CN103967033A - 一种水电站厂房地基处理方法 - Google Patents

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童迪
石运深
牟春来
刘小江
张志国
赵世英
李旻
郭红亮
杨志明
赵晓秋
罗岚
展巍巍
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Abstract

本发明公开了一种水电站厂房地基处理方法，包括如下步骤：A、进行多个水泥搅拌格栅桩的施工，形成格栅网；B、所述格栅网的每个网格中间进行分布桩的施工；C、在纵向和横向的水泥搅拌格栅桩相交处进行高压旋喷接头桩的施工；D、在土层中进行塑性混凝土防渗墙的施工。本发明能够避免水电站厂房软弱地基承载力不足、沉降变形过大、渗流破坏和地基振动液化，工程投资少，施工便捷，可以广泛应用于水力发电工程技术领域。

Description

一种水电站厂房地基处理方法
技术领域
本发明涉及水力发电工程技术领域，特别是涉及一种水电站厂房地基处理方法。
背景技术
水电站厂房能够将流水蕴含的机械能转换为电能，集建筑施工、机械制造及电气设备等技术于一体。其地基平均应力要求在400KPa以上，对基础承载力、变形和稳定有严格要求。
目前，我国水电站厂房大都布置于基岩上，但随着河流中下游水电资源的开发，部分冲积平原地区水电站厂房完全坐落于砂卵石、粉土、粉细砂等非基岩地基上。这种天然地基一般无法满足水电站厂房对地基承载力的要求，需采取措施进行地基加固处理。目前常用的水电站厂房地基处理方法有：换填法(如魏家堡水电站)，固结灌浆法(如沙湾水电站)、灌注桩法(如西霞院水电站)、振冲碎石桩法(如鲁基厂水电站)等。这些方法在大规模软弱地基处理中单一运用时存在以下不足：
(1)换填法需大规模开挖深基坑后回填混凝土，在粉细砂层较深时，工程造价较高，且相应降水工程量大；
(2)固结灌浆法适用于提高破碎基岩的完整性，对软弱地基承载力提高效果一般；
(3)灌注桩法造价较高；
(4)振冲碎石桩法、灌注桩法等不利于提高砂土地基的抗振动液化性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种水电站厂房地基处理方法，使其能够解决水电站厂房大规模软弱地基承载力不足、沉降变形过大、渗流破坏和地基振动液化问题，同时工程投资少，施工快速简易。
本发明提供的一种水电站厂房地基处理方法，包括如下步骤：A、进行多个水泥搅拌格栅桩的施工，形成格栅网；B、所述格栅网的每个网格中间进行分布桩的施工；C、在纵向和横向的水泥搅拌格栅桩相交处进行高压旋喷接头桩的施工；D、在土层中进行塑性混凝土防渗墙的施工。
在上述技术方案中，所述分布桩为水泥搅拌分布桩或高压旋喷分布桩。
在上述技术方案中，在步骤A中，通过搅拌机械在土层深处就地将软土和水泥浆强制搅拌，利用水泥浆和软土间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有一定强度的水泥搅拌格栅桩；在步骤B中，通过搅拌机械在土层深处就地将软土和水泥浆强制搅拌，利用水泥浆和软土间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有一定强度的水泥搅拌分布桩；利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层预定位置，将水泥浆从喷嘴高速喷出冲击破坏土层，将水泥浆与土粒强制搅拌混合，待凝固后使软土硬结成具有一定强度的高压旋喷分布桩；在步骤C中，利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层预定位置，将水泥浆从喷嘴高速喷出冲击破坏土层，将水泥浆与土粒强制搅拌混合，待凝固后使软土硬结成具有一定强度的高压旋喷接头桩；在步骤D中，在土层中挖掘连续槽孔，以泥浆固壁，向孔内灌注塑性混凝土建成塑性混凝土防渗墙。
在上述技术方案中，所述土层为粉细砂土层。
本发明一种水电站厂房地基处理方法，具有以下有益效果：水泥搅拌格栅桩作为改善地基承载力和限制沉降的主要措施，具有造价低的特点，其格栅间距、桩径根据要求的地基承载力所需的置换率确定。同时，在格栅网较疏的地方根据满足地基承载力所需的置换率可增设水泥搅拌分布桩。
