大河水庫面板堆石壩壩基處理技術(shù)

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大河水庫位于廣東省陽春市西北部的西山河中游，壩址位于茅田村上游2km的峽谷段內(nèi)，它是整治漠陽江的骨干工程之一。樞紐建筑物由大壩、引水洞、地面廠房、變電站、泄洪洞和溢洪道及五個副壩組成。大壩壩型為混凝土面板堆石壩(圖1)，壩高69.5m，壩頂長度240m，壩頂▽117m，設(shè)計正常高水位▽110m，總庫容 3.32億 m3，裝機 3萬kw。
    1、壩基工程地質(zhì)條件
    壩基處河床狹窄，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造屬華南新華夏構(gòu)造的西南段，地質(zhì)巖性以沉積巖為主。壩址巖層走向基本上與河流垂直，河底高程▽53～▽54m，兩岸地形不對稱。左岸山頂▽132m，山坡▽110m以下平均坡度約45°，▽70m以下河谷岸邊陡峻；右岸山頂▽154m，山坡平均坡度約40°，有寬約15～20m的堆積灘地（▽53m～▽60m）。
    壩基地層巖性以變質(zhì)砂巖為主，夾絹云母板巖和碳質(zhì)頁巖，主要屬寒武系八村群b層，其產(chǎn)狀為N25～40E， NW∠40°～50°。主要斷層有四條：F1、F6、F7、F8。其中F1斷層在壩基內(nèi)左岸出露，上游伸向庫內(nèi)，在壩基穿過河床及右岸的斷層產(chǎn)狀為N30～40W， SW∠70°～80°，寬度 2.0～ 5.0m，是規(guī)模最大的，但該斷層破碎帶壓水試驗的透水率為 q＝7.6呂榮，透水性不強。壩基裂隙較發(fā)育，巖石風(fēng)化較劇烈，平均透水率為26呂榮，左右岸強風(fēng)化帶最大深度達45m；趾板基礎(chǔ)大部分為強風(fēng)化巖。
    2、壩基處理的設(shè)計
    由于河床部分的弱風(fēng)化基巖埋深較淺，兩岸弱風(fēng)化埋臧較深：右岸在地面以下約25m，左岸在地面以下約40m。大部分趾板基礎(chǔ)坐落在強風(fēng)化巖上，因此，采用截水墻與帷幕灌漿共同防滲，兩岸修建擋水墻以形成趾板與壩頭的連接；同時進行固結(jié)灌漿加固基礎(chǔ)。
    2.1堆石體基礎(chǔ)開挖
    上游主堆石體基礎(chǔ)要求開挖至強風(fēng)化巖頂面線以下2m，下游次堆石體基礎(chǔ)開挖至強風(fēng)化巖面上。由于該壩基強風(fēng)化帶夾泥較普遍，設(shè)計開挖坡比應(yīng)較大。根據(jù)類比資料壩區(qū)天然邊坡調(diào)查資料，設(shè)計開挖坡比值如下表。

各風(fēng)化帶開挖的邊坡值

巖 層 分 類 臨時邊坡 永久邊坡 水上部分 水下部分 水上部分 水下部分 全風(fēng)化帶 巖層產(chǎn)狀順坡 1﹕1.5 1﹕2.0 1﹕1.75 1﹕2.0～2.5 巖層產(chǎn)狀逆坡 1﹕1.25 1﹕1.5 1﹕1.5 1﹕1.5～2.0 強風(fēng)化帶 巖層產(chǎn)狀順坡 1﹕1.0 1﹕1.25 1﹕1.0～1.25 1﹕1.0～1.5 巖層產(chǎn)狀逆坡 1﹕0.7 1﹕1.0 1﹕0.75～1.0 1﹕1.0～1.25 弱風(fēng)化帶 巖層產(chǎn)狀順坡 1﹕0.4 1﹕0.5 1﹕0.4 1﹕0.6 巖層產(chǎn)狀逆坡 1﹕0.25 1﹕0.5 1﹕0.3 1﹕0.5

