坝肩处理论文范文（精选7篇）
坝肩处理论文 第1篇
一、某水库工程概况
某水库工程主要建设目的用于防洪和下游灌溉供水, 由于该水库流域由于含沙量大, 洪水发生几率高, 因而在水库防洪标准设计时提高防洪标准到百年级别。本项目通过细致的地质勘测, 基岩岩性为凝灰质泥岩, 强化曾厚度达到6m, 不透水基岩以下埋藏深度达到30~70 m。项目左坝肩岩层的走向和坝轴线约成37°夹角, 岩层产状305°~310°SW<40°。右坝肩表层为洪积粉土、风积黄土, 下部为冲积砂卵砾石。坡脚处堆积4m厚度碎石土, 强风化层厚度约6 m, 相对不透水层基岩面以下埋藏深度25~60 m。河床基础为第四系冲积砂卵砾石层, 结合探测资料厚度约20 m, 是强透水层, 渗透系数为K=2.66~3.2410-2cm/s。
二、坝肩坝基渗漏成因和处理方案
(一) 坝肩渗漏的原因分析和处理方案分析
综合本项目的施工资料与当地的地质勘探结果, 本项目坝肩和坝基渗漏的原因主要有以下几种。第一中可能原因, 是在大坝施工中, 忽视了坝基清理工作, 使得坝基清理工作不到位, 最终导致坝基基础带方向出现渗漏, 影响工程质量。第二种可能是项目在建设中, 防渗处理工作不到位。如果防渗处理工作质量不达标, 会导致渗漏沿着风化基岩和构造方向发展, 最终酿成事故和问题。本项目施工中需要与两岸山体连接, 项目投入使用后, 如果出现绕坝渗漏现象, 可以断定项目在建设中山体连接施工出现质量问题。由于本项目坝基和坝肩渗漏现象已经发生, 如果不采取有效的措施进行处理, 必然会导致渗漏面积逐渐增大, 带来巨大的安全隐患, 给下游灌溉和防洪工作带来问题。由于坝肩和坝肩渗漏处理工期较差, 工程量大, 因而渗漏处理方案需要综合工程现状设计。在本项目中采用了“上截下导”的施工方案, 对上游渗水予以截断, 下游渗水有效导出, 并综合应用大开挖方案和振冲桩技术等。
1.灌浆方案和技术参数的选择。灌浆施工技术在大坝渗漏处理中应用比较广泛, 本项目案例中也应用该施工方法。在灌浆技术应用中, 首先对钻孔方法、帷幕灌浆处理等进行可行性分析, 并通过计算分析和现场实验讨论技术的可行性。在钻孔灌浆施工中, 选择地址较好的位置排孔, 并对断层和裂隙不稳布置辅助孔。灌浆深度是根据基岩透水性设计的, 因此不同坝段的灌浆深度有一定的差别。
2.大开挖方案的选择与分析。大开挖就是通过开挖施工, 清除坝体渗漏不稳松散岩体。大开挖施工虽然效果较好, 但工程量大, 并且经济性较差。因而在本项目中大开挖技术主要应用于渗水严重, 无法采取其他技术的处理中。大开挖施工中首先对坝壳基础不稳进行清理, 将碎石、黄土等清除干净, 降低了坝基纵向渗水的强度。心墙基础两侧岩石开挖1:0.5, 通过反滤材料和过滤材料的应用实现了对渗水的处理。断层位置则全部挖出, 并采用混凝土回填估计技术灌浆处理。在开挖处理中, 包括心墙基础和底部分别予以铺盖固结灌浆和混凝土盖板浇筑, 以提高坝体强度并降低其渗水发生率。大开挖施工方案虽然有着成本高、工程量大的缺点, 但其能够有效的保证施工安全和治理效果。如果选择该施工方案, 可以配合现代的大型设备使用, 来降低其对工期、造价和成本的影响。
3.振冲桩方案。振冲桩方案与开挖方案在实施上有很多相似之处, 其与开挖方案最大的不同就是坝壳基础的处理只做表面清理工作, 并通过布置振冲碎石桩来增加河床地基的致密性, 并实现排水降压的目的。振冲碎石桩方案相比于大开挖方案, 能够有效提高地基质量, 并有着工程量小的优势。但由于振冲桩处理技术很难做到对施工质量的量化分析, 而且很多施工项目难以直观判断施工结果, 无法有效保证河床基础的稳定渗透。除此之外, 该技术由于没有开发方案成熟, 并且成本要高于开挖方案, 因而其在本项目中的应用具有一定局限性。
