CN107165151A - 一种水电站工程中沉降差的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水电站工程中沉降差的控制方法，包括以下步骤：1.在设计上通过灌注桩、旋喷桩、振冲桩、防渗墙和帷幕灌浆措施加固基础；2.泄洪闸采用整体式闸墩结构，在泄洪闸上下游、缝隙之间设置多个铜止水；3.在施工顺序上采用先浇筑右侧闸坝下半段基础和引力发电厂房下半部分基础，然后进行砂卵石基础填筑以及砂卵石基础上浇筑左侧闸坝基础；再进行右侧闸坝上半段基础浇筑，最后浇筑引力发电厂房上半部分基础。本发明从施工、设计以及建筑物的布置多个方面对深厚覆盖层的闸坝可能导致的不均匀沉降差进行杜绝，使得相邻坝段基地应力尽可能保持一致，本发明从各个施工阶段进行控制，使相邻建筑物沉降差满足设计要求。

Description

一种水电站工程中沉降差的控制方法

技术领域

本发明属于深厚覆盖层闸坝领域，具体涉及一种水电站工程中沉降差的控制方法。

背景技术

国内外在深厚覆盖层上修建的各类挡水建筑物较多，资料显示，覆盖层上修建 的混凝土闸坝，国内的下马岭水电站重力坝最大高度为33m，覆盖层厚37m；福堂水 电站挡水闸高31m，覆盖层厚65m；原苏联的古比雪夫水电站厂房、甫凉斯克水电站 厂房，均为修建在覆盖层基础的闸坝，坝高分别为57m、52m。以上工程均已安全运 行多年，积累了丰富的理论研究成果及工程实践经验，在《水闸设计规范》、《建筑 地基设计规范》中，推荐采用经典土力学理论中的分层总和法进行计算，近年来， 计算机手段的迅速发展进一步发展，土的本构关系迅速成熟，如邓肯一张(Duncan— Chang)模型、K-G模型,非线非弹性模型计算有DP准则等。其中邓肯弹性非线性模型 能较好模拟土体非线性变形性质，在土工结构有限元分析中得到广泛应用。

然而，部分工程因变形控制处理不当引起安全问题的实例屡见不鲜，如安徽省 长江北岸裕溪河口的排水闸，为砂壤土及深厚细砂层地基，采用16孔浅孔结合8孔深 孔的布置形式，运行中出现总沉降量、沉降差均较大的情况；淮河中游蓄洪区城西 湖分洪闸地基为深厚重壤土，采用2孔深闸结合8孔浅闸的布置形式，也出现沉降差 过大现象，以上两个工程均引起不同程度的建筑物倾斜、止水拉裂，甚至混凝土开 裂，严重影响工程运行安全，后期进行了改造加固。2010年完工的大渡河沙湾水电 站工程，厂房及右侧坝段为岩基，坝高约80米，泄洪闸坝段为回填砂卵石基础，坝 高约30.5米，运行以来，总沉降量、沉降差均出现大于规范要求情况，目前虽尚未 影响建筑物正常运行，但长期发展可能导致建筑物倾斜、闸门及启闭机系统结构损 伤问题。

因此，工程沉降变形引起的建筑物安全必须予以高度重视，经分析归纳，沉降 差过大引起的水工建筑物安全问题主要可能有：(1)倾斜引起的设备等运行安全；(2) 止水拉裂引起坝间渗漏、坝基渗漏、渗透破坏；(3)建筑物受力条件改变、混凝土 开裂，甚至可能失稳。以上问题，均必须着重研究。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种水电站工程中沉降差的控制方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种水电站工程中沉降差的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、在设计上通过灌注桩、旋喷桩、振冲桩、防渗墙和帷幕灌浆措施加固 基础；

步骤二、泄洪闸采用整体式闸墩结构，在泄洪闸上下游、缝隙之间设置多个铜 止水；

步骤三、在施工顺序上采用先浇筑右侧闸坝下半段基础和引力发电厂房下半部分基础，然后进行砂卵石基础填筑以及砂卵石基础上浇筑左侧闸坝基础；再进行右 侧闸坝上半段基础浇筑，最后浇筑引力发电厂房上半部分基础。