待水泥搅拌格栅桩和水泥搅拌分布桩施工完毕后，在格栅网较密的地方增设高压旋喷分布桩。随后，在纵向和横向的水泥搅拌格栅桩相交处进行高压旋喷接头桩的施工，该接头桩可以避免在施工过程中处理冷接头所带来的施工困难、造价高、工期长和质量难保证等不足，有利于水泥搅拌格栅桩的连续施工和施工机械的灵活布置，加快了施工进度。
在地基上游端及两侧布置有连续的塑性混凝土防渗墙，可以减少地基渗漏和防止渗流破坏。
采用本发明处理的复合地基能满足水电站厂房所表现的高地基应力的特性要求，布置水泥搅拌格栅桩能有效提高粉细砂的抗震动液化能力，采用交叉套接的水泥搅拌格栅桩可以减少搅拌桩因发生断桩等情况时对承载能力的影响，使得整个地基的整体性更好。采用高压旋喷接头桩处理水泥搅拌格栅桩的接头部位，解决了水泥搅拌格栅桩冷接头的处理时效的业界难题，使得水泥搅拌格栅桩得以大规模快速连续施工，与之相比较，如果接头部位继续采用水泥搅拌格栅桩，由于水泥搅拌格栅桩必须在搭接时间之前才能搅拌施工，而水泥搅拌格栅桩的搭接时间仅为18个小时左右，时间较短，为了保证施工顺利进行，当一个方向的水泥搅拌格栅桩施工到接头部位时，需要同时在另外三个方向配备专用机械同时搅拌施工，该处施工完结后，这三个方向分别进入各自的下一个接头处，该三个接头处面对各自延伸出的三个方向共需九台机械同时搅拌施工，以此类推，同时布置的搅拌设备将以几何级的数量增加，不仅布置困难，而且会使施工成本很高且管理难度相当大；而高压旋喷接头桩由于其工艺特点，可以在超过水泥搅拌格栅桩搭接时间之后施工，施工机械布置灵活，可以将施工机械数量控制在合理的范围内，降低了成本。但在格栅网较密时，相对于体积较大的搅拌桩机械，高压旋喷分布桩的施工机械较小，适于面积较小的格栅网格，同时可较好地解决其它桩型易产生的挤土效应问题，避免对已施工格栅桩造成破坏。与现有技术相比，整个工程投资较少，大大节省了工程费用，处理方法简便易行。
附图说明
图1为本发明水电站厂房地基处理方法中的所涉地基结构示意图；
图2为本发明水电站厂房地基处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
参见图1，本发明水电站厂房地基处理方法中的所涉地基，包括土层1、由多个水泥搅拌格栅桩2组成的格栅网3、高压旋喷接头桩4、塑性混凝土防渗墙5、水泥搅拌分布桩6和高压旋喷分布桩7。
本实施例以位于江汉冲积平原上的某水利枢纽为例，水电站厂房为河床径流式电站，地基持力层为全新统下段细砂层，厚度约6m，下伏砂砾石层，厚度约30m。天然地基承载力特征值为170kPa，小于电站厂房机组段平均应力460.5KPa，存在承载力低、沉降量大、易发生渗透变形等问题，需进行地基处理。
针对上述地质条件的地基，采用如下技术手段进行处理：多个水泥搅拌格栅桩2固定于土层1中并呈格栅设置，由多个水泥搅拌格栅桩2组成的格栅网3的纵向与河水径流方向相同。所述格栅网3中纵向和横向的水泥搅拌格栅桩2相交处设有高压旋喷接头桩4。
所述格栅网3的每个网格中间设有多个固定于土层1中的分布桩：在格栅网3较疏的地方根据满足地基承载力所需的置换率增设水泥搅拌分布桩6，所述单个网格中的水泥搅拌分布桩6呈矩形排列、且矩形长度方向与河水径流方向相同，每个网格中间的水泥搅拌分布桩6共有六个，其中，长度方向为三排，宽度方向为两列，相邻的水泥搅拌格栅桩2之间和相邻的水泥搅拌分布桩6之间均通过交叉套接相连；在格栅网3较密的地方增设高压旋喷分布桩7，所述单个网格中的高压旋喷分布桩7呈矩形排列、且矩形长度方向与河水径流方向相同，相邻的高压旋喷分布桩7之间相切连接，每个网格中间的高压旋喷分布桩7共有六个，其中，长度方向为三排，宽度方向为两列。
格栅网3的外侧设有由端墙5.1和侧墙5.2组成、与格栅网3设有一定间距的塑性混凝土防渗墙5，所述端墙5.1设于格栅网3的上游端，所述侧墙5.2分别设于格栅网3的两侧，所述塑性混凝土防渗墙5固定于土层1中。
本发明水电站厂房地基中，水泥搅拌格栅桩2、高压旋喷接头桩4、水泥搅拌分布桩6和高压旋喷分布桩7桩长根据地基土液化深度和地基承载力要求确定，水泥搅拌格栅桩2、高压旋喷接头桩4、水泥搅拌分布桩6和高压旋喷分布桩7施工前应做现场工艺性试验，以确定水泥搅拌桩配合比、施工工法及施工设备，具体参数如下：在格栅网3较疏的地方，每个网格两端的水泥搅拌格栅桩2中心距L1为3.92m，在格栅网3较密的地方，每个网格两端的水泥搅拌格栅桩2中心距L6为3m，格栅网3每个网格两侧的水泥搅拌格栅桩2中心距L2为3.92m；水泥搅拌格栅桩2、高压旋喷接头桩4、水泥搅拌分布桩6或高压旋喷分布桩7桩径均为0.8m，水泥搅拌格栅桩2、高压旋喷接头桩4、水泥搅拌分布桩6或高压旋喷分布桩7桩长均为8.0m，相邻两个水泥搅拌格栅桩2中心距L4为0.56m；塑性混凝土防渗墙5的墙宽L5为0.4m，墙深8.45m，与水泥搅拌格栅桩2间距L3为1.12m。
参见图2，本发明水电站厂房地基处理方法，包括如下步骤：
A、进行多个水泥搅拌格栅桩2的施工，形成格栅网3，具体而言，通过搅拌机械(图中未示出)在土层1深处就地将软土和水泥浆强制搅拌，利用水泥浆和软土间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有一定强度的水泥搅拌格栅桩2。
B、所述格栅网3的每个网格中间进行水泥搅拌分布桩6或高压旋喷分布桩7的施工，具体而言，通过搅拌机械在土层1深处就地将软土和水泥浆强制搅拌，利用水泥浆和软土间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有一定强度的水泥搅拌分布桩6；利用钻机(图中未示出)把带有喷嘴(图中未示出)的注浆管(图中未示出)钻至土层1预定位置，将水泥浆从喷嘴高速喷出冲击破坏土层1，将水泥浆与土粒强制搅拌混合，待凝固后使软土硬结成具有一定强度的高压旋喷分布桩7。
C、在纵向和横向的水泥搅拌格栅桩2相交处进行高压旋喷接头桩4的施工，具体而言，利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层1预定位置，将水泥浆从喷嘴高速喷出冲击破坏土层1，将水泥浆与土粒强制搅拌混合，待凝固后使软土硬结成具有一定强度的高压旋喷接头桩4。
D、在土层1中进行塑性混凝土防渗墙5的施工，具体而言，在土层1中挖掘连续槽孔(图中未示出)，以泥浆固壁，向孔内灌注塑性混凝土建成塑性混凝土防渗墙5。
现场载荷试验表明，水电站厂房地基承载力满足该水电站厂房要求。厂房建成挡水(图中未示出)后运行监测数据表明：地基沉降小，承载能力满足设计要求，解决了粉细砂地层水电站厂房大规模地基处理问题。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种水电站厂房地基处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、进行多个水泥搅拌格栅桩(2)的施工，形成格栅网(3)；
B、所述格栅网(3)的每个网格中间进行分布桩的施工；
C、在纵向和横向的水泥搅拌格栅桩(2)相交处进行高压旋喷接头桩(4)的施工；
D、在土层(1)中进行塑性混凝土防渗墙(5)的施工。
2.根据权利要求1所述的水电站厂房地基处理方法，其特征在于：所述分布桩为水泥搅拌分布桩(6)或高压旋喷分布桩(7)。
3.根据权利要求2所述的水电站厂房地基处理方法，其特征在于：在步骤A中，通过搅拌机械在土层(1)深处就地将软土和水泥浆强制搅拌，利用水泥浆和软土间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有一定强度的水泥搅拌格栅桩(2)；
在步骤B中，通过搅拌机械在土层(1)深处就地将软土和水泥浆强制搅拌，利用水泥浆和软土间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有一定强度的水泥搅拌分布桩(6)；利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层(1)预定位置，将水泥浆从喷嘴高速喷出冲击破坏土层(1)，将水泥浆与土粒强制搅拌混合，待凝固后使软土硬结成具有一定强度的高压旋喷分布桩(7)；
在步骤C中，利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层(1)预定位置，将水泥浆从喷嘴高速喷出冲击破坏土层(1)，将水泥浆与土粒强制搅拌混合，待凝固后使软土硬结成具有一定强度的高压旋喷接头桩(4)；
在步骤D中，在土层(1)中挖掘连续槽孔，以泥浆固壁，向孔内灌注塑性混凝土建成塑性混凝土防渗墙(5)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的水电站厂房地基处理方法，其特征在于：所述土层(1)为粉细砂土层。
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