(二) 坝肩和坝基处理施工技术要点
为了提高水坝坝基和坝肩处理质量, 并综合处理效果、经济性和技术等因素, 本项目选择了大开挖施工方案。在大开挖施工中, 加大了对灌浆处理技术的应用和管理水平。在施工中, 建立了有效的现场巡查制度, 及时发现并对跑浆等问题。在断裂构造中, 还特意将防渗帷幕布置为双排, 并采用了西水泥浆, 提高对断裂带和微小裂隙的处理质量。本项目在施工中还提高了对资料整理工作的重视, 为施工工艺的改进和大坝保养维护提供资料。
综上所述, 虽然水库大坝施工技术不断进步, 大坝施工质量与日提高, 但受技术、人才和自然环境等因素影响, 水库坝肩坝基渗漏现象, 在甘肃地区十分常见。为了确保水库防洪安全, 并为下游农业发展提供可靠的灌溉供水, 当大坝出现渗漏问题时, 一定要及时处理解决。本大坝通过详细的技术探讨, 最终以大开挖基础为基础对坝肩和坝基进行处理, 取得了满意的成果, 达到了发包单位的合同要求, 具有一定的借鉴和参考价值。
摘要：水库大坝坝肩和坝基渗漏的处理, 一直是水库后期保养和维修工作中的重点和难点。本文以某水库的坝肩及坝基处理为案例, 探讨了水库坝肩坝基处理方案的选择原则和其施工要点, 为水库坝肩坝基处理方案的选择和施工提供资料参考。
拱坝坝肩开挖及地基处理措施研究 第2篇
云南天花板水电站位于昭通市境内的金沙江右岸一级支流牛栏江下游河段上, 坝址位于鲁甸县翠屏乡与巧家县铅厂乡境内, 距昭通市91 km, 距鲁甸市57 km, 为牛栏江水电十级开发中的第七级。
牛栏江天花板水电站的开发任务单一, 以发电为主, 采用混合式开发方式, 为三等中型工程。枢纽工程的主要建筑物由碾压混凝土双曲拱坝、引水发电隧洞和地面式厂房等组成。水库正常蓄水位1 071.00 m, 校核洪水位1 076.61 m, 死水位1 050 m, 最大坝高113.0 m, 总库容7 871万m3, 调节库容3 621万m3, 为不完全季调节水库。电站总装机容量为180 MW (2×90 MW) , 保证出力43.5 MW, 多年平均发电量8.295亿 kW·h。装机年利用4 608 h。根据DL 5180-2003水电枢纽工程等级划分及设计安全标准及GB 50201-94防洪标准的规定, 其库容在0.1亿m3～1亿m3之间, 装机容量在50 MW～300 MW之间, 属三等中型工程, 故确定本工程为Ⅲ中型工程, 工程的主要建筑物拦河坝、泄洪、冲沙孔、引水系统、厂房及开关站等按3级建筑物设计, 工作桥等次要建筑物按4级设计。
1.1 地形地貌及地质构造
坝址区位于牛栏江与清水河交口上游1.2 km～1.7 km处的天花板峡谷进口段, 为典型的峡谷河段, 两岸地形陡峻, 见有高度在近百米及数百米陡壁, 山顶高程1 650 m以上, 岸坡平均坡度在65°以上, 河谷整体断面为“V”字形。河床高程为989 m～991 m, 河床宽度为30 m～40 m, 河谷底宽约为60 m, 坝顶高程处河谷宽度为110 m。两岸未见明显的河流阶地。坝址区右岸发育3条冲沟, 最上游者为深切冲沟, 下游两条规模较小, 终止于河面上方的第二层陡壁;左岸勘探线下游约150 m发育有切割较深的七里厂沟。坝址河段牛栏江流向基本上为NW300°。
节理裂隙较发育, 主要有3组:1) NW325°～340°NE (SW) ∠82°～∠86°;2) NW305°～316°SW∠80°;3) NE60°～70°NW∠70°, 均属陡倾角裂隙, 其中, 1) 组节理规模大, 延伸数十米至上百米, 裂隙面平直光滑。此外, 见倾向下游的中等倾角裂隙发育, 裂面延伸不长, 断续出露。亦见倾向于下游的缓倾角裂隙发育, 裂面多起伏不平, 宽度小于3 cm, 面内无充填, 断续出露于两岸1 000 m左右高程处。
