水泥稳定土在前池地基加固中的应用

2017-04-13吴志花新疆天富能源股份有限公司红山嘴电厂

河南水利与南水北调 2017年3期

□吴志花（新疆天富能源股份有限公司红山嘴电厂）

水泥稳定土在前池地基加固中的应用

□吴志花（新疆天富能源股份有限公司红山嘴电厂）

文章介绍了红山嘴电厂二级电站前池改造时地基存在的问题，提出3种换填方案，针对各方案进行比较分析，尝试采用水泥稳定土进行地基换填。红山嘴电厂二级电站增效扩容改造工程实施时，发现前池地基存在大量的软弱土层，在对前池地基进行加固处理时，采用了水泥稳定土。文章对水泥稳定土换填施工操作过程做了详细介绍，对工程改造实施效果进行效益分析与评价。

地基；换填；工期；水泥稳定土

1 工程概述

红山嘴电厂二级电站位于玛纳斯河中上游左岸，电站于1976年动工建设，1978年10月-1980年9月，4台机组陆继完工投产。电站装机容量4×3 200 kW，年利用小时数3 750 h，年设计发电量4 800万kW·h。2014年红山嘴电厂对二级电站进行增效扩容改造，水工建筑主要改造引水渠、前池、尾水、排冰闸并新建溢流堰，机组改造主要完成4台水轮发电机组与其附属设备和机组控制、保护、测量系统设备的改造等。改造后2级电站装机容量为4×4 000 kW，年利用小时数3 911 h，平均年发电量为6 258万kW·h，年均增发电量997万kW·h。

2 前池地基加固方案比选

2.1 二级前池地质情况

二级前池位于玛纳斯河东岸V级阶地边缘，地形起伏较大，地势为前池场地高，四周低，地面高程706～733 m。前池场地自上而下依次为：第一层为第四系上更新统风积层，岩性为低液限粘土，层厚1.20～3.70 m，层底标高708.46～709.43 m。土黄色，软塑～可塑，局部夹有砾石。天然密度1.92 g/cm3,天然含水率26.60%，粘聚力17.6 kPa，内摩擦角16.50o。第二层为第四系中更新统乌苏群，岩性为级配不良砾，埋深1.20～3.70 m，层厚约7.50 m，层底标高701.49～701.93 m。青灰色、稍湿，上部1 m稍密，下部中密～密实状态，磨圆度较好，多呈亚圆形，母岩成分以凝灰岩、花岗岩为主。第三层为第三系上新统独山子组，岩性为泥岩夹砂岩。埋深8.70～9.60 m，揭露厚度5.40～11.30 m，最低钻至标高690.19 m，仍未揭穿。青灰色夹红褐色，夹中厚层砂岩。该层泥岩具有在干湿交替作用下风化速度变快的特征。

根据地质勘测情况，前池场地第一层低液限粘土，力学性质较差，不能作为前池基础持力层，第二层级配不良砾分布较均匀，力学性质较好，可作为拟建建筑基础持力层。其下部泥岩层在水的作用下将加快其风化速度，致使泥岩层承载能力和抗滑能力大大降低，所以前池建筑物应做好防排水措施。

2.2 前池改造工作任务

因二级电站建设较早，受当时条件限制，设计、施工标准较低，经过多年运行，工程存在多处安全隐患，针对前池存在的问题，确定本次前池改造主要工作为：一是，拆除原前池工作闸房，将原闸墩加高1.50 m，在上部新建工作闸房，同时将人行桥平台加高1.50 m，以充分利用水能。二是，将原前池连接段全部拆除，将连接段延长，从前池进水闸墩向上游延长至100 m，再设置扭面与引水渠相接，并将原梯形断面改造成矩形断面，两侧墙体采用混凝土重力墙结构，在右岸设置36 m长溢流堰。三是，拆除原排冰闸，在原址新建排冰闸。四是，排冰闸下游泄水陡坡连接段全部拆除，将原梯形断面改为矩形断面，边墙采用混凝土重力墙结构。

改造为减少对进水闸室基础的扰动，对前池工作闸室高程718 m以上（工作闸墩顶高程）建筑物拆除改造，但前室段、陡槽段底板不拆除、两侧原浆砌石重力墙只拆除墙身，原基础不拆除。新建重力墙墙基与原墙基结合成一体承受新墙身荷载。

2.3 地基加固方案比选

前池改造建筑物基础设计底标高708～711 m，地基中低液限粘土层底标高708.46～709.43 m。地基软土不能满足工程要求必须进行换填处理。经计算，换填土层平均厚度2.50 m，换填总量为2 600 m3。

因二级电站引水渠不仅是发电引水渠还兼有向周边及下游约0.67万hm2农田灌溉引水的任务，前池改造工程实施要避开农业用水时间，只能集中在每年4月底以前，约25 d的工期，工期成为前池工程改造的关键性约束条件。在换填方案中，要优先考虑施工方便、工期短的方案。

针对前池的地基情况，提出三种换填方案：方案一，采用砂砾石进行换填。造价低、施工方便，但收缩性、透水性较大，因前池原地基没有全部拆险，需与新地基结合成一个整体共同承担上部荷载，存在地基不均习沉降的风险较大。方案二，低标号毛石混凝土换填。造价、施工难度较方案一大，但收缩性、透水性较小，地基整体性好，不均习沉降风险性降低。方案三，采用水泥稳定土。造价低、施工方便，收缩性、透水性均小。但水泥稳定土在一般应用在公路工程中厚度仅为15～20 cm，没有在水利工程中做为地基换填料使用过，且结构厚度达2 m，是一种新的尝试。本次改造二级电站工期成为前池工程改造的关键性约束条件。在换填方案中，必须要优先考虑施工方便、工期短可靠性强的方案。经分析，方案三施工快、造价低，可加快工程进度，压缩性小；能与原前池重力墙墙基结合成整体，满足基础承载要求。透水性小，可满足前池地基泥岩层的防水要求。本次改造最终确定前池重力墙下部地基采用方案三进行地基换填，前池进水室底板下部地基采用方案一进行换填。

3 水泥稳定土施工

3.1 水泥稳定土设计方案

一般水泥稳定土在公路路基层使用时，水泥用量多数按砂砾石集料的3.50%～5%掺用，在本次使用时，经综合比较，水泥用量采用10%的配比使用。

3.2 施工流程

地基换填施工流程：挖除软土层→人工清基、找平→原砂砾石基面压实→成品水稳土摊铺第一层（每层摊铺厚度不超过50 cm）→压实→洒结合水→摊铺第二层→压实→洒结合水直至摊铺第五层并压实。

3.3 施工方法

一是，清除软土。根据图纸放线开挖，采用机械挖装、运输。因土层软，含水率高、塑性大，为便于运输，采用从上游向前池一次性开挖到位。二是，人工清基、找平。人工将局部软泥挖除、清理干净，并找平。三是，砂砾石基面压实，采用20 T振动碾压实砂砾石基面。并洒少量结合水。四是，水稳土摊铺。采用成品水稳土，拌合站拌制好，运至施工场地，由铲车摊铺平整，达到摊铺厚度，采用20 T振动碾来回碾4遍压实，洒少许结合水，再继续摊铺，压实，至最后完成换填工作。