CN110835906B - 泄洪出口河岸抗冲旋挖桩底部高程的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泄洪出口河岸抗冲旋挖桩底部高程的确定方法，属于抗冲旋挖桩的施工设计技术领域。传统方法确定泄洪出口下游河岸抗冲旋挖桩桩长的方法仅考虑水力学模型试验研究的冲刷成果，未能全面考虑现场实际地质条件、旋挖钻机施工效率等综合因素，旋挖桩长度不够精准，造成工程量浪费，增加施工难度。本发明综合考虑地质复勘、现场地质鉴定及复核旋挖钻机钻进效率等多种因素，抗冲旋挖桩底部高程根据抗冲旋挖桩所在河岸的地质剖面结构确定，最终确定了合理的抗冲旋挖桩桩长，既能满足工程需要，又能节约工程量。

Description

泄洪出口河岸抗冲旋挖桩底部高程的确定方法
技术领域
本发明涉及一种泄洪出口河岸抗冲旋挖桩底部高程的确定方法，属于抗冲旋挖桩的施工设计技术领域。
背景技术
对于建设在高山峡谷区域的高坝大库水电工程，为满足枢纽运行安全，一般需要专门设置泄洪及放空建筑物。泄洪及放空建筑物过流时，由于上下游水位差较大，下泄水流能量较高，流速较大，紊动剧烈，因此泄洪水流对泄洪出口下游河道的冲刷较为严重。
为防止泄洪出口高速紊动水流对下游河道冲刷造成岸坡垮塌，进而引起泄洪出口建筑物破坏、断路甚至堵江等严重后果，一般根据枢纽水力学模型试验下游河道冲刷研究成果，对冲刷严重区域的泄洪出口下游河岸采取“护岸不护底”的防护方式，即多年枯期平均水位高程以上采用贴坡钢筋混凝土防护，为防止贴坡混凝土底部遭到淘刷破坏，在贴坡混凝土底部布设抗冲钢筋混凝土旋挖桩。常见的泄水建筑物出口下游河道防护结构如图1所示，由上到下依次包括贴坡混凝土、桩顶连系梁和抗冲旋挖桩，其中抗冲旋挖桩为钢筋混凝土结构。钢筋混凝土抗冲旋挖桩的顶部高程同上部贴坡混凝土底部高程，桩底部高程传统方法一般按低于水力学模型试验研究的岸边冲刷深度底部高程一定距离考虑，具体方法为：首先根据枢纽整体水力学模型下游河道冲刷试验研究确定的河岸冲坑深度，确定抗冲旋挖桩的桩长，抗冲旋挖桩的底部高程一般低于冲坑底部高程3m～5m，一般情况下这样确定的钢筋混凝土抗冲旋挖桩桩长偏长。
现有技术的主要缺点如下：
一般在进行枢纽整体水力学模型试验下游河道冲刷研究时，下游河道动床散粒体粒径是按照前期地质提供的河床基岩允许抗冲刷流速采用伊兹巴什公式进行反算模拟的，散粒体粒径的大小对下游河道岸边冲坑深度影响非常大。但由于泄洪出口下游河岸前期可能存在地质查勘不够详尽的情况，因此河床基岩允许抗冲刷流速可能会不是很准确，这样就可能造成水力学模型试验研究得出的岸边冲坑深度不准确，进而造成岸边钢筋混凝土抗冲旋挖桩的长度过长或者不够的情况发生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种泄洪出口河岸抗冲旋挖桩底部高程的确定方法，使得抗冲旋挖桩的长度更符合实际地质条件。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：泄洪出口河岸抗冲旋挖桩底部高程的确定方法，抗冲旋挖桩底部高程根据抗冲旋挖桩所在河岸的地质剖面结构确定，抗冲旋挖桩的底表面所在位置伸入微新岩体的深度为2.8m～3.2m，优选控制为3m。
进一步地是：微新岩体的顶面高程根据如下方式确定：抗冲旋挖桩正式施工之前，对布置有抗冲旋挖桩的河岸地质条件进行地质先导孔复勘，先导孔沿着抗冲旋挖桩中心轴线的分布线间隔布置，根据先导孔揭示的地质条件，确定旋挖桩轴线沿线微新岩体的顶面高程。