1.2 物理地质现象
局部受构造作用影响, 风化深度有所加深。
卸荷:岸坡为近陡立边坡, 两岸岩体为缓倾角分布的层状岩层, 两岸卸荷裂隙较发育, 在几层陡壁上均有分布, 且卸荷裂隙的水平切割深度随岸坡的高度增加而增大;在右岸高程1 400 m处, 局部卸荷裂隙较发育, 水平延伸数十米。在近河床的陡壁上卸荷裂隙水平延伸不足30 m, 部分地段卸荷体已经塌落, 局部形成不稳定卸荷体。
崩塌:此处河流岸坡陡峻, 两岸横张断层裂隙发育, 长大卸荷裂隙和张性断层后缘为切割面, 以上述第1) 组裂隙为侧向切割面, 沿横张裂隙追踪的组合面下错, 形成潜在崩塌体, 部分块体已经崩塌, 局部形成岩体悬空现象。崩塌常发生在陡壁的上部, 分布高程较高。
在山坡陡峭地段, 上部疏松堆积的碎块石层在重力作用或周边外部因素影响下沿低洼沟槽处向下面急速塌滑, 在下部沟槽处常形成倒石锥。
2 坝基处理主要原则及处理措施
拱坝设计时, 应针对坝址的地形、地质条件, 采取有效的措施改善坝体的应力, 满足坝体稳定条件。这些措施主要包括:坝基开挖、固结灌浆、接触灌浆、帷幕灌浆、基础排水、断层破碎带处理和岸坡锚固支护等措施, 使坝基满足稳定、应力、变形、抗渗和耐久性等各方面的要求。
天花板拱坝的坝基处理应符合下列主要原则要求:
1) 挖除松动破碎、卸荷、风化严重的岩体;
2) 建基面的选定要保证坝肩岩体有足够的整体性和抗滑稳定性;
3) 建基面附近的岩体要有足够的强度和刚度;
4) 开挖深度的确定要考虑坝肩30°传力要求和坝肩的“肩宽”要求;
5) 基础面变化的连续性;
6) 研究坝基、坝肩合理的开挖方式, 尽可能减小开挖量, 并方便施工;
7) 对坝肩稳定不利的地质构造必须进行处理。坝基内局部地区的地质缺陷埋藏不深时, 应结合坝基开挖, 一并予以处理。对坝基基底断层必须进行一定深度开挖, 换填混凝土处理;对坝肩断层若埋深较浅, 则进行挖除处理, 若较深则部分进行换填或洞塞处理;
8) 分析不良地质条件, 特别是基础渗透、承压水对坝体稳定和坝基稳定的影响, 研究工程处理措施, 确保坝基具有渗透稳定性和有利的渗流场。
2.1 坝肩坝基开挖
河床部位岩体较完整, 有一定强度, 但其抗滑、抗变形性能受岩石结构面和岩石强度控制, 为Ⅲ类岩体, 需采取混凝土置换和加强固结灌浆等措施以提高岩体完整性。
左坝肩岸坡陡峻、强风化层深度较浅, 岸坡自身稳定条件较好, 为避免大范围开挖及由此产生的高边坡, 首先对岸坡强风化岩体和开挖区内的卸荷裂隙进行开挖清理, 清除松动的不稳定体、风化程度较强的部位, 然后在弱风化岩体中采用窑洞式掏挖的方式对左坝肩进行开挖。
右岸地形比左岸稍缓, 断层、裂隙较左岸发育, 并且有断层宽度0.5 m～1 m的较大断层存在。该断层为陡倾角发育、埋藏较深。若按全部挖除此断层至影响带以外考虑, 则右坝肩开挖过深, 开挖量较大, 坝体混凝土方量随之增加。针对右坝肩具体情况, 采取了如下处理方式:将右坝肩开挖深度定为弱风化岩石厚度的中下部或微风化岩石表层附近, 然后对大断层进行深层固结灌浆及混凝土洞塞置换处理。这样既满足了坝肩稳定及抗压强度要求, 又可减少开挖量及坝体混凝土方量。右坝肩开挖先将坝基开挖影响范围内的表层覆盖层清理, 然后将岩面表层松动的不稳定体、风化程度较强的部位清除, 在此基础上开始拱坝坝基的开挖。