    2.2 趾板基礎(chǔ)開挖
    趾板基礎(chǔ)開挖以▽68.0m為分界線：▽68.0m以下的河床部分基礎(chǔ)開挖至弱風(fēng)化頂面線下2m；▽68.0m以上的趾板部分開挖至強風(fēng)化的中下部。為有利于周邊縫附近面板應(yīng)力的改善和延長趾板滲徑的需要，沿趾板正向向下游延伸10m的鋪蓋，開挖至趾板等高程。趾板基礎(chǔ)的開挖，要求采用小孔徑、淺孔爆破，斜坡部分采用預(yù)裂爆破，趾板預(yù)留30cm的保護層人工撬挖，保證趾板基礎(chǔ)巖面完整平順，避免破壞原始巖體。趾板基礎(chǔ)面不得欠挖，超挖不得超過20cm。
    2.3 斷層處理
    趾板基礎(chǔ)范圍內(nèi)的斷層破碎帶采用混凝土填塞處理?；炷寥钠矫嫖恢蒙斐鲋喊迳嫌蚊鎸挾葹?倍斷層寬度，伸出下游面長度為4倍斷層寬度。在堆石區(qū)的斷層一般不做處理。
    2.4 左右兩岸的接頭擋墻
    兩岸設(shè)計半重力式,基礎(chǔ)落在強風(fēng)化的中至中下部。最大墻高14.2m，靠壩體一側(cè)▽110.0m開始設(shè)計1﹕0.3的順坡，有利于堆石體與擋墻連接。
    2.5 壩基防滲
    壩基趾板和截水墻防滲處理標準按5呂榮控制。由于壩基弱風(fēng)化巖埋藏較深，河床趾板部分采用灌漿處理，兩岸趾板和左右壩頭采用截水墻和基礎(chǔ)灌漿聯(lián)合解決壩基防滲。
    2.5.1截水墻的設(shè)置
    兩岸部分由于強風(fēng)化巖層較厚，趾板基礎(chǔ)放在強風(fēng)化巖上。為了滿足滲透穩(wěn)定要求，設(shè)置擋水墻，墻厚2m，高度分別為：壩橫 0＋165～0＋240高5.0m；壩橫 0＋000～0＋048高10m，0＋048～ 0＋060深度由10m漸變至4.0m。左岸壩頭▽104m以上大部為全風(fēng)化巖層，為解決壩頭繞滲問題也設(shè)置了混凝土截水墻，墻寬2m，長30m，設(shè)置高程為▽94m～▽115.0m。
    2.5.2 趾板灌漿
    趾板灌漿分固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。固結(jié)灌漿在趾板上下游各一排，分兩序施灌，孔距3m，孔深5m，灌漿壓力1～3kg／cm²；單排帷幕灌漿孔設(shè)在恥板中間，孔距2m，灌漿孔深入到不透水層（單位吸水率小于5呂榮）即左岸孔深在15m～55m，河床部分5.5m～15m，右岸部分15～30m不等，在固結(jié)灌漿完成后分兩序施灌，灌漿壓力為5kg／cm²。
    3、壩基處理的施工
    3.1開挖方法
    基礎(chǔ)開挖采用容易控制規(guī)格的反鏟挖掘（2.5m³以下）較合適。鉆爆一律采用淺孔火花爆破。整個壩基分成三個梯級開挖，▽117m以上一層，▽85m～▽117m一層，▽53m～▽85m一層，從上而下開挖。趾板與壩基同時開挖，以避免重復(fù)及返工。
    3.1.1壩頭以上開挖
    左右岸壩頭▽117m以上按設(shè)計永久邊坡開挖，及時做好天溝及馬道的排水溝，防止雨水沖刷壩基。
    3.1.2趾板開挖

