水电站地面厂房开挖预留岩坎可行性分析

杨 森

中国水利水电第八工程局有限公司

水电站地面厂房开挖预留岩坎可行性分析

杨 森

中国水利水电第八工程局有限公司

水电站地面厂房的施工往往需要围堰，为减少围堰施工带来的难度、成本及工期方面的限制，根据实际地形条件，采用预留岩坎方式形成基坑，对预留的岩坎进行防渗及稳定分析，确定预留岩坎施工的可行性。

岩坎渗流稳定排水

1 引言

分析厂房地质资料、结构布置、度汛设计，初步设计预留岩坎形式，对初步设计的预留岩坎进行岩坎高度、渗流、稳定性计算，通过计算调整预留岩坎结构形式，最终确定预留岩坎是否可行。

2 工程概述

（1）岩坎围堰工程级别：4级，本工程抗震设防类别为乙类，设计烈度为7度。

（2）岩坎围堰度汛标准：①设计水位：100年一遇，洪峰流量1090m3/s，对应水位41.80m。②校核水位：200年一遇，洪峰流量1200m3/s，对应水位42.075m。其中5年一遇，洪峰流量611m3/s，对应水位39.104m。

（3）岩坎围堰工程地质。厂区范围内均为第四系冲洪积物，由砂卵石夹漂石组成，结构较密实，下伏基岩白垩系板岩夹砂岩。厂区冲洪积堆积层厚度8m～30m，卵石、碎石及漂石岩性主要为板岩夹砂岩，该层作为建筑物基础，存在不均匀沉降变形等问题，应开挖清除；下伏基岩为白垩系板岩夹砂岩，可用作厂房基础，地基强度能满足设计要求。

3 岩坎计算

3.1 初步设计概述

岩坎围堰底宽约65m，高20m，顶面宽度8m，岩坎围堰背水面坡度1:1，迎水面坡度1:1.5，边坡设一级马道，马道宽2m，纵向岩坎围堰总长60m，上游横向岩坎围堰总长65m，下游横向岩坎围堰总长85m，岩坎围堰总长约210m。岩坎围堰下部为原状岩，主要为冲洪积物中的粉细砂、砂卵砾石，原状岩上部利用厂房开挖料加宽碚厚，岩坎下部钢筋笼防护。

3.2 岩坎围堰堰顶高程、渗流、稳定计算

3.2.1 岩坎围堰堰顶高程计算

堰顶高程按：①设计洪水位+正常运用条件的堰顶超高；

②正常水位+正常运用条件的坝顶超高；③校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高；④正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高+地震安全超高中的最大值确定。

堰顶在汛期以上的超高y按下式计算：

y——堰顶超高，m；R——最大波浪在堰坡上的爬高，m；e——最大风壅水面高度，m；A——安全超高，m；正常蓄水位取0.7m，设计工况取0.7m，校核工况取0.4m。

表1 堰顶高程计算成果表

根据表1中计算，确定堰顶高程：44.35m。

3.2.2 岩坎围堰渗流计算

岩坎围堰工程地质计算简图参见图1。

岩坎围堰考虑防渗帷幕灌浆，孔径130mm，孔距1.5m，轴线上设单排，深入强风化基岩1.0m。岩坎围堰总渗流量：

q1、q2…qn—各断面堰身和堰基单宽渗流量之和；l1、l2、…ln—断面间距；

计算简图参考表2，各断面按帷幕灌浆渗流量+堰基渗流量之和进行单宽渗流量计算，总渗流量为367.36m3/d。

表2 岩坎围堰总渗流量表

根据《土坝设计》第197页堰基渗流量计算公式，弱风化及强风化层渗流按

q=K（HT/nL）

根据《土坝设计》第171页达塞定理计算帷幕灌浆渗流量，q=kiA；

A，帷幕水流断面面积，帷幕宽度面积；

k，渗透系数（m/d），灌浆帷幕取 1.0×10-6cm/s=8.64×10-4m/d；

H，水头；L，渗透长度，灌浆帷幕取1m-1.5m；i，水力坡降，i=H/L

3.2.3 岩坎围堰稳定性验算

（1）稳定安全系数。本岩坎围堰考虑为土石围堰，级别为Ⅳ级，根据规范，围堰稳定安全系数≥1.25（此系数按最大考虑），边坡稳定；

（2）稳定计算。①作用于围堰的主要荷载，计算时，不同部位应选择不同容重，本岩坎围堰，加高碚厚区，考虑为堆石体，干容重Γb=Γm（1-n），Γm块石容重，n孔隙率；浮容重Γu=Γd-（1-n）Γω，Γω水容重，n孔隙率。

a）层粉细砂，结构松散，均一性差，渗水性强，初判为可能液化土，该层位于地下水位以上，不作液化复判，因该层工程性质较差，建议清除表层粉细砂；b）层砂卵砾石为主，夹少量漂块石；c）层白垩系/板岩夹砂岩；所有土料的浮容重均在1.0g/cm3左右，饱和容重都在2.0g/cm3左右，其误差不超过8%。具体容重参见图2。

根据本岩坎围堰的结构形式及岩性，属非粘性土堆石的干坡。当在洪水位时，为全部浸水，坡的滑裂面为一平面；若部分浸水，部分干坡，为折线滑动；考虑全部浸润形成平面滑移面。

图2 滑移面计算简图

设坡上一土粒重为Q，其滑动力为Qsinα，抗滑力为Qcosαtgψ，内摩擦角取以上①～⑤种土体中最小值，按③浸润容重28考虑，则稳定安全系数

K=Qcosαtgψ/Qsinα=ctgαtgψ=ctg28tg28=1.88×0.53=1.0

K=1.0＜1.25，该岩坎围堰初步设计边坡坡度：背水面1:1，迎水面1:1.5，不满足要求。

4 结论

根据2.2.3岩坎围堰稳定计算，若考虑去掉①层Q4al+pl粉细砂，则内摩擦角取②浸润容重38，K=1.5＞1.25，边坡满足要求。

调整岩坎围堰设计的措施及办法：

（1）加高碚厚前清除岩坎覆盖层（①层Q4al+pl）；

（2）调整岩坎围堰坡度：迎水面边坡1:1.75，背水面边坡1:1.5。

[1]DLT 5719—2015.水电水利工程施工基坑排水技术规范[S].

[2]土坝设计.

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.198