进一步地是：相邻两个先导孔的中心轴线之间的间距取为20m～30m。
进一步地是：微新岩体的顶面高程根据如下方式确定：抗冲旋挖桩正式施工时，其工艺步骤中包括旋挖机钻孔的工序，在旋挖机钻孔过程中，当钻孔深度达到预设目标值时，取孔底的岩芯样进行地质检测，根据地质检测结果确定微新岩体的顶面高程，钻孔深度的预设目标值为多个，每一个预设目标值均进行地质检测，直至可以确定微新岩体的顶面高程。
进一步地是：微新岩体的顶面高程根据如下方式确定：抗冲旋挖桩正式施工时，其工艺步骤中包括旋挖机钻孔的工序，在旋挖机钻孔过程中，该旋挖机的最大钻进效率呈下降趋势，当旋挖机的最大钻进效率下降至预设目标值时，取孔底的岩芯样进行地质检测，根据地质检测结果确定微新岩体的顶面高程，最大钻进效率的预设目标值为多个，每一个预设目标值均进行地质检测，直至可以确定微新岩体的顶面高程。
进一步地是：微新岩体的顶面高程确定方法包括如下步骤：
一、抗冲旋挖桩正式施工时，其工艺步骤中包括旋挖机钻孔的工序，前面所钻的一个孔或多个孔为试验孔，每个试验孔均采用如下方式确定微新岩体的顶面高程：在旋挖机钻孔过程中，该旋挖机的最大钻进效率呈下降趋势，当旋挖机的最大钻进效率下降至预设目标值时，取孔底的岩芯样进行地质检测，根据地质检测结果确定微新岩体的顶面高程，最大钻进效率的预设目标值为多个，每一个预设目标值均进行地质检测，直至可以确定微新岩体的顶面高程；
二、根据步骤一中的试验孔得到的数据，确定微新岩体的顶面位置和旋挖机的最大钻进效率对应关系，得到如下的关系式：当旋挖机的最大钻进效率下降至某一设定值时，即表示已钻进到微新岩体的顶面；
三、根据步骤二得到的关系式对后序每一个抗冲旋挖桩对应的钻孔深度进行控制，确定该孔对应的微新岩体的顶面高程。
进一步地是：步骤一中，选取多个孔作为试验孔；步骤二中，每一个试验孔均得到如下的关系式：当旋挖机的最大钻进效率下降至某一设定值时，即表示已钻进到微新岩体的顶面；上述的“某一设定值”设定为an，n为试验孔的序号，将数列{an}的平均值设定为步骤三实施时的目标控制值。
本发明的有益效果是：传统方法确定泄洪出口下游河岸抗冲旋挖桩桩长的方法仅考虑水力学模型试验研究的冲刷成果，未能全面考虑现场实际地质条件、旋挖钻机施工效率等综合因素，旋挖桩长度不够精准，造成工程量浪费，增加施工难度。本发明综合考虑地质复勘、现场地质鉴定及复核旋挖钻机钻进效率等多种因素，抗冲旋挖桩底部高程根据抗冲旋挖桩所在河岸的地质剖面结构确定，最终确定了合理的抗冲旋挖桩桩长，既能满足工程需要，又能节约工程量。
附图说明
图1是现有技术中泄水建筑物出口下游河道防护结构示意图；
图中标记：1-贴坡混凝土、2-桩顶连系梁、3-抗冲旋挖桩、4-检修平台、5-桩施工平台、6-原地面线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,现有技术中的河道防护结构由上到下依次包括贴坡混凝土1、桩顶连系梁2和抗冲旋挖桩3，抗冲旋挖桩3为钢筋混凝土结构。本发明可应用于该典型结构，在具体实施时，贴坡混凝土1的底部高程，一般为多年平均枯期流量对应的的河道水位高程，抗冲旋挖桩3的顶部高程与贴坡混凝土1底部高程相同。现有技术中的关键难点在于抗冲旋挖桩底部高程的确定，抗冲旋挖桩底部高程确定好之后，即可确定抗冲旋挖桩的桩长以及工程量。
