淺談水利水電大壩工程基礎(chǔ)的處理設(shè)計(jì)

1、<p>　　淺談水利水電大壩工程基礎(chǔ)的處理設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：水利工程大壩基礎(chǔ)是否良好關(guān)系到整個(gè)水利工程能否正常工作。本文以某具體的大壩工程為例，就其存在的問題對(duì)其處理設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，望對(duì)其它存在類似問題大壩提供參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：大壩工程；基礎(chǔ)處理；帷幕灌漿 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TV5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </

2、p><p><b>　　一、工程概述 </b></p><p>　　某大壩壩址位于水庫(kù)大壩下游500m山谷處，為碾壓混凝土重力壩，對(duì)壩基進(jìn)行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，并設(shè)置壩基排水及壩體排水。壩基固結(jié)灌漿孔排距為3×3m，固結(jié)深度為6.0m，碾壓混凝土重力壩基礎(chǔ)防滲采用單排帷幕灌漿，孔距為1.5m，最大深度為59.9m，壩基排水孔孔徑φ50mm，深入基巖2.0m，幕后

3、主排水孔孔徑φ150mm，深度為前一排主帷幕的1/2，且不小于10m。左壩頭混凝土重力壩基防滲采用混凝土防滲墻+帷幕灌漿方案，全風(fēng)化土層采用C25混凝土防滲墻，厚800mm?；鶐r采用帷幕灌漿，單排，灌漿孔距1.5m，深入相對(duì)不透水層3Lu線下5.0m。左岸砼重力壩與碾壓混凝土重力壩、左岸單薄分水嶺混凝土心墻連成防滲整體。 </p><p><b>　　二、基礎(chǔ)開挖設(shè)計(jì) </b></p&

4、gt;<p>　?。ㄒ唬┙ɑ胬酶叱?</p><p>　　壩基Ⅱ、Ⅲ類巖體性狀較好，進(jìn)行常規(guī)固結(jié)灌漿處理即可滿足要求，Ⅳ類頁(yè)巖巖體強(qiáng)度滿足建壩要求，但變形模量較低，需采取固結(jié)灌漿或其他工程處理措施，避免壩基產(chǎn)生不均勻變形。根據(jù)各建筑物對(duì)地基的要求，建基面可利用微風(fēng)化至弱風(fēng)化中部巖體。據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)勘探資料，河床最低基巖頂板高程為152.74m，弱一強(qiáng)風(fēng)化下限高程為150.84m，結(jié)合壩基巖體質(zhì)量分級(jí)

5、、剪切帶性狀及建筑物布置需要，確定河床廠房壩段建基面高程為149.0--154.4m，溢流壩段建基面高程為149.0—175 m，左岸廠房安裝問建基面高程154.4—169.0m；右岸受Q2+3灰?guī)r層中溶洞影響，溢流壩段建基面高程175m，船閘壩段建基面高程176.5m，非溢流壩段建基面高程為169.0—221.5m，主要處于微新巖體。 </p><p><b>　　（二）開挖形式 </b>

6、</p><p>　　壩基及岸坡開挖均采用臺(tái)階式。根據(jù)壩體側(cè)向穩(wěn)定計(jì)算成果，為便于施工，確定每壩段臺(tái)階總寬度應(yīng)大于壩段總寬度的50％，且每一臺(tái)階寬度不小于4m。岸坡開挖每15m高差設(shè)一馬道，開挖坡比見表l，遇順向坡或巖體產(chǎn)狀不利時(shí)，適當(dāng)放寬坡比并采取必要的支護(hù)措施，主要有表面噴護(hù)混凝土封閉保護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨索加固、錨桿支護(hù)、混凝土阻滑鍵、邊坡截水溝及排水等，單一或綜合處理措施，同時(shí)加強(qiáng)邊坡變形監(jiān)測(cè)。 </p&g

7、t;<p>　　三、地質(zhì)缺陷處理設(shè)計(jì) </p><p>　　（一）斷層及軟弱夾層 </p><p>　　對(duì)于寬度大于lm的較大斷層、剪切交匯帶及裂隙密集帶，采取槽挖并置換混凝土的措施進(jìn)行處理?；炷寥疃纫话銥?.0—1.5倍破碎帶寬度，槽挖斷面為梯形，兩側(cè)坡度l：0.5。在壩踵、壩趾出露的斷層，開挖回填范圍適當(dāng)延長(zhǎng)和加深。斷層開挖、回填混凝土塞后，再對(duì)其周邊一定深度范圍進(jìn)行

8、固結(jié)灌漿，灌漿深度穿過斷層下盤1-2m。對(duì)巖石破碎、裂隙發(fā)育、剪切帶性狀差的重點(diǎn)地段。全面進(jìn)行固結(jié)灌漿，以加強(qiáng)地基完整性，增加承載力。 </p><p><b>　　（二）巖溶處理 </b></p><p>　　中奧陶(Q2+3)含泥質(zhì)生物灰?guī)r為強(qiáng)巖溶層，對(duì)于在壩基發(fā)育的淺層緩傾角溶蝕裂隙，在基坑開挖時(shí)即進(jìn)行混凝土置換處理；對(duì)于埋藏較深、地表開挖回填混凝土處理較困難的

