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软硬互层地基高混凝土坝坝基处理技术

日期:2016-4-29 14:49:30 来源:转载 浏览数:
 
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   1· 工程概况
    甘再水电站工程位于柬埔寨贡布省Kamchay 河干流上,坝址以上流域面积709 km2,河长68. 6km。甘再水电站大坝枢纽工程主要建筑物由拦河坝与PH3 引水发电建筑物等组成。
    拦河坝为碾压混凝土重力坝,按500 年一遇洪水设计,PMF ( 可能最大洪水) 校核。设计洪水位150. 00 m,下泄流量6 970 m3 /s,相应下游水位64. 42 m; 校核洪水位151. 88 m,下泄流量8 309m3 /s,相应下游水位66. 11 m。大坝坝顶高程153. 00 m,坝底高程41. 00 m,最大坝高112. 00 m,坝顶宽6. 0 m。坝体上游面84 m 高程以上为竖直面,84 m 高程以下坡度1∶0. 3; 下游面坡度1∶0. 75,折坡点高程145. 00 m。大坝分10 个坝段,横缝间距42 ~ 60 m。横缝采用通缝布置,每个坝段中部上下游面各设置一条诱导缝。大坝泄洪采用坝顶开敞式溢洪道,布置在河中段,溢洪道堰顶高程135. 00m,共设5 孔,每孔净宽12 m,溢流堰面采用WES实用堰,下游消能方式采用挑流消能。
    PH3 引水系统布置在河道右岸⑥挡水坝段,采用一管一机形式。PH3 引水建筑物由进水口、渐变段、引水钢管、钢岔管和高压钢支管组成。
    2· 工程地质条件
    坝址区河道顺直,河流流向SE114°,河水面宽约55 m。两岸地势较平缓,右岸坡度为20° ~ 25°,左岸160 m 高程以下略陡于右岸,坡度约为30° ~38°。岸坡及河床广泛分布第四系覆盖层,左岸残坡积块碎土厚4 ~ 9 m,右岸残坡积块碎石土厚9 ~ 16m,两岸岸坡风化带岩体厚度大,微风化岩体埋深大; 河床为漂块石砂卵砾石,厚2 ~ 4 m,局部基岩裸露。
    基岩为侏罗系中统( J2) ~ 白垩系下统( k1)地层,岩性以石英砂岩、细砂岩为主,约占70% ~80%,另含少量粉砂质泥岩、泥岩等,局部有薄层状石英砂岩与泥岩、泥岩与含砾细砂岩互层,岩层近水平,总体走向NW290 ~ 300°,倾向NE,倾角3° ~ 9° ( 平均5°) ,倾向左岸略偏上游。岩体中主要发育层间缓倾角软弱层带,石英砂岩、细砂岩中发育陡倾角裂隙。两岸砂岩与粉砂质泥岩、泥岩的接触界面一般有一定厚度的泥化或软化现象。粉砂质泥岩、泥质夹层厚度不均,一般厚0. 1 ~ 0. 5 m,最小0. 01 ~ 0. 08 m,最大可达12. 7 m ( 河床- 30 ~- 26 m 高程) 。
    左岸坝基高程110 m 以下坝基岩体以较完整~完整为主,为Ⅲ2 类岩体,高程110 m 以上坝基岩体完整性差~ 较破碎,为Ⅳ1 类岩体; 共揭示泥岩层9 层、粉砂质泥岩5 层、粉砂质泥岩与细砂岩互层2 层、泥岩与细砂岩互层1 层,厚度较大的泥岩类岩层为L1、L204、L3 和L6,厚度分别为1. 5 ~3. 5 m、0. 5 ~ 3. 5 m、5 ~ 10 m 和4 ~ 5. 5 m,其中L204 和L6 为粉砂质泥岩与细砂岩互层。右岸坝基高程103 m 以下坝基岩体以较完整为主,为Ⅲ2 类岩体,高程103 m 以上坝基岩体完整性差~ 较破碎,为Ⅳ1 类岩体; 共揭示泥岩层5 层、粉砂质泥岩9层、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩与细砂岩互层1 层、薄层泥岩与细砂岩互层1 层,厚度较大的泥岩类岩层为L11、L13、L14 和L15,厚度分别为9 ~ 10 m、1. 5 m、1. 3 m 和1. 9 m,其中L11 为粉砂质泥岩与泥质粉砂岩互层。河床坝基一般以较完整为主,局部完整性差,为Ⅲ1 类岩体,下覆泥岩类夹层厚度较大的有L7、L8、L10,厚度分别为2. 8 m、5. 5 m和12. 7 m,其它厚度均较小,为薄层状夹层,其中L7 粉砂质泥岩层分布高程27. 04 ~ 35. 19 m。
    坝基粉砂质泥岩和泥岩属软岩类,岩石主要物理力学参数平均值见表1。
               