开挖中, 河床段坝基宜尽量保持水平面, 但要避免向下游倾斜, 以利拱坝的稳定。左右岸拱圈在两岸亦不应挖成“倒喇叭”形。整个坝基利用岩面的纵坡需平顺、无突变。基坑内不同形状的利用岩面间应有缓和的渐变区。按建基面确定原则开挖完成的坝基建基面上局部岩石不好时, 可局部挖除该部分岩石并回填混凝土形成规则建基面, 再在其上浇筑坝体混凝土。
2.2 固结灌浆
固结灌浆孔采用梅花形布置, 基本间排距为2.5 m×2.5 m, 对断层、裂隙、溶蚀、溶隙等发育处孔距适当加密至2 m×2 m, 基岩完整性较好的部位可加大至3 m×3 m。固结灌浆的孔深, 在帷幕灌浆线上游区采用15 m;其余部分采用10 m;对拱坝坝肩部位断层破碎带及其两侧影响带, 局部灌浆孔加深至20 m～30 m。下游消能区护坦基础固结灌浆孔深5 m～8 m。
基岩固结灌浆在有混凝土盖重的条件下施工。盖重一般厚2 m～4 m, 分两序加密的原则采取自上而下分段钻灌。
2.3 接触灌浆
为了使坝体与基础面很好地结合, 提高坝基接触面上的抗压和抗剪强度, 防止沿接触面渗漏, 提高大坝整体性和坝体沿建基面滑动的安全系数, 应于坝体混凝土充分冷却收缩后, 基础排水孔钻孔埋设之前, 对坝体与两岸坝基接触面超过45°的部位进行接触灌浆。对于较大的断层, 两侧壁陡于45°时也进行接触灌浆, 同时对于较大断层的混凝土置换洞塞、回填探洞和溶洞在回填灌浆后也进行接触灌浆。
2.4 帷幕灌浆
天花板拱坝存在坝基渗漏和绕坝渗漏问题, 同时还存在坝基下承压水影响问题, 坝基防渗设计十分复杂。为有效控制坝基渗流、降低坝基场压力、减少坝基及两岸山体绕坝渗漏等, 需对坝基及两岸山体进行渗控处理。渗控处理方案为垂直防渗, 具体是沿大坝基础灌浆廊道及两岸山体布置一道防渗帷幕及主排水幕。根据《混凝土拱坝设计规范》规定, 百米级拱坝, 帷幕灌浆的深度应伸入透水率为1 Lu～3 Lu的相对隔水层;或结合工程经验在0.3倍～0.7倍的水头范围内选择。左右岸在坝顶设置灌浆平洞向两岸延伸, 帷幕线向上游方向倾斜, 并与河床部位的帷幕保持连续性。灌浆平洞为城门洞形, 断面尺寸3.0 m×3.5 m, 采用全断面衬砌, 衬砌厚0.4 m, 并作回填灌浆。
2.5 基础排水
两岸坝基的排水措施是增加坝肩基岩稳定的一个极重要的因素。
为降低坝基的场压力, 在坝基灌浆廊道内防渗帷幕下游侧设一道坝基排水幕, 排水孔孔深为主帷幕深度的0.6倍, 排水孔倾向下游, 倾角约10°, 排水孔孔距3 m, 孔径为110 mm。为降低两坝肩岩体的渗透压力, 增加坝肩抗滑稳定安全度, 在防渗帷幕下游侧向上设一排排水孔, 孔距3 m, 孔径为110 mm, 孔深为向上的35 m。为了减小左右岸拱座下游抗力体的渗透压力, 在防渗帷幕及排水下游的坝后护坦边坡上增设部分长排水孔, 孔径160 mm, 孔距5 m, 倾向坡外朝下, 倾角10°, 长度50 m以上, 并在穿过断层等地质不良区域时设反滤保护措施。
2.6不稳定岩体开挖和支护措施
边坡及开挖清理结合地形地势进行, 对分布高程在两岸坝肩及坝顶开挖范围之内的不稳定体, 为保证施工及工程安全必须予以清理。对开挖边坡应及时保护表面, 进行喷混凝土、挂钢筋网、设系统或随机锚杆等工程支护措施, 必要时设置预应力锚索等。
3结语
在基础处理时, 凡对坝肩稳定有影响的裂隙断层都需要进行必要的处理, 处理方法如固结灌浆、接触灌浆、帷幕灌浆、锚索固定、混凝土洞塞置换、混凝土回填等工程措施, 根据现在掌握的地质资料, 处理方法都是合适的。对于地质情况不明的断层裂隙, 需待查明后再进一步处理。
参考文献
[1]SL 282-2003, 混凝土拱坝设计规范[S].