9、溶蝕帶。進(jìn)行固結(jié)灌漿處理或井挖追蹤回填。對(duì)右岸KW64巖溶系統(tǒng)及溶洞采用明挖或洞挖清除，回填一定厚度的混凝土。對(duì)KW64巖溶系統(tǒng)水流設(shè)置專門管路引出壩基以外。對(duì)平洞開挖過程中遇到的溶洞，進(jìn)行追索掏槽或擴(kuò)挖清理回填混凝土,并進(jìn)行必要的固結(jié)灌漿和回填灌漿。 </p><p>　　四、壩基滲流的控制設(shè)計(jì) </p><p>　　參照壩基穩(wěn)定和消力池結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定的相關(guān)情況，并且對(duì)壩基滲流實(shí)施有效的處

10、理方法。這是為了能夠減小低滲透壓力及減少滲漏量。確保壩基泥化軟弱夾層的滲透較為穩(wěn)定。壩基滲控使用垂直灌漿帷幕的方法，由于河床泄洪壩段與水墊塘建基面開挖出現(xiàn)高程低、水頭高、壩基揚(yáng)壓力大等問題，尤其是水墊塘的抗浮穩(wěn)定性差，在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定的困難。 </p><p><b>　　（一）防滲帷幕 </b></p><p>　　水庫(kù)壩基設(shè)雙排灌漿帷幕，范圍主要為樁號(hào)幕0+15

11、9．7~0+454．85，采用梅花型布設(shè)，孔、排距均為2m。上游排灌漿深度15～25m，下游排灌漿深度52～65m，利用原壩基灌漿廊道進(jìn)行灌漿。壩基右岸，透水率：11～46Lu。右岸坡帷幕灌漿采用單排，灌漿底線沿岸坡逐步上升，最小深度20m，為沿長(zhǎng)繞壩滲流的滲徑，帷幕從右壩頭向右沿伸120m；壩基左岸坡基巖面以下20m為弱透水帶，透水率1～4．9Lu，采用單排帷幕，深度16～70m，并與左岸單薄山梁灌漿帷幕相接。 </p>

12、<p>　　(1)帷幕位置，壩體兩排帷幕布置在上游內(nèi)坡一級(jí)平臺(tái)中心線及中心線上游側(cè)距離1.Om處，壩體帷幕長(zhǎng)210m，深入兩壩肩各20m，使壩體及壩肩帷幕連接形成整體； </p><p>　　(2)帷幕的深度和厚度：一般情況下，帷幕深度直穿過蝕余紅土層，這樣可以起到封閉滲流通道的作用，白云粉砂層由于其為不可灌地層，則采用高壓噴射灌漿處理。帷幕的厚度(T)主要是根據(jù)幕體內(nèi)的允許坡降值來確定的。但可按下式

13、作初步估算： </p><p><b>　　T：H/J </b></p><p>　　式中：H——最大作用水頭，m； </p><p>　　J——帷幕的容許比降，對(duì)一般粘土漿可采用J≤3～4。 </p><p>　　對(duì)于蝕余紅土層厚度較淺，一般設(shè)置1～2排灌漿孔即可，對(duì)基礎(chǔ)承受的水頭超過25～30m時(shí)，帷幕的組成才設(shè)置2

14、～3排。 </p><p>　　排數(shù)、排距、孔距：因水庫(kù)水對(duì)混凝土有溶出性，分解性侵蝕，帷幕厚度不宜過小，經(jīng)水質(zhì)分析認(rèn)為帷幕厚度不宜小于0.25m，故設(shè)計(jì)帷幕厚為0.25m。為了提高帷幕的防滲效果，帷幕灌漿按雙排孔設(shè)計(jì)，孔距2m，排距為lm； </p><p>　　(3)帷幕項(xiàng)部高程：上游排帷幕漿從205．5m高程開始往下灌，直至設(shè)計(jì)底高程。下游排從195m開始灌漿，195m高程以上鉆孔用

15、O．5：1水泥漿或水泥砂漿封孔； </p><p>　　(4)壩體帷幕底部高程：上游排深入直到單位吸水量ω<O．05L／min·m·m線．下游排深入直到單位吸水量ω<O．05L／min·m·in線以下5m。 </p><p>　　左右岸壩肩存在厚度7-14m的碎裂石灰?guī)r，是大壩的主要漏水區(qū)之一，帷幕厚度、排數(shù)、排距、孔距等與壩體一致，按雙