    3· 坝基处理技术
    3. 1 坝基开挖
    坝址处河床可利用基岩面高程为41 m,由于坝基下部存在深层泥岩类夹( 岩) 层L7、L8、L9、L10,埋深高程为26. 5 ~ 18 m,经大坝坝基稳定应力计算,可满足规范要求,因此河床段坝基原则上不进行爆破作业,只需清除坝基面浮石,河床岩石面适当凿毛。
    左右岸挡水坝段坝基根据稳定应力计算结果、坝段分缝位置,结合坝基下部存在深层泥岩类夹( 岩) 层分布高程位置,左岸沿坝轴线方向从岸边向河床部分分台阶开挖,开挖平台分别为152. 50m、137. 25 m、94. 00 m、65. 50 m 和41. 00 m,台阶开挖深度大多在8 ~ 24 m; 右岸沿坝轴线方向从岸边向河床部分分台阶开挖,开挖平台分别为152. 50 m、118. 25 m、100. 00 m、52. 50 m 和45. 00m,台阶开挖深度大多在5 ~ 25 m; 两岸坝坡在开挖过程中对存在的泥岩软弱夹层进行撬除处理。
    针对甘再大坝特有的软硬相间水平互层地质条件,结合工程施工进度及大坝左右坝肩所揭露的岩层情况,分别进行爆破开挖试验及破碎锤开挖试验研究。大坝基础开挖技术方案试验研究表明: 传统的预裂爆破不能满足坝基建基面开挖施工的设计要求,预裂基本无法成型,预裂效果收效甚微,且爆破开挖对坝基软硬相间水平互层岩体震动破坏大。采用冲击锤进行大坝坝基建基面分层破碎开挖,有利于软硬相间水平岩层的建基面控制。声波测试表明,冲击锤开挖前后岩体波速值十分接近,对坝基岩体破坏非常小。冲击锤开挖坝基是对常规建基面开挖方法的完善,且冲击锤开挖保护层大大减弱了对基础面的震动破坏,从开挖施工成果看,效果非常好。
    3. 2 固结灌浆
    软硬相间水平互层地基复杂地质条件导致坝基岩体声波值较低,要求固结灌浆后较大幅度地提高坝基岩体声波的波速最小值。由于甘再大坝坝基岩层为近水平向,灌浆压力不能过高,以免抬动过大导致混凝土产生裂缝。因此,对大坝基础固结灌浆技术即固结灌浆的施工方法、工艺等进行研究,以满足大坝设计提出的有关要求。大坝坝基处理施工前期分别进行了GIN 灌浆法、国内常规固结灌浆法生产性试验。
    大坝基础灌浆技术试验研究表明,采用GIN 灌浆法,试验区灌浆后最小值提高幅度为6. 81% ~22. 64%,平均值提高幅度为2. 03% ~ 6. 46%; 采用常规灌浆法,试验区最小值提高幅度达17. 8% ~28. 3%,平均值提高幅度达6. 3% ~ 9. 9%。常规灌浆法的提高幅度明显高于GIN 灌浆法,大坝基础固结灌浆适合采用国内常用的灌浆方法。根据试验结果,最终优化确定大坝基础固结灌浆施工工艺流程和施工参数。
    溢流坝段及左右岸高重力坝段基础采用深固结灌浆孔,孔深10 ~ 15 m,孔、排距3 m。固结灌浆压力如下: Ⅰ序孔0. 3 ~ 1. 0 MPa,Ⅱ序孔0. 4 ~ 1. 2MPa。固结灌浆声波测试( 见表2) 表明,灌浆后所有检测孔的波速最小值平均值为3 282 m/s,波速提高率为59. 7%; 所有检测孔的波速平均值均值为3 640 m/s,波速提高率为37. 8%。灌后声波值较灌前有较大提高,灌浆效果显著,提高了坝基岩体的均匀性与整体强度,较好地解决了软硬相间水平互层坝基存在的不均匀沉降变形问题。
              
