锦屏二级电站不良地层平台上水泥灰罐基础处理研究

蔡海燕

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)



锦屏二级电站不良地层平台上水泥灰罐基础处理研究

蔡海燕

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)

在边坡高度达300m的锦屏二级1560m平台(宽约20m)的不良地层上修建750t集中制浆站，且有矿车从灰罐柱脚间通行为背景，对750t散装水泥灰罐基础的不良地层和矿车通行的安全边界条件进行了施工技术研究，分析了不良边坡平台基础的加固原理、处理要求、处理方案及施工工艺。实践表明，对不良地层采用锚杆、充填注浆及深孔锚筋桩锚固的方式，其地基承载力可提高40%以上，能完全满足750t散装水泥灰罐基础的承载力要求，从而能够有效解决超高超窄边坡平台不良地层上修建750t水泥灰罐基础承载力不足的难题。

锦屏二级电站 高边坡平台 不良地层 灰罐基础 施工方案

1 工程概况

锦屏二级水电站C5标引水隧洞固结灌浆量约176万余m，需灌注水泥10万余t，需浆量达30m3/h。为减小制浆系统的占地面积，实现称量和制浆系统自动化，提高制浆工作效率，降低运行成本，项目部在高程1560m平台2#施工支洞口上游侧100m处，设置了1个750t智能化集中制浆系统，进行长距离输浆，以缓解洞内交通压力和降低施工成本。由于1560m平台水泥储灰罐基础承载力不满足要求，即灰罐基础岩石为变形体(组成变形体块石直径为50cm～150cm)，变形体间块石空隙较大且多(部分空隙达50cm)，因此要求对灰罐基础直径10m范围进行处理。施工单位根据现场条件，对1560m平台超高超窄边坡平台不良地层进行了基础处理研究，以能有效解决地基基础不良造成的安全隐患。

2 灰罐基础的位置选择

根据锦屏二级水电站总体安排，并结合1560m平台具体条件，C5标集中制浆站布置有二个部位可供选择，第一处位于小水沟隧洞与1#施工支洞口之间的梯形面积区域，桩号K4+576.0m～K4+576.0m段；第二处位于距1560m平台2#施工支洞旁的轨道交通洞上游侧100m处，桩号范围AK4+915.00m～AK4+940.00m。基于地层原因，项目部邀请了公司技术水平高、施工管理经验丰富的人员到现场考察、指点，同时还咨询了部分国内著名专家及有关专业厂家，专门针对锦屏二级1560m平台具体场地提出的“灰罐基础与轨道运输通道共用”(见图1)，“洞外集中制浆与洞内临时制浆相结合”等方案进行反复讨论，最终确定C5标集中制浆站布置在1560m平台距2#施工支洞洞口100m处，桩号AK4+915m～AK4+940m，梯形面积区域约130m2。集中制浆场地对比见表1。

表1 集中制浆场地对比

根据表1，可初步判定场地二的条件较好。场地二能对工期、工序、开挖量、施工成本作出综合平衡；根据开挖情况表明，水泥储灰罐基础的实际地质条件比预测地质条件还要破碎；场地方案考虑了水泥储灰罐基础加固措施和防止储灰罐基础部位的边坡滑移处理措施。水泥储灰罐基础加固处理措施是把基础浇筑成整体钢筋混凝土，以增大受力面积；防止1560m平台水泥储灰罐基础部位的边坡变形处理措施，是在整体钢筋混凝土下进行固结灌浆、布置锚筋桩、锚杆等。

图1 灰罐基础与轨道运输通道共用

3 对灰罐基础的要求

3.1 罐体柱脚受力要求

每个罐体和罐体内水泥总重量约850t，罐体由6根钢柱托起，基础单位面积受力约180.75kN/m2，在基础设计时，要求地基岩石基础抗压强度≥300kN/m2时，才能在基础上部进行罐体柱脚安装。

3.2 灰罐地基要求

3.2.1 宜采用天然坚固地基。否则，需对地基采取相应的措施进行加固，以达到罐体地基承载力要求。

3.2.2 当罐体周围存在相邻建筑时，水泥储灰罐的基础埋深大于原有建筑基础。当埋深大于原有建筑基础时，两基础保持一定的净距，其数值根据原有建筑荷载大小、基础形式及岩质而定。

3.2.3 在罐体基础开挖及安装过程中，利用和保护天然排水系统和植被。

3.2.4 罐体及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则。

3.2.5 罐体结构体系简明、受力合理，具备必要的抗震承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力，对可能出现的薄弱部位，采取措施提高抗震能力。

3.2.6 水泥罐的地基圈梁必须闭合，当遇特殊情况断开时，圈梁上下搭接，搭接长度为上下圈梁间距的2.0倍，且不小于1.0m。

3.3 基础规划方案

水泥储灰罐基础采用C25钢筋混凝土，基础配φ28mm、φ16mm构造钢筋，并在6根水泥罐立柱处预埋钢板、布置锚桩及地锚钩。预埋的钢板与地锚钩、锚桩与上部结构相连，预埋钢板尺寸为900mm×900mm×30mm(长×宽×厚)。

采用风钻清除1560m平台已浇筑的20cm厚C25混凝土(清除范围直径8.6m)，清除部位进行刻槽处理，刻槽宽度1.5m×1.0m(下底宽×上底宽)，刻槽深度不少于80cm。由于智能化制浆系统应力较集中，要求刻槽至坚硬基岩。

