郭彩红

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

高压旋喷桩在淜头水电站工程中的应用

郭彩红

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

淜头水电站工程修建于长治市平顺县北耽车乡北耽车村上游大约400 m的浊漳河干流上，枢纽建筑物主要由左岸挡水坝段、右岸挡水坝段、水闸段等组成。因坝基存在多层低液限黏土夹层，强度低等问题，通过设计高压旋喷桩可使地基承载力达到设计要求。

枢纽建筑物；地基承载力；高压旋喷桩；淜头水电站

1 工程概况

淜头水电站枢纽位于北耽车村上游，距北耽车村约400 m，主要由左右岸挡水坝段、水闸段及左岸坝后引水式电站组成枢纽建筑物。垂直河道布置坝轴线，坝轴线长度212 m，其中左岸挡水坝段长度35 m（桩号0+000—0+035），水闸段长度152 m（桩号0+035—0+ 187），右岸挡水坝段长度25 m（桩号0+187—0+212）。沿顺水流方向依次布置了钢筋混凝土防渗墙、水闸闸室段、消力池段、海漫和防冲槽。坝址段地形较平坦，地面高程588～596 m，河谷宽160 m左右，主河床宽50 m左右。左岸岸坡较缓，右岸较陡。坝基地层岩性主要为：Q42pal低液限黏土、卵石混合土；∈2x-1岩组紫红、猪肝色页岩夹薄层灰岩。闸室段基础建议低液限黏土承载力标准值数值80～100kPa；卵石混合土承载力标准值数值为180～200kPa；∈2x-1泥质页岩强风化层承载力标准值为300～500kPa，弱风层承载力标准值为750～850 kPa，F6断层可能穿过坝基，在断层带附近易发生泥化，至使坝基承载力会明显降低。

2 坝体稳定计算

坝体稳定计算分为抗滑稳定计算和地基承载力计算。

2.1 坝体抗滑稳定计算

坝体抗滑稳定计算公式为：

式中：f——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数，f=0.5；

∑W——作用于坝体上全部荷载对滑动平面的法向分值，kN；

∑P——作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN。

经计算，坝体抗滑稳定安全系数满足规范要求。

2.2 地基承载力计算

地基承载力计算公式为：

式中：∑M——作用于水闸基础底面以上全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩，kN·m；

W——水闸基础底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面距，m3；

∑G——作用于水闸基础底面以上全部竖向荷载之和，kN；

A——水闸底板底面积，m2。

计算结果见表1。

表1 坝基应力计算成果

经计算，最大应力发生在完建期的上游侧，最大241 kPa。根据地质资料，基底允许承载力为180～200 kPa，小于完建期基底应力，因此需要对基底进行加固处理。

需注意的是，坝（闸）基中存在多层低液限黏土夹层，其强度低，且分布不稳定，不适宜作为水闸地基，建议采用桩基处理。为解决地基承载力和夹层等地质问题，设计采用高压旋喷桩基处理措施。

3 高压旋喷桩设计

旋喷桩复合地基即以旋喷桩作为竖向增强体与桩间土再加上桩顶的垫层构成复合地基。高压旋喷桩是利用钻机钻到设计桩底深度，然后用高压泵用较高的压力将水泥浆通过钻杆端头的特殊横向喷嘴，高压水平喷入土层将水泥浆与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。旋喷桩主要用于加固软弱地基，提高土的抗剪强度，改善地基土的变形性质，使土体在上部结构荷载作用下，不至破坏或产生过大变形。高喷法通常采用水泥浆液，不会造成环境和地下水的污染，且耐久性较好；施工噪音较小，施工较简便。高压旋喷桩灌浆孔的排数、排距和孔距，主要取决于高喷体的直径和长度范围，可通过现场试验和工程类比加以确定，高压旋喷桩较适合本工程的地基加固，初拟桩径1.0 m，间排距2.0 m进行计算。

单桩竖向承载力特征值计算公式为：

式中：Ra——单桩竖向承载力特征值，kPa；

up——桩的周长，取3.14 m；

n——桩长范围内所划分的土层数；

li——桩周第i层土的厚度，m；

qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值，kPa；

qp——桩端地基土未经修正的承载力特征值，kPa；

Ap——桩端面积，Ap=0.785 m2。

竖向承载旋喷桩复合地基承载力特征值，计算公式为：

式中：fspk——复合地基承载力特征值，kPa；

m——面积置换率；

Ra——单桩竖向承载力特征值，kPa；

Ap——桩的截面积，取0.785 m2；

β——桩间土承载力折减系数，取0.75；

frk——处理后桩间土承载力特征值。

桩基竖向承载力计算结果分析为：本阶段选取断面0+020桩基竖向承载力计算。断面0+020处，桩长10 m，面积置换率为0.18时，复合地基承载力fspk=255.8 kPa。计算结果满足基底应力要求，故取直径1.0 m高压旋喷桩，间排距2.0 m。

根据《水闸稳定计算》，在各种工况下的地基承载力均小于桩基计算的地基承载力，因此，桩的布置较为合理。

4 结语

淜头水电站枢纽场地因坝基中存在多层低液限黏土夹层，其强度低，且分布不稳定，为解决地基承载力和夹层等地质问题，试验检测结果表明，高压旋喷桩能够满足设计要求，提高地基承载力。通过对枢纽基础地基的成功处理，表明采用高压旋喷桩对解决地基承载力不够及地质夹层问题是合理有效的，具有施工方便、工期短、造价低等特点，因此可向其他工程推广应用。

TV742

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1004-7042（2016）12-0030-02

郭彩红（1979-），女，2006年毕业于华北水利水电学院水利水电工程专业，工程师。

2016-10-09；

2016-11-21