    3. 3 帷幕灌浆
    两岸岸坡在20 ~ 50 m 深度范围内透水率> 10Lu,为中等透水; 左岸90 ~ 100 m、右岸大于100 m深度范围内透水率在3 ~ 10 Lu,为弱透水; 以下深部为微透水,仅局部孔段透水率较大。河床15 ~ 30m 浅表部岩体透水率> 10 Lu,属中等透水层; 30 ~55 m 岩体透水率为3 ~ 10 Lu,属弱透水层; 55 m 深度以下岩体透水率小于3 Lu。
    本工程最大作用水头109 m。在坝基面高程84m 以下坝段范围设置主副帷幕灌浆孔各一排,孔距2. 0 m,排距1. 5 m,主帷幕灌浆深度60 ~ 90 m,副帷幕取主帷幕灌浆孔深度的1 /2,坝基帷幕线离坝基上游侧12. 9 m,最大灌浆压力采用3 MPa。在坝基面高程84 m 以上坝段范围设置主帷幕灌浆孔一排,孔距1. 5 m,帷幕灌浆深度50 ~ 95 m,坝基帷幕线离坝基上游侧5 ~ 2 m,最大灌浆压力采用2MPa。在坝顶高程153. 00 m 两岸接头处各布置一条灌浆平洞,将主帷幕向两岸山体延伸至正常蓄水位与地下水位相交处。两岸灌浆平洞长50 m,帷幕深30 ~ 75 m,灌浆压力采用1 ~ 2 MPa。帷幕灌浆采用“小口径钻进、自上而下分段、不待凝、孔口封闭、孔内循环式”的高压灌浆工艺。
    3. 4 泥岩类夹( 岩) 层及破碎带处理
    坝基下部泥岩类夹( 岩) 层强度较低,具有失水易崩解的特性。根据具体分布位置及层面厚度,大部分厚度较小的泥岩类夹( 岩) 层采用垂直开挖,二次开挖后及时覆盖相应部位的坝体碾压混凝土; 层厚较大的泥岩类夹( 岩) 层L11 开挖后及时喷护混凝土保护,结合探洞回填C9020 混凝土,回填混凝土洞周边进行接触回填灌浆,相应范围的帷幕灌浆及固结灌浆孔适当加密、加深,具体见图1、图2。
               
    4· 结语
    甘再水电站大坝坝基为互层状水平岩体,岩层倾角缓,岩体中存在粉砂质泥岩、泥岩及泥化夹层等软弱层; 岩体中发育北东东向和近南北向高倾角裂隙,层间软弱面发育频率高,连通性好,坝基岩体存在抗滑稳定、不均匀变形及渗透变形等主要工程地质问题,工程地质条件十分复杂。通过采用坝基冲击锤开挖、施工期软岩及时防护、深固结灌浆、帷幕灌浆与混凝土截水墙联合防渗等处理技术,成功建成112 m 高碾压混凝土重力坝,很好地解决了软硬相间水平互层地基建设超百米高碾压混凝土坝的技术难题。
    大坝经过两个汛期的考验,位移及渗漏情况正常。甘再大坝的实践为工程建设所提供的宝贵经验值得推广应用。

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