上述的一种水电站工程中沉降差的控制方法，所述步骤一具体为：

1)、采用间距2m、桩径0.8m、呈正方形分布的振冲桩对右侧闸坝基础进行加固；

2)、采用桩径1.0m、间排距3.0m、呈梅花状布置的旋喷桩对回填后的左侧闸坝 基础进行加固；

3)、采用桩径1.0m、桩距4.0m、桩深25m、呈梅花状布置的砼灌注桩对引力发电 厂房基础进行处理。

上述的一种水电站工程中沉降差的控制方法，所述步骤二具体为：

1)、对右侧闸坝基础和左侧闸坝基础的上下游侧各设2道铜止水、各设置1道沥 青井；

2)、对右侧闸坝基础采用鼻子高150mm、宽30mm的铜止水结构，确保止水安全；

3)、在连接板与防渗墙、连接板与泄洪闸的相邻伸缩缝之间设置2道铜止水；

4)、在防渗墙与挡墙间设置顶部宽15cm、上下游宽10cm的沉降缝，所述沉降缝 内嵌填SR填料，并在所述防渗墙顶部设置两道铜止水。

上述的一种水电站工程中沉降差的控制方法，所述步骤1)还包括：沥青井在施 工完成后对其进行通电加热，确保防渗效果。

上述的一种水电站工程中沉降差的控制方法，所述步骤三中右侧闸坝下半段基础为3062m以下的部分，所述引力发电厂房下半部分基础为3062m以下的部分，所述 右侧闸坝上半段基础为3062m以上的部分，所述引力发电厂房上半部分基础为3062m 以上的部分。

上述的一种水电站工程中沉降差的控制方法，还包括步骤四、通过引力发电厂房、泄洪闸上游预留的多个止水检查槽对实际止水情况进行检查，对有缺陷的止水 结构，从所述止水检查槽进行化学灌浆，保证止水完整。

上述的一种水电站工程中沉降差的控制方法，还包括步骤五：施工中对引力发 电厂房、泄洪闸、防渗墙、连接板进行沉降监测，根据实际监测沉降差指导现场施 工，进一步控制不均匀沉降的实际发生，确保止水体系安全。

本发明的有益效果：

本发明从施工、设计以及建筑物的布置多个方面对深厚覆盖层的闸坝可能导致的不均匀沉降差进行杜绝，使得相邻坝段基地应力尽可能保持一致，本发明从各个 施工阶段进行控制，使相邻建筑物沉降差满足设计要求。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以 下结合实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说 明如下。

本实施例公开了一种水电站工程中沉降差的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、在设计上通过灌注桩、旋喷桩、振冲桩、防渗墙和帷幕灌浆措施加固 基础，步骤一具体为：

1)、采用间距2m、桩径0.8m、呈正方形分布的振冲桩对右侧闸坝基础进行加固， 沥青井在施工完成后对其进行通电加热，确保防渗效果；

2)、采用桩径1.0m、间排距3.0m、呈梅花状布置的旋喷桩对回填后的左侧闸坝 基础进行加固；

3)、采用桩径1.0m、桩距4.0m、桩深25m、呈梅花状布置的砼灌注桩对引力发电 厂房基础进行处理；

步骤二、泄洪闸采用整体式闸墩结构，在泄洪闸上下游、缝隙之间设置多个铜 止水，所述步骤二具体为：

1)、对右侧闸坝基础和左侧闸坝基础的上下游侧各设2道铜止水、各设置1道沥 青井；

2)、对右侧闸坝基础采用鼻子高150mm、宽30mm的铜止水结构，确保止水安全；

3)、在连接板与防渗墙、连接板与泄洪闸的相邻伸缩缝之间设置2道铜止水；

4)、在防渗墙与挡墙间设置顶部宽15cm、上下游宽10cm的沉降缝，所述沉降缝 内嵌填SR填料，并在所述防渗墙顶部设置两道铜止水；

步骤三、在施工顺序上采用先浇筑右侧闸坝下半段基础和引力发电厂房下半部分基础，然后进行砂卵石基础填筑以及砂卵石基础上浇筑左侧闸坝基础；再进行右 侧闸坝上半段基础浇筑，最后浇筑引力发电厂房上半部分基础；

