黄色，结构较紧密；以轻壤土为主，土质不均，含砂砾较多且分布不均，局部夹泥卵石层或砂砾石透镜体；砂以石英、长石为主，微胶结；砾石以花岗岩、变质岩为主。向下有时相变为泥质砂卵石。层底高程112.50～115.90 m，层厚3.00～7.50 m。

式中：Kd为考虑墙体位移对δ和φ的影响系数，S为挡土墙平动位移量（注：RT位移模式挡土墙背面各点位移不同，各计算点的δ、φ不同），Sc为内、外摩擦角达到最大值时所需的墙体平动位移量。显然，静止状态时 S=0，φ=φ0、δ=δ0；极限状态 S=Sc时，φ=φm，δ=δm，δ和 φ 的值随墙体平动位移 S 的增大而增大。

2.1.5 上第三系（N）粘土岩

灰绿色，棕黄褐色，结构较紧密，具裂隙；顶板高程111～118 m左右，其厚度＞5 m。

2.2 各土层物理力学性质指标

经综合分析、整理，闸址区各岩土层物理力学指标建议值见表1。

2.3 水文地质条件

场区主要含（透）水层有：新第三系砂砾岩、第四系③层砂卵石和①层中粗砂。新第三系砂砾岩埋深较大，与工程关系不大。第四系③层砂卵石和①层中粗砂之间没有隔水层，实际上是一个统一的潜水层。

表1 各层土物理力学性指标建议值表

为评价闸址区各岩土体渗透性等级，依据《水利水电钻孔抽水试验规程》（SL320-2005）在现场进行钻孔抽水试验，各岩土体试验成果见表2。

表2 钻孔抽水试验成果表

2.4 工程地质评价

拦河闸底板设计高程131.50 m，为提高拦河闸的稳定性，避免不均匀沉陷，并考虑到①层中粗砂层较薄，建议予以清除，把闸底板放置在③层砂卵石层上。由于闸基①层中粗砂和③层砂卵石为强透水层，拦河闸建成挡水后存在闸基渗漏和渗透稳定问题。中粗砂渗透破坏形式主要为流土，砂卵石渗透破坏形式为管涌。根据计算和工程类比，中粗砂允许渗透比降建议取0.25，砂卵石允许渗透比降建议取0.15。为避免闸基发生渗透变形，建议对闸基采取防渗处理措施，若采用防渗墙方案，建议防渗墙底部应进入④层砾质轻壤土或⑤层粘土岩中。

3 地基处理方案

高压喷射灌浆法，是一种利用射流切割技术在地层原位对土体进行加固的方法。它具有可控性好、地层适应面广、造价较低、施工便捷等优点，在复杂地质条件及施工环境恶劣的堤段，具有广阔的应用前景。为避免闸基渗漏和发生渗透变形破坏，增加其稳定性，在上游铺盖与上游闸底板连接段采用高压旋喷灌浆成墙方案进行处理。

3.1 主要技术参数

高喷灌浆防渗墙轴线位置：拦河闸段位于闸室桩号0+ 0.75 m前址底部；右岸上游圆弧翼墙段位于翼墙底板前缘下游0.65 m处；左岸挡墙段位于挡墙底板前缘下游0.65 m处。左岸防渗墙同时考虑与进水闸竖向防渗墙连接。

高喷灌浆防渗墙采用旋喷套接形式，单排布置，初定灌浆设计直径1.40 m，孔距为1.20 m，相邻桩搭接长度≥0.20 m。防渗墙深度为进入⑤层粘土岩≥1 m。拦河闸左岸靠近进水闸附近粘土岩岩面较深，防渗墙深度可按进入砾质轻壤土≥5 m控制，且该段防渗墙总深度≥19 m。设计要求墙体渗透系数≤1.00×10-5cm/s，28 d抗压强度≥4 MPa。

3.2 灌浆试验

防渗墙施工前进行试验，试验选取和闸基地质基本条件一致的区域进行。根据不同地质情况和施工工艺，孔距可按照0.20 m级差进行调整。高压喷射注浆的材料采用强度等级为42.50的普通硅酸盐水泥浆液。采用三管法进行施工。高压旋喷注浆防渗墙施工完成后，成墙厚度应≥400 mm，其渗透系数≤1.00×10-5cm/s，各部位高压喷射注浆固结体28 d抗压强度≥4 MPa。

初定试验技术参数为：水压力35～40 MPa，水流量75 l/ min；气压力0.60～1.20 MPa，气流量0.80～1.50 m3/min；浆液压力0.50～0.80 MPa，浆液流量70～80 l/min；提升速度6～12 cm/ min，转速4～10 r/min。试验时可根据实际情况进行调整。

4 处理效果与评价

4.1 墙体抗渗性能检测

为检查墙体抗渗性能是否满足设计要求，依据《水利水电工程注水试验规程》（SL345-2007）对检查孔进行常水头注水试验。试验段长度≤5.00 m，注水试验成果见表3。

根据注水试验结果，9个检查孔渗透系数在5.86×10-6～8.76×10-6之间，满足设计要求。

4.2 墙体抗压强度检测

为检查墙体抗渗性能是否满足设计要求，依据《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）及《水泥土配合比设计规程》（JTJ/ T233-2011），共选取9个检查孔岩芯样进行加工，试件直径93 mm，高度93 mm，不平整度及不垂直度均为0。根据抗压强度试验检测结果可知，检查孔岩芯抗压强度在4.0～6.4 MPa之间，满足设计要求。岩芯抗压强度成果见表4。