砂卵石地基上引水式水电站厂房的不均匀沉降问题分析

刚得志

摘 要：在当前的水电站开发当中，引水式开发是一种十分常见的开发方式，通常在流量小、坡降大的河流中得到应用。由于山区河流地形狭窄，可供选择的场地有限，为了合理利用水能资源，降低投资，厂址的选择往往在河滩地或阶地上，因此发电厂房以砂卵石等一些软弱基础为地基的概率比较大。砂卵石具有透水性、不均匀性、压缩特性等性质，对于工程安全的影响较为不利。同时，由于引水式水电站厂房结构的自重较大，其地基基础会产生较大幅度的沉降。上下游的地基还可能发生较大的不均匀竖向沉降。

关键词：砂卵石地基；引水式水电站厂房；不均匀沉降；问题分析

前言

在砂卵石地基上进行引水式水电站厂房的建设，如果其地基出现不均匀或过大的沉降，都会给厂房的安全造成极大的影响，甚至对整个水电站的安全运行造成危害。而水电站在建设厂房的过程中，采取分机组段建设的一个重要因素就是考虑到了在各个机组段之间可能会发生不均匀的竖向沉降。因此，对引水式水电站厂房在砂卵石地基上进行建设发生的不均匀沉降问题进行研究，具有十分重要的意义。

1 砂卵石地基的地址特性

1.1 不均匀性

砂卵石地基通常位于河床软弱地基，在砂卵石的沉积过程中，周围的自然环境键位复杂，而且十分多变。砂卵石的内部层次结构、物质组成等都会发生较大的变化。在砂卵石当中，往往都会含有粘性土、细粉砂等工程性质较为不良的软弱夹层。因此，砂卵石具有很大的不均匀性，砂卵石地基的不均匀性变发生机率也很大。

1.2 压缩性

从砂卵石材料的内部机构构成及其主要组成成分等方面来看，砂卵石具有很大的压缩变形特征。按照疏密程度来划分，砂卵石通常分为密实、中密和稍密等形式。如果在其上建设引水式水电站厂房，砂卵石将会受到压力而发生形变，进而导致不均匀沉降[1]。

1.3 抗剪性

砂卵石地基的承载力和抗剪强度会受到很多因素的影响。其中，砂卵石材料内部的结构、砂卵石当中的级配等因素产生的影响最大。通常情况下，级配良好、结构密实的地基才具有较高的承载能力，其抗剪性能也比较高。但是，砂卵石的特性决定了其密实程度十分有限，难以承载过重的厂房，因此其抗剪性能也十分有限。

1.4 渗透性

砂卵石作为一种软弱地基，其渗透性很强。对于大多数砂卵石材料来说，其渗透系数都比较大。因此在砂卵石地基当中，时常会出现渗漏的情况，进而对地基的稳定性造成影响。如果稳定性降低到一定程度，将会导致水电站厂房发生不均匀沉降的情况。

2 砂卵石地基上引水式水电站厂房的不均匀沉降

砂卵石地基中存在的各种问题，对引水式水电站厂房的安全造成了很大的威胁，尤其是其沉降现象更为严重。砂卵石地基的沉降可能造成两种情况，一种是过大的沉降量降低了建筑物的标高，使其正常运行和使用受到了影响。另一种是过大的不均匀沉降可能导致建筑物的倾斜、倒塌、混凝土部件的开裂等情况，不但会对建筑物的使用造成影响，对其结构安全造成威胁。严重时，还可能对人们的生命财产安全造成损害[2]。

对于以上情况，如果砂卵石的覆盖层厚度较小，而且全部挖出较为方便，就可以将其全部挖出，然后换填性能更为良好的材料。如果砂卵石覆盖层厚度较大，或者挖掘不易，将会导致施工难度和施工成本大增，因此不宜采用此种处理方法。所以，对于实际情况不同的砂卵石地基，通常要采取不同的方法进行处理。在相应处理完成之后，砂卵石地基的不均匀沉降现象将会得到一定的控制。但是如果砂卵石覆盖层的厚度过大，或是不同地方的厚度差异过大，就不能单靠常规的地基处理方法对其进行处理。此外，进行地基处理还需要花费大量的资金，不利于施工成本的控制。

因此，在砂卵石地基上进行引水式水电站厂房建设的过程中，应当对不均匀沉降进行细致的研究，利用有限元模拟计算方法，对不均匀沉降值计算。根据计算结果，采用不同处理方案，对砂卵石地基上引水式水电站厂房不均匀沉降进行处理过程中的，不均匀沉降差值和沉降规律等信息进行研究和分析，从而选择最为合理、经济、有效的砂卵石地基处理方案。同时，在砂卵石地基处理的过程当中，要对各方面的细节和技巧加以重视。这样，能够对砂卵石地基上引水式水电站厂房的不均匀沉降情况进行有效的控制和降低，最大限度的确保水电站厂房的运行安全和质量安全，使其能够正常的发挥作用，同时避免安全事故的发生[3]。

3 不均匀沉降的应对措施

砂卵石地基的材料强度较低，其结构也十分复杂，因此很容易发生不均匀沉降的情况。而在施工过程中，如果用其它性质较好的材料来替换砂卵石覆盖层，又会极大的增加工程量，同时也会提高施工难度。因此，在引水式水电站厂房的建设过程中，应当采取适当的应对措施，对砂卵石地基进行处理，尽量降低或避免砂卵石地基造成的不均匀沉降现象[4]。

在实际施工过程中，采取的主要方法是部分清除、固结灌浆、振冲碎石桩、高压旋喷桩等方式，对砂卵石地基进行处理，提高砂卵石材料的强度及其承载力，从而降低地基不均匀沉降现象。同时还能够有效的将地基渗漏情况减小，防止砂卵石地基发生震动液化的情况，这样对于引水式水电站厂房的安全运行具有十分良好的意义。另一方面，砂卵石地基还可能发生震动液化的情况。因此要对砂卵石地基进行仔细的检查。如果其中存在可液化土体，应当及时进行清除，同时进行振动碾压，使其中的孔隙率降低，提高土体的密度，增强土体强度和抗液化能力。

4 实际应用

四川省甘孜州九龙县踏卡水电站厂址区采用的就是振冲碎石桩的方式处理基础。前期勘探发现厂房持力层以下有厚度在5～15m的细砂夹粉土层。该土层主要由中细砂及粉土等细粒物质组成，物理力学性质较差，透水性微弱，如果遇到地震，则有液化可能。因此为了厂房建筑物的安全，经过方案对比，最后采用了振冲碎石桩对基础进行处理。

5 结束语

对于一般的建筑物来说，地基的安全性和稳定性对建筑物的质量和结构安全具有十分重要的意义，也是建筑物功能正常发挥的重要保障。而在引水式水电站厂房的建设中，由于实际地形的限制，使得其只能选择砂卵石作为地基。但是砂卵石的各种特性决定了其不适合作为地基使用，否则极易出现不均匀沉降的情况。对此，应当细致的分析和掌握沉降的具体原因，采取相应的措施进行处理，降低和避免不均匀沉降的发生，进而保障引水式水电站厂房的安全。

参考文献

[1]王汝恒.巨型框架结构-筏基-砂卵石地基的静动力共同作用研究[D].重庆大学，2014.

[2]于倩倩.河床式水电站厂房结构的地震响应分析方法研究[D].天津大学，2012.

[3]向贤礼.砂卵石地基的勘测方法与承载力研究[D].中南大学，2011. [4]何小雄.某水电站厂房结构应力计算与深层抗滑稳定分析[D].西安理工大学，2013.