步骤四、通过引力发电厂房、泄洪闸上游预留的多个止水检查槽对实际止水情 况进行检查，对有缺陷的止水结构，从所述止水检查槽进行化学灌浆，保证止水完 整；

步骤五：施工中对引力发电厂房、泄洪闸、防渗墙、连接板进行沉降监测，根 据实际监测沉降差指导现场施工，进一步控制不均匀沉降的实际发生，确保止水体 系安全。

需指出，本实施例的步骤三中右侧闸坝下半段基础为3062m以下的部分，所述 引力发电厂房下半部分基础为3062m以下的部分，所述右侧闸坝上半段基础为3062m 以上的部分，所述引力发电厂房上半部分基础为3062m以上的部分。

本实施例以多布水电站设计为例，详细说明本实施例的具体内容：

多布水电站的沉降差控制措施采用综合手段，从设计方案、施工期间采取工序 研究及蓄水前检验、加强施工期、运行期监测等方面，确保将沉降差对建筑物的不 利影响降低到合理、安全范围。

1.适应不同上部结构要求及地基条件的基础处理措施

根据实际建筑物上部结构要求，并考虑建基地层特性，通过计算分析，分别采 取经济实用、安全可靠的处理措施，包括灌注桩、旋喷桩、振冲桩、防渗墙、帷幕 灌浆等多种手段，是国内同一个工程中地基处理措施最多的工程。

(1)1^#～5^#泄洪闸基础处理---请在图示具体给出泄压阀的位置关系以及泄压闸的结构

根据泄洪闸基底应力计算成果，基底最大压应力为350.28kPa，已经接近或稍超过承载力300kPa～350kPa允许值，因此，闸基础有必要采取加固措施。经比选考虑 采用振冲桩作为承载力安全储备，设计采用桩间距2m，桩径0.8m，正方形布桩，设 计建议选用75kW振冲器2台，并根据现场试验调整。在桩顶和基础之间铺设一层 50cm厚的褥垫层。桩体深度应穿过中粗砂层，深入冲积含块石砂卵砾石层顶面下 50cm。

(2)5^#～8^#泄洪闸及生态放水孔

该段泄洪闸基础受厂房开挖影响，位于回填后砂卵石上，设计建议该部位回填 开挖料中的良好级配砂卵石，并在靠近混凝土侧设置过渡层，按照相对密度大于0.8 控制；过渡料相对密度按大于0.75控制；由于回填后期压缩沉降需要一定的历时， 为了加快施工进度，对该部位回填后基础进行旋喷桩处理，旋喷深度选用17m，桩径 1.0m，间排距3.0m。梅花状布置。

(3)厂房基础处理

厂房坐落在第7层冲积含块石砂卵砾石层(Q₃ ^al-Ⅲ)上，其承载力为0.53MPa～0.6MPa。完建工况时，厂房基础最大压应力为0.56MPa，承载力富裕不足，需进行 加固处理。处理方案采用砼灌注桩进行处理，桩径1.0m，桩距4.0m，桩深25m，梅 花形布设。处理后，基础承载力可达到0.81MPa以上，满足设计要求。同时，为了 提高基础变形模量，增强基础承载力，对砂层地基采用旋喷桩进行处理，旋喷桩直 径1.0m，梅花形布置，间排距为2.2×2.2m，桩深17m，经计算，处理后的砂层地基 其复合承载力可以满足设计要求。

(4)左副坝

左副坝左侧基础为开挖的斜坡，主要由块碎石土(Q₄ ^del)、含块石砂(碎石)卵 砾石层(Q₄ ^al-sgr₁)、冲积中粗砂层(Q₃ ^al-Ⅳ₁)组成，各层基础承载力和变形特性各 不相同。根据抗滑稳定计算成果，基底应力小于允许承载力，所以不需对左副坝基 础进行加固处理。

靠近安装间部位基础为回填砂卵石，由于副坝结构简单，基础应力低，采取分 层压实即可，压实相对密度不小于0.85。

2.适应不同沉降差要求的细部结构

多布水电站泄洪闸位于深厚覆盖层上，采用缝墩，使用整体式闸墩结构，更能适应基础变形的不利影响，长度方向为32米，满足《水闸设计规范》软基上长度小于35m 的要求，设计合理可靠。