坝肩处理论文 第3篇
白果树水电站位于贵州省沿河土家族自治县境内乌江右岸的一级支流--坝坨河上, 属坝坨河梯级开发的第6级, 距沿河县城18km。枢纽工程等级属Ⅳ等, 主要建筑物有最大坝高为43.0m的双曲拱坝、坝顶溢洪道以及352.5m长的发电引水隧洞、电站厂房及升压站等。总库容720万m3, 电站装机2×3200kw, 年发电量2391万kw·h。
测区境内最高峰高程1462.1m, 河床高程为300m, 河谷底宽37.5m, 坝址河谷狭窄, 沟谷纵横, 深切险峻, 下陡上缓, 左岸地形坡度50～90°, 右岸60～90°, 左岸缓、右岸陡, 为不对称的“V“形峡谷, 河谷宽高比2.60, 河谷多为乌江第三期下蚀深切峡谷, 为中低山峡谷岩溶地貌。
坝址基岩出露地层为奥陶系下统红花园组 (O1h) , 岩性为灰色、深灰色厚层块状灰岩、结晶灰岩, 偶夹中厚层灰岩, 为强岩溶化岩组, 在坝区河床两岸形成不同规模的岩溶洞穴, 导致坝区水文地质条件的复杂化和岩溶发育多样化。
坝区岩层走向N10～50°E, 倾向S及SE, 倾角25～30°, 倾向下游偏右岸, 为单斜谷, 主要发育四组裂隙: (1) 走向为10～20°, (2) 走向为290～300°、310～320°, (3) 走向为330～340°, (4) 走向为70～80°, 平面延伸长度和垂直切深均达数十米, 甚至上百米。坝区岩体主要破坏结构面为“X“型构造裂隙切割面。
1 坝区岩溶的发现与勘察
大坝在砌筑及左岸帷幕灌浆施工过程中于2008年7月4日遭遇洪水, 洪水最高水位为331.60m, 发现大坝下游40m处有水涌出, 漏水量为0.3～0.5m3/s, 为河床多年平均径流量的11%, 漏水现象基本符合初勘时的地质勘察资料中岩溶发育规律综合分析所认定的左岸坡存在岩溶洞穴渗漏的结论。
为了更进一步模清渗漏情况, 将左岸坡灌浆孔ZK59、ZK60、ZK61、ZK130、ZK131、ZK132按勘察孔要求进行施工, 采取了从外至内逐步缩小范围, 并在可疑地段增设ZK58+1、ZK129+1俩勘探孔, 找到了岩溶洞穴沿灌浆孔ZK59、ZK129至ZK129+1的分布范围, 为后期处理提供了可靠的依据。
结合ZK59、ZK129钻孔资料, 在ZK59号孔内岩溶洞穴顶板高程300.68 m、底顶板高程291.39m、洞高9.29m, 在ZK129号孔内岩溶洞穴顶板高程299.26m、底板高程297.46m、岩溶洞穴高1.80m (见图2、图3) 。岩溶洞穴规模由上游ZK59号孔的洞高9.29m减少至ZK129+1号的0.50m, 向下游逐步尖灭, 岩溶洞穴底板倾向上游。
通过2008年10月12日的连通试验, ZK59至下游漏水点间平距43.3m, 其流速为9.27m/h, 经验证, 岩溶洞穴顺河流方向发育。
2 岩溶洞穴处理措施
根据上述的分析, 岩溶洞穴均位于河床常水位及起拱高程以下, 属浅层溶洞, 溶洞顶板距坝肩、坝基最近距离15m, 位于大坝应力范围之外, 对坝肩稳定无影响, 但岩溶渗漏对工程发电效益影响较大, 必须进行处理, 主要采用水泥灌浆和砂浆堵洞的方法, 其设计如下:
2.1 岩溶洞穴均位于地下水位之下, 最大水深9.29m, 洞内地下水流速比较低, 底板为岩溶发育最低点, 岩溶洞穴具有四周高、中间低的特点, 据估算, 主洞体积约50～60余方, 主要目的是防渗堵漏, 必须采用具有一定强度及防渗性能较好的材料进行灌注。当采用纯水泥浆灌注时需耗灰150～180T左右水泥, 如采用水泥砂浆灌注, 耗灰只需15～18T, 可掺砂45～55m3, 可节约投资, 但存在砂桨进入洞内水中后灰砂分离, 形成砂堆后成为透水体, 导致防渗堵漏失败等, 必须预以高度重视。
2.2 灌浆顺序和灌浆材料为:先对ZK131、ZK130、ZK129+1、ZK58+1等钻孔灌注水泥浆, 对岩溶主洞穴周边的细小管道、裂隙进行灌浆, 使其首先达到设计要求, 最后采用M15水泥砂浆灌注ZK59、ZK129、ZK129+1等钻孔, 对岩溶主洞穴进行砂浆封堵。在处理过程中对岩溶洞穴不要轻意、随意的抛投或灌入块石、碎石、砂、粉砂等之类的强透水层材料, 以免影响灌浆效果。
3 岩溶洞穴处理施工
3.1 在处理过程中严格灌注配合比, 严防砂浆入水后产生灰砂分离形成透水砂团现象, 并保持灌注连续性。
3.2 灌浆完成后, 按设计要求超原钻孔5～8m孔深对岩溶洞穴内灌注体的密实性、透水性进行检查, 对不满足防渗设计要求地段进行复灌, 直至满足设计要求。
3.3 ZK59号孔灌注砂浆31m3, 并伴随有大量气体冒出, 浆液从孔口返出。ZK59、ZK129+1号孔灌浆结束后, 经检查发现ZK129+1号孔未灌实, 进行复灌后满足设计要求。
4 岩溶洞穴处理效果检查
按规范和设计要求, 在灌注完水泥砂浆, 对各孔进行孔内水位、孔内浆液面变化情况测量, 成果见表1:
孔内水位均抬高5.70～6.50m, 浆面高程除ZK129+1低于溶洞顶板高程0.31m外, 其余均高出溶洞顶板0～1.57m。
岩溶洞穴灌注完成后, 对岩溶洞穴顶板以上基面以下段岩体进行压水试验, 成果见表2、3。
通过检查发现ZK130和ZK131接触带压水检查未满足设计要求, 即进行复灌, 当浆面移至坝体内接触带后复检, 防渗满足设计要求。在灌浆时, ZK58+1、ZK61、ZK129、ZK129+1、ZK130、ZK131均发生不同程度串浆现象。
灌浆完成后, 原下游出水点已全部干枯, 经近半年蓄水运行检查, 处理效果良好。
5 结语
在可溶岩广布的深切峡谷地区, 河床多为两岸地下水的最低排泄基准面, 为地下水水势释放最大、交换、冲刷、溶蚀等能力最强的地带, 给河床岸边岩溶发育提供了动力条件。由于地形地质条件的不同, 使岩溶发育复杂化, 加之岩溶洞穴在空间上的不均匀性, 多成为工程勘察、处理的重点、难点。因此处理前必须勘察清楚岩溶洞穴在空间上的展布及对处理有利和不利的条件, 在施工前应尽力消除不利条件 (如地下水) , 并根据处理目的, 认真分析并确定处理设计方案、处理措施、施工方法及材料, 并加强施工管理才能有效解决难题, 从而发挥工程效益。
该工程是岩溶洞穴渗漏处理取得成功的一例, 其工程采取的设计方案、措施、方法、材料得当, 其处理效果良好, 其成功经验有借鉴性, 可用于类似工。