本发明中的抗冲旋挖桩底部高程根据抗冲旋挖桩所在河岸的地质剖面结构确定，抗冲旋挖桩的底表面所在位置伸入微新岩体的深度为2.8m～3.2m，优选控制为3m。
“微新岩体”为地质行业的技术术语，其定义为“岩石表面或裂隙面有轻微褪色；岩石组织结构无变化，保持原始完整结构；大部分裂隙闭合或为钙质薄膜充填，仅沿大裂隙有风化蚀变现象，或锈膜浸染；锤击发音清脆，开挖需用爆破；断口保持新鲜色泽，仅大的裂隙面偶见褪色；裂隙面紧密”。
本发明在实施时，关键点在于确定微新岩体的顶面高程，只要微新岩体的顶面高程确定了，相应地，抗冲旋挖桩的底表面高程也就确定了。对于微新岩体的顶面高程确定方法，本发明提供如下几种实施方式：
第一种，微新岩体的顶面高程根据如下方式确定：抗冲旋挖桩正式施工之前，对布置有抗冲旋挖桩的河岸地质条件进行地质先导孔复勘，先导孔沿着抗冲旋挖桩中心轴线的分布线间隔布置，相邻两个先导孔的中心轴线之间的间距优选取为20m～30m，根据先导孔揭示的地质条件，确定旋挖桩轴线沿线微新岩体的顶面高程。由于先导孔的直径较小，因此采用该方式的地勘工作量不大。
第二种，微新岩体的顶面高程根据如下方式确定：抗冲旋挖桩正式施工时，其工艺步骤中包括旋挖机钻孔的工序，在旋挖机钻孔过程中，当钻孔深度达到预设目标值时，取孔底的岩芯样进行地质检测，根据地质检测结果确定微新岩体的顶面高程，钻孔深度的预设目标值为多个，每一个预设目标值均进行地质检测，直至可以确定微新岩体的顶面高程。
第三种，微新岩体的顶面高程根据如下方式确定：抗冲旋挖桩正式施工时，其工艺步骤中包括旋挖机钻孔的工序，在旋挖机钻孔过程中，该旋挖机的最大钻进效率呈下降趋势，当旋挖机的最大钻进效率下降至预设目标值时，取孔底的岩芯样进行地质检测，根据地质检测结果确定微新岩体的顶面高程，最大钻进效率的预设目标值为多个，每一个预设目标值均进行地质检测，直至可以确定微新岩体的顶面高程。第二种和第三种方式的原理相同，确定的结果较为准确，但都存在取样检测工作量大的问题。
第四种，微新岩体的顶面高程确定方法包括如下步骤：
一、抗冲旋挖桩正式施工时，其工艺步骤中包括旋挖机钻孔的工序，前面所钻的一个孔或多个孔为试验孔，每个试验孔均采用如下方式确定微新岩体的顶面高程：在旋挖机钻孔过程中，该旋挖机的最大钻进效率呈下降趋势，当旋挖机的最大钻进效率下降至预设目标值时，取孔底的岩芯样进行地质检测，根据地质检测结果确定微新岩体的顶面高程，最大钻进效率的预设目标值为多个，每一个预设目标值均进行地质检测，直至可以确定微新岩体的顶面高程；
二、根据步骤一中的试验孔得到的数据，确定微新岩体的顶面位置和旋挖机的最大钻进效率对应关系，得到如下的关系式：当旋挖机的最大钻进效率下降至某一设定值时，即表示已钻进到微新岩体的顶面；
三、根据步骤二得到的关系式对后序每一个抗冲旋挖桩对应的钻孔深度进行控制，确定该孔对应的微新岩体的顶面高程。
第四种方式中，由于采用了试验孔的方式，因此大大减小了取样检测的工作量。
步骤一中，当选取有多个孔作为试验孔时；步骤二中，每一个试验孔均得到如下的关系式：当旋挖机的最大钻进效率下降至某一设定值时，即表示已钻进到微新岩体的顶面；上述的“某一设定值”设定为an，n为试验孔的序号，将数列{an}的平均值设定为步骤三实施时的目标控制值。