    根據(jù)設(shè)計要求由上而下開挖。鑒于壩基巖體破碎且易風(fēng)化和實際施工的困難，在1：1.5的邊坡上采用光爆或預(yù)裂爆破效果不一定理想，實際施工時采用了減弱松動爆破施工及預(yù)留1.0m的保護層以保證基巖的完整性。剩下的1.0m保護層采用小炮松動爆破和反鏟挖掘機開挖，同時考慮到趾板混凝土澆注由河床往兩岸分塊澆筑，趾板就預(yù)留了20cm～30cm的人工撬挖層，分塊修好規(guī)格馬上驗收，再進行混凝土澆注的施工順序，這樣做，較好地保護了巖層的完整性。趾板地質(zhì)情況和設(shè)計基本符合，在局部地質(zhì)較差的地方采用增設(shè)截水墻方法處理。下圖2為趾板中心線地質(zhì)剖面圖。
    3.1.3強風(fēng)化帶處理
    根據(jù)趾板開挖基巖出露情況，左岸壩橫 0＋048～0＋080段處于較破碎的強風(fēng)化巖面。根據(jù)實際情況，將 0＋048～0＋060段截水墻由原來的10m漸變?yōu)?m設(shè)計修改為全部采用 10m深，同時增設(shè)0＋060～0＋080段截水墻，深度由10m漸變?yōu)?m，其余仍按原設(shè)計施工。截水墻施工由下往上開挖，挖一塊澆筑一塊混凝土，護壁臨時支護采現(xiàn)澆薄混凝土加對頂鋼撐，趾板與截水墻采用1.0×1.2m方格形布置的Ф28錨桿（入巖4m）與趾板鋼筋焊接連接。
    3.1.4 開挖爆破控制
    堆石體基礎(chǔ)岸坡部分開挖應(yīng)嚴格控制爆破施工，大部分采用反鏟直接開挖，當1.0m³反鏟挖不動時，基礎(chǔ)即可滿足要求，局部突包或反坡用淺孔小炮爆除?；A(chǔ)保持平順即可。河床部位大部分已到弱風(fēng)化巖，局部突包修平即可。
    3.2斷層處理
    趾板基礎(chǔ)開挖完后，由于▽60高程以上大部分落在強風(fēng)化巖上.現(xiàn)場觀測斷層出露并不明顯，除F8采用槽挖回填混凝土塞外，其余沒做特殊處理，特別是F1斷層其寬度達2.0～3.0m。是穿過壩基的縣大斷層，在左岸趾板處出露高程為▽100m，原設(shè)計處理的工作量較大。槽挖尺寸為力4.0m×6.0m×40m回填混凝土達960.0 m³，鑒于F1斷層出露位置較高，在正常蓄水位情況下只有10m水頭，并且壓水試驗透水性并不強，只有7.6呂榮，同時該部位已設(shè)置了10m深的截水墻和10m長的鋪蓋，經(jīng)與設(shè)計監(jiān)理人員研究認為，F(xiàn)1無需再做混凝土塞處理，可以保證滲透穩(wěn)定和控制滲透量，既方便了施工，又可節(jié)約投資幾十萬元。
    3.3灌漿施工
    趾板混凝土達到一定強度后，就進行固結(jié)灌漿，灌漿按順序由河床往兩岸施灌，孔距加密為2m，灌漿壓力3kg／cm³。左岸吸漿量比右岸大。平均灌入水泥量為 40.8kg／m。固結(jié)灌漿分段驗收合格后進行帷幕灌漿，灌漿順序也由河床往兩岸，分三序施灌。6m～7m為一灌漿段，順序自上往下，每延伸一灌漿段，灌漿壓力遞增1 kg／cm³，孔口段為 3 kg／cm³，最大灌漿壓力達9 kg／cm³。吸漿量左岸大、右岸小的主要原因是左岸弱風(fēng)化巖埋藏深，灌漿段大部分處于強風(fēng)化巖內(nèi)。經(jīng)孔壓水試驗檢查，灌漿后基巖透水率均小于5呂榮。灌漿效果良好，完全符合設(shè)計要求。
    4、結(jié)語
    1）本工程堆石體基礎(chǔ)次堆石區(qū)座落在強風(fēng)化巖頂面線附近的巖土體上。1998年下閘蓄水至今，水庫運行狀況良好，說明次堆石區(qū)基礎(chǔ)處理是成功的。
    2）本工程混凝土面板堆石壩趾板基礎(chǔ)大部分坐落在強風(fēng)化巖上，但經(jīng)采取一定的工程措施處理后，完全可以滿足工程要求，為類似工程提供經(jīng)驗。
    3）在施工過程中，對于易風(fēng)化軟巖基礎(chǔ)預(yù)留保護層人工撬挖是必要的；應(yīng)切實做好壩基范圍內(nèi)的防排水措施，這對大壩施工和運行有很大影響。