在不同类型建筑物间，由于结构形式及地基条件差异，其沉降差均较大，根据委托南京水科院完成的《厂房及泄洪闸基础三维静动力有限元仿真分析》计算成果， 泄洪闸坝段间沉降差均小于2cm，其与右侧挡墙、生态放水孔与左侧厂房间沉降差分 别为3.6cm、2.7cm，为此，在该部位除上下游侧设2道铜止水外，同时各设置1道 沥青井，施工完成后通电加热，确保防渗效果；另外，5^#～9^#号泄洪闸基础位于回 填砂卵石上，而回填压实对沉降的影响不易控制，竖向剪切对竖向止水影响较大， 为此，该段泄洪闸采用面板堆石坝经验，采用鼻子高150mm、宽30mm的铜止水，能 承受80mm～100mm的沉陷变形、80mm～100mm的张开变形和60mm～80mm的剪切变形。 其余止水设计按照常规形式，设置两道铜止水，确保止水安全。

《厂房及泄洪闸基础三维静动力有限元仿真分析》计算成果显示，连接板与防渗墙以及下游泄洪闸等建筑物结构的相对位移在蓄水后的相对位移成果为：最大的竖向 相对位移为2.43cm，最大的顺河向相对位移为6.25cm，发生在泄洪闸与防渗墙之间。 设计考虑在连接板与防渗墙、连接板与泄洪闸伸缩缝宽度分别采用5cm、2cm，以适 应相对变位。相邻伸缩缝间设置两道铜止水，确保止水安全。

对于防渗墙穿过挡墙底部时的结构问题，分别计算防渗墙、挡墙相对沉降及顺河向 相对变位，各挡墙沉降均为挡墙沉降大于防渗墙，需预留沉降缝；竣工期相对顺河 向位移均指向上游，蓄水期相对沉降均略有减小，相对顺河向位移方向指向下游； 最大相对沉降为6.15cm，相对顺河向位移指向上游为1.45cm、指向下游为5.59cm。 设计考虑防渗墙与挡墙间设置沉降缝，顶部宽15cm，上下游宽10cm。缝内嵌填SR 填料。防渗墙顶部设置两道铜止水，确保止水安全。

3.施工顺序控制

通过方案比较研究，合理安排施工顺序，进行预沉降处理；设计阶段拟定了2 个方案：

方案一：结合施工安排，计算分步为：(1)先泄洪闸右侧4孔可以具备提前浇 筑条件，根据计算成果可以浇筑至3062.00m，同时，厂房浇筑至3062.00m后，停工， 进行厂房右侧砂卵石基础填筑，作为剩余5孔泄洪闸基础；(2)浇筑左侧4孔泄洪 闸、生态放水孔与右侧4孔3060.00m以上部分；(3)待泄洪闸浇注基本完成、沉降 基本稳定后，再浇注厂房浇筑3062.00m以上部分。根据计算厂房浇筑3062.00m以 上部分剩余部分沉降量，考虑到泄洪闸沉降基本完成，将该部分沉降量作为可能引 起止水拉裂的最大沉降差，作为止水竖向剪切变形控制参数。

方案二：在方案一基础上，研究厂房浇筑至3062.00m后，不停工，右侧砂卵石 基础填筑完成后，与其余5孔泄洪闸浇注及剩余4孔3060.00m以上部分泄洪闸同时 浇注。考虑到厂房剩余部分与泄洪闸沉降同时发生，计算将该部分沉降差，与止水 竖向剪切变形控制参数对比。

多布水电站委托南京水利科学研究院进行了三维有限元仿真分析，针对不同施工工序进行了计算分析，计算成果表明，拟定的施工顺序两个方案各阶段建筑物沉 降量、沉降差均满足规范《水闸设计规范》最大沉降不超过15cm、相邻部位的最大 沉降差不宜超过5cm的要求，而方案二沉降差成果略大于方案一。

实际施工按照方案二进行，为进一步限制相邻建筑物高差，设计以总第70号“关于泄水建筑物施工进度控制及部分图纸修改的通知”的设计通知，对建筑物施工工 序提出了进一步严格要求，“泄洪闸右挡墙相邻段、1#～8#泄洪闸及生态放水孔相邻 坝段，泄洪闸与右侧相邻挡墙间浇筑高差不超过3m，如后期相邻建筑物沉降差超过 30mm，应及时上报设计，调整施工工序。从监测成果来看，目前，相邻建筑物间沉 降差均控制在规范允许范围内，说明建筑物沉降变形是安全的。