摘要：白果树电站库坝区碳酸盐岩广布, 岩溶发育, 岩溶洞穴众多, 坝基处在奥陶系下统红花园组 (O1h) 强可溶性灰色、深灰色厚层块状灰岩岩层之上, 岩溶洞穴渗漏问题严重, 是电站成功与否的关键性地质问题。笔者通过本文从岩溶发育地区深切峡谷河流常水位附近岩溶洞穴防渗处理过程中应注意的环节谈谈自己的体会。
关键词：灰砂分离,岩溶洞穴,效果检查,白果树电站
参考文献
[1]中国科学院地质研究所溶岩研究组, 中国岩溶研究, 科学出版社, 1979。
坝肩处理论文 第4篇
(1) 左坝肩段黄土层 (Q3eol) 。其厚度约为7.0~17.0m, 位于第三系泥岩之上, 干密度为1.27~1.64g/cm3。孔隙比 (e) 为0.65~1.13, 压缩系数 (av) 为0.130~1.139MPa-1, 压缩模量 (Es) 为1.87~13.0MPa, 属为高压缩性土。湿陷系数为0.010~0.110, 属于强湿陷性土, 含水量较低, 上部干燥坚硬, 1.5m以下稍湿。
(2) 右坝肩段黄土层 (Q3col) 。厚度约为3.0~9.0m, 干密度为1.14~1.60g/cm3, 孔隙比 (e) 为0.659~1.400, 压缩模量 (Es) 为2.0~11.5MPa, 属于高压缩性土。湿陷系数为0.002~0.166, 属于强湿陷性土, 含水量较低, 上部干燥坚硬, 1.5m以下稍湿。
2 左右坝肩黄土 (Q3eol) 湿陷性评价
根据《湿陷性黄土地区建筑规范》, 经过地质勘探及设计方计算, 左坝肩黄土属自重湿陷性场地, 湿陷等级为Ⅳ (很严重) ;右坝肩黄土属自重湿陷性场地, 湿陷等级为Ⅲ (严重) 级。
坝体低液限粘土和左坝肩低液限粉土将产生管涌型破坏;右坝肩原始黄土和含细粒土砾土都将可能产生管涌型渗透破坏。由于坝基级配不良卵石不均匀系数均大于10, 左坝肩、坝体和坝基土层间均存在接触冲刷破坏;右坝肩由黄土和含细粒土砾层组成, 为双层结构, 当水库正常运行时, 其接触面间可能产生渗透变形。由于级配不良含细粒土砾水均匀系数大于10, 黄土的不均匀系数为9~18, 右坝肩, 坝体和坝基土层间均存在接触冲刷破坏。
3 原设计得出的结论
一是左坝肩属于中等透水, 水库蓄水将产生管涌和接触冲刷破坏现象, 水库修建未进行处理。二是右坝肩属于中至强等透水, 水库蓄水将产生管涌和接触冲刷破坏现象, 水库修建未进行处理。三是左坝肩巨厚强湿陷性黄土与坝体直接相连, 且下履卵石层, 具管涌和接触冲刷破坏现象, 而坝体填筑质量较差, 并具中至强湿陷性。因此, 水库蓄水造成左坝肩与坝体结合部溃坝, 坝前坡、坝顶及防治墙下沉30~50cm。
4 原设计对湿陷性黄土的处理方法
4.1 处理方法选择
水库左右坝肩均为原始黄土梁修坡砌护后作为坝体部分, 两侧黄土层属于强湿陷型土。根据《建筑地基处理技术规范》对湿陷性土治理方法有换填法、强夯、浸泡等方法。对换填法需要挖出全部湿陷性土料, 回填合格土料, 工程投资大, 经济上不合理。对于强夯法, 该地区技术机械条件处理深度为仅6.0~7.0m, 处理深度有限, 技术上不可行[1]。根据该地区施工经验浸的泡处理方法施工较简单, 可行, 投资少, 处理效果较好。
4.2 浸泡设计
(1) 在左副坝桩号段和右副坝段开挖浸泡沟。
(2) 浸