在具体实施时，根据旋挖机选取的品牌和规格不同，所确定的工作参数略有差异。本发明采用国内某品牌的旋挖钻机进行了试验，当旋挖钻机最大钻进效率为0.2m/h～0.4m/h时，结合孔底揭示芯样地质鉴定，基本就可以确定已经钻进至微新岩层。这里的最大钻进效率可以取平均值0.3m/h，作为目标控制值，用以后序的钻孔深度控制。当旋挖机的最大钻进效率下降至0.3m/h时，此时就可以要求再往下继钻3.0m左右就可以终孔，这样就可以做到动态优化复核调整下游河岸旋挖桩桩长，精细化设计，最大可能节约旋挖桩工程量。

Claims (5)

1.泄洪出口河岸抗冲旋挖桩底部高程的确定方法，其特征在于：抗冲旋挖桩底部高程根据抗冲旋挖桩所在河岸的地质剖面结构确定，抗冲旋挖桩的底表面所在位置伸入微新岩体的深度为2.8m～3.2m；
微新岩体的顶面高程根据如下方式的任意一种确定：
第一种方式，抗冲旋挖桩正式施工时，其工艺步骤中包括旋挖机钻孔的工序，在旋挖机钻孔过程中，当钻孔深度达到预设目标值时，取孔底的岩芯样进行地质检测，根据地质检测结果确定微新岩体的顶面高程，钻孔深度的预设目标值为多个，每一个预设目标值均进行地质检测，直至可以确定微新岩体的顶面高程；
第二种方式，抗冲旋挖桩正式施工时，其工艺步骤中包括旋挖机钻孔的工序，在旋挖机钻孔过程中，该旋挖机的最大钻进效率呈下降趋势，当旋挖机的最大钻进效率下降至预设目标值时，取孔底的岩芯样进行地质检测，根据地质检测结果确定微新岩体的顶面高程，最大钻进效率的预设目标值为多个，每一个预设目标值均进行地质检测，直至可以确定微新岩体的顶面高程；
第三种方式，包括如下步骤：
一、抗冲旋挖桩正式施工时，其工艺步骤中包括旋挖机钻孔的工序，前面所钻的一个孔或多个孔为试验孔，每个试验孔均采用如下方式确定微新岩体的顶面高程：在旋挖机钻孔过程中，该旋挖机的最大钻进效率呈下降趋势，当旋挖机的最大钻进效率下降至预设目标值时，取孔底的岩芯样进行地质检测，根据地质检测结果确定微新岩体的顶面高程，最大钻进效率的预设目标值为多个，每一个预设目标值均进行地质检测，直至可以确定微新岩体的顶面高程；
二、根据步骤一中的试验孔得到的数据，确定微新岩体的顶面位置和旋挖机的最大钻进效率对应关系，得到如下的关系式：当旋挖机的最大钻进效率下降至某一设定值时，即表示已钻进到微新岩体的顶面；
三、根据步骤二得到的关系式对后序每一个抗冲旋挖桩对应的钻孔深度进行控制，确定该孔对应的微新岩体的顶面高程。
2.如权利要求1所述的泄洪出口河岸抗冲旋挖桩底部高程的确定方法，其特征在于：第三种方式的步骤一中，选取多个孔作为试验孔；步骤二中，每一个试验孔均得到如下的关系式：当旋挖机的最大钻进效率下降至某一设定值时，即表示已钻进到微新岩体的顶面；上述的“某一设定值”设定为an，n为试验孔的序号，将数列{an}的平均值设定为步骤三实施时的目标控制值。
3.如权利要求1所述的泄洪出口河岸抗冲旋挖桩底部高程的确定方法，其特征在于：抗冲旋挖桩正式施工之前，微新岩体的顶面高程根据如下方式确定：对布置有抗冲旋挖桩的河岸地质条件进行地质先导孔复勘，先导孔沿着抗冲旋挖桩中心轴线的分布线间隔布置，根据先导孔揭示的地质条件，确定旋挖桩轴线沿线微新岩体的顶面高程。
4.如权利要求3所述的泄洪出口河岸抗冲旋挖桩底部高程的确定方法，其特征在于：相邻两个先导孔的中心轴线之间的间距取为20m～30m。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的泄洪出口河岸抗冲旋挖桩底部高程的确定方法，其特征在于：抗冲旋挖桩的底表面所在位置伸入微新岩体的深度为3.0m。
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