在水泥罐立柱处设置锚筋桩，锚筋桩按直径7.74m、夹角60°均匀分布，锚筋桩规格为L=9m、3φ32mm，锚筋桩注浆比级为水∶水泥∶砂=0.41∶1∶1。

对刻槽超挖较多的部位采用C25混凝土回填，基础配筋为φ28mm、φ16mm钢筋，并与锚筋桩焊接成整体，待水泥罐预埋件埋设好后即可进行混凝土浇筑，水泥罐基础为C35混凝土。地基基础加固方案见图2。

图2 地基基础加固方案

3.4 地基承载力要求

水泥储灰罐混凝土基础所修建部位的地基承载力需大于23.43t/m2，才能满足750t水泥储灰罐地基承载力要求。

根据理论计算，加固后的地基承载力可达40t/m2，因此加固后的地基能满足水泥储灰罐所需地基承载力要求。

4 不良基础施工

4.1 施工方案

首先在开挖的基坑底部浇筑垫层混凝土、充填式固结灌浆及打锚杆后，再在每个柱脚基础底部布置5束平均孔深为15m的2φ28mm锚筋束(锚筋入岩深度不少于2m)，并在6根水泥罐立柱处预埋钢板及地锚钩。另外，水泥储灰罐混凝土基础采用三层φ28mm网状水平钢筋，周边采用φ28mm插筋和布置φ28mm圈筋浇筑而成。预埋钢板、地锚钩、锚筋束及插筋与上部结构相连，最后采用C25泵送混凝土把储灰罐基础浇筑成一个整体。

4.2 施工工序

施工放样→基础开挖→清基及浇垫层→充填式固结灌浆→锚杆孔及锚筋束施工(放样、钻孔及注浆)→布筋(三层水平钢筋、圈梁及支撑钢筋)→预埋钢板→立模→混凝土浇筑→养护及拆模→下一道工序。

4.3 处理措施

4.3.1 对开挖的基坑进行清基，然后采用M25砂浆作垫层，垫层平均厚度约20cm，再浇筑垫层混凝土(泵送C25混凝土)，厚度约0.25m。

4.3.2 当垫层砂浆强度达到75%以后，在垫层上钻孔和充填式固结灌浆，灌浆水灰比为0.5∶1或砂浆，钻孔深度3m～5m，或在混凝土浇筑前在较大的空隙中预埋灌浆管。

4.3.3 当充填式固结灌浆完成后，在水泥储灰罐每个柱脚部位布置5束2φ28mm锚筋束，其平均孔深为15m;在靠山体内侧布置2束2φ28mm锚筋束，其平均孔深8m，深入坚硬岩石为2m；

沿基坑周边每隔80cm布置1根锚杆，锚杆深入覆盖层约5m，采用φ28mm螺纹钢筋；

除柱脚及基坑周边外，其它部位布置部分φ28mm锚杆，锚杆间排距为2m，深入覆盖层约5m，采用φ28mm螺纹钢筋；

沿锚筋桩和周边锚杆布置圈梁，圈梁布置在底层，高×宽=80cm×80cm， 圈梁采用φ28mm螺纹钢筋。

4.3.4 根据基坑布置的锚筋束及锚杆进行布筋和预埋钢板。整体混凝土基础水平钢筋网分三层布置，每层钢筋之间的距离从低到高分别为80cm、120cm，层内钢筋网之间的钢筋间排距为250mm×300mm，采用φ28mm螺纹钢筋。

柱脚处的锚筋桩及基础圈梁采用φ8mm盘条作为箍筋，柱脚处的锚筋桩箍筋间排距为200mm， 基础圈梁箍筋间排距为400mm。

4.3.5 完成以上工序后，再采用C25混凝土把储灰罐基础浇筑成1个整体，并对混凝土进行养护等。

4.3.6 待混凝土强度达到设计要求后，再对水泥罐的6支柱脚基础进行支模浇筑混凝土，以及对预埋钢管位置进行钻孔灌浆。

5 结论

锦屏二级1560m平台散装水泥罐建成后，每个罐整体重量850t左右，垂直高度达20m，故水泥罐基础建在完整的基岩上或加固的地基上，地基满足近1000t的静压承载力要求，且在水泥罐建筑高空20m范围内无其他建筑物。1560m平台基础的岩石为大理岩，岩石的最大抗压强度为4MPa/m3，从现场处理结果及运行来看，完全满足储灰罐承载力的要求，同时经过对储灰罐抗倾覆能力计算，在安全性上是可行的。

根据对1560m平台总体规划，C5标在1#施工支洞与小水沟隧洞之间的集中制浆站满足两边公路运输车辆的通行，在充分考虑罐体自重、跨距、荷载及公路宽度的作用下，灰罐基础布置在安全范围线之内，是安全可行的。当C5标集中制浆站建立后，两边公路均有8m以上宽度，完全满足大件运输及其它车辆的通行。同时为避免运输车装载的设备及材料超宽，碰撞到储灰罐立柱，在储灰罐的两端头各设置两个混凝土防护墩或钢管排架，张贴警示牌，进行超宽超高限制。由于设备检修和制浆工作的需要，通过在制浆站四周架设防护栏，保证工作人员和运输车辆的安全通行。

〔1〕高万新，李 焰.三峡坝基灌浆施工主要技术问题及解决措施[J]. 葛洲坝集团科技， 2006，(4)∶21～25.

〔2〕 沈春林. 地下防水工程实用技术[M]. 北京：机械工业出版社，2005.

〔3〕蔡胜华，黄智勇，董建军等. 注浆法[M]. 北京：中国水利水电出版社，2006.

〔4〕马国彦，常振华. 岩体灌浆排水锚固理论与实践[M]. 北京：中国水利水电出版社，2003.

蔡海燕(1977- )，男，四川巴中人，高级工程师，从事水利水电工程施工技术工作。

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2095-1809(2015)05-0067-03