16、排孔設(shè)計(jì)，孔距2m，排距l(xiāng)m。 </p><p>　　灌漿在內(nèi)坡一級(jí)平臺(tái)上進(jìn)行，帷幕底高程：下游排深入單位吸水量ω<O．051／min．mm以下3～5m，上游排深入Cly3層下限1～1．5m。 </p><p><b>　?。ǘ┗A(chǔ)排水 </b></p><p>　　通過排水方案比較，認(rèn)為使用封閉帷幕抽水排水能夠很好地削減地基揚(yáng)壓力，增

17、加壩的安全度。這就需要使用封閉抽排方案(圖2)。在分析計(jì)算地下滲流場(chǎng)得出，封閉抽排方案能夠減小河床泄洪壩段及水墊塘壩基揚(yáng)壓力。從而達(dá)到揚(yáng)壓力折減系數(shù)al=0.25、a2=0.4的標(biāo)準(zhǔn)。兩岸壩肩、山體及近岸地段使用的常規(guī)主帷幕排水方法。能夠達(dá)到足揚(yáng)壓力折減系數(shù)а：近岸地段0.25、兩岸0.35的設(shè)計(jì)要求。 </p><p><b>　　圖2 </b></p><p>　

18、　基礎(chǔ)排水孔能夠發(fā)揮出很好的減小壩基揚(yáng)壓力作用，其作用主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)主排水孔、封閉排水孔、輔助排水孔等方面。為達(dá)到壩基揚(yáng)壓力的標(biāo)準(zhǔn)，在防滲主帷幕后設(shè)置一排基礎(chǔ)主排水孔，沿水墊塘周邊呈“U”型設(shè)置一排封閉排水孔，同時(shí)對(duì)封閉抽排區(qū)內(nèi)縱橫設(shè)置3道輔助排水孔來改善封閉抽排的效果。 </p><p>　　排水孔關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)：排水：排水孔孔距在3．Om，孔徑大小9l-110mm，主排水孔和封閉排水孔均為斜孔，傾角為75。，輔

19、助排水孔則是垂直孔。主排水孔孔深通常根據(jù)帷幕孔深的2／3進(jìn)行調(diào)整，封閉排水孔深在10m，輔助排水孔深為8m。根據(jù)室內(nèi)滲透流變?cè)囼?yàn)結(jié)果顯示。壩基軟弱夾層抗?jié)B透破壞的能力薄弱，臨界滲透比較小至2，5—6，0。破壞滲透比在20—46之間。為防止軟弱夾層，尤其是泥化夾層在壩基高滲透比降水力影響下出現(xiàn)的滲透破壞，各類排水孔可對(duì)這種破壞發(fā)揮出理想的保護(hù)作用。 </p><p>　　五、壩基勘探平洞及大口徑鉆孔的回填處理 &l

20、t;/p><p>　　本工程壩基開挖后存在7條勘探平洞，2個(gè)大口徑鉆孔也依舊遺留 于壩基。參照大壩和防滲帷幕灌漿的相關(guān)條件，需對(duì)勘探平洞及大口徑鉆孔采取有效的清理回填混凝土進(jìn)行處理。 </p><p>　?。ㄒ唬┣謇砘靥钐幚淼囊?guī)則 </p><p>　　勘探平洞的回填需要結(jié)合應(yīng)力分布、防滲的具體情況，并參照基 礎(chǔ)排水和壩基安全監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)采取相應(yīng)的處理措施。一般對(duì)貫穿帷幕

21、 線的勘探平洞應(yīng)該于帷幕軸線上20m，下10m的范圍采取清理后封堵回填；對(duì)勘探平洞揭示的巖溶洞穴實(shí)時(shí)處理之后將其與平洞同時(shí)回填。還應(yīng)對(duì)涉及的勘探平洞實(shí)施深部監(jiān)測(cè)和排水處理，并根據(jù)具體情況進(jìn)行混凝土襯砌。壩基殘留的大口徑鉆孔則應(yīng)先清理再進(jìn)行回填混凝土處理。必要時(shí)，還可以有限元計(jì)算、拱座應(yīng)力設(shè)置情況為參考，對(duì)兩岸壩基勘探平洞的清理回填進(jìn)行合理地調(diào)整。 </p><p><b>　?。ǘ┙鉀Q設(shè)計(jì) </

22、b></p><p>　　進(jìn)行回填混凝土處理時(shí)必須將廢棄物、雜質(zhì)進(jìn)行徹底的清理，特別是遇到松動(dòng)巖塊要完全清除。對(duì)平洞、溶洞實(shí)施觀察，把灌漿管路放置到洞內(nèi)，采取回填灌漿處理。遇到狹縫狀、脈狀、管狀等各種結(jié)構(gòu)的裂縫時(shí)應(yīng)該結(jié)合封堵回填配合灌漿回填的方式處理。對(duì)貫穿防滲帷幕的勘探平洞和巖溶通道需通過設(shè)置止水片來增強(qiáng)防滲能力。針對(duì)埋藏深、規(guī)模大的勘探平洞及溶洞，需對(duì)建基面設(shè)置相關(guān)的大口徑鉆孔，后進(jìn)行泵送混凝土回填。