4.蓄水前检验及监测

在止水施工防渗质量控制上，首先，在厂房、泄洪闸上游永久缝间止水考虑采 取预留检查槽、分区止水检查的方式，有缺陷时从止水检查孔进行化学灌浆，确保 止水完整；其次，为监测实际不均匀沉陷，在厂房、泄洪闸、挡墙等重要部位，选 择代表性坝段进行沉降监测，根据实际监测沉降差指导现场施工，进一步控制不均 匀沉降的实际发生，确保止水体系安全。

根据设计要求，蓄水前对缝间止水进行了全面的分区充水检查，并对不合格区 段进行了化灌处理。

截至截流后2015年1月，厂房基础最大沉降52mm，厂房坝段间的沉降差最大 为26mm；安装间坝段2个坝段最大沉降38mm，坝段间相对沉降最大值为18mm；厂房 和安装间之间基础最大沉降差14mm，最大沉降和相邻建筑物沉降均小于多布水电站 工程的建筑物沉降控制标准。

泄洪闸4号闸和5号闸的相对沉降差为15mm，5号闸和6号闸的相对沉降差为 14mm。生态放水孔相邻的8号闸沉降差为4mm。与生态放水孔相邻的厂房1、2号机 组基础混凝土基础沉降差为38mm。均满足多布水电站工程的建筑物沉降控制标准。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视 为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种水电站工程中沉降差的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、在设计上通过灌注桩、旋喷桩、振冲桩、防渗墙和帷幕灌浆措施加固基础；

步骤二、泄洪闸采用整体式闸墩结构，在泄洪闸上下游、缝隙之间设置多个铜止水；

步骤三、在施工顺序上采用先浇筑右侧闸坝下半段基础和引力发电厂房下半部分基础，然后进行砂卵石基础填筑以及砂卵石基础上浇筑左侧闸坝基础；再进行右侧闸坝上半段基础浇筑，最后浇筑引力发电厂房上半部分基础。

2.如权利要求1所述的一种水电站工程中沉降差的控制方法，其特征在于，所述步骤一具体为：

1)、采用间距2m、桩径0.8m、呈正方形分布的振冲桩对右侧闸坝基础进行加固；

2)、采用桩径1.0m、间排距3.0m、呈梅花状布置的旋喷桩对回填后的左侧闸坝基础进行加固；

3)、采用桩径1.0m、桩距4.0m、桩深25m、呈梅花状布置的砼灌注桩对引力发电厂房基础进行处理。

3.如权利要求1所述的一种水电站工程中沉降差的控制方法，其特征在于，所述步骤二具体为：

1)、对右侧闸坝基础和左侧闸坝基础的上下游侧各设2道铜止水、各设置1道沥青井；

2)、对右侧闸坝基础采用鼻子高150mm、宽30mm的铜止水结构，确保止水安全；

3)、在连接板与防渗墙、连接板与泄洪闸的相邻伸缩缝之间设置2道铜止水；

4)、在防渗墙与挡墙间设置顶部宽15cm、上下游宽10cm的沉降缝，所述沉降缝内嵌填SR填料，并在所述防渗墙顶部设置两道铜止水。

4.如权利要求3所述的一种水电站工程中沉降差的控制方法，其特征在于，所述步骤1)还包括：沥青井在施工完成后对其进行通电加热，确保防渗效果。

5.如权利要求1所述的一种水电站工程中沉降差的控制方法，其特征在于，所述步骤三中右侧闸坝下半段基础为3062m以下的部分，所述引力发电厂房下半部分基础为3062m以下的部分，所述右侧闸坝上半段基础为3062m以上的部分，所述引力发电厂房上半部分基础为3062m以上的部分。

6.如权利要求1所述的一种水电站工程中沉降差的控制方法，其特征在于，还包括步骤四、通过引力发电厂房、泄洪闸上游预留的多个止水检查槽对实际止水情况进行检查，对有缺陷的止水结构，从所述止水检查槽进行化学灌浆，保证止水完整。

7.如权利要求1或6所述的一种水电站工程中沉降差的控制方法，其特征在于，还包括步骤五：施工中对引力发电厂房、泄洪闸、防渗墙、连接板进行沉降监测，根据实际监测沉降差指导现场施工，进一步控制不均匀沉降的实际发生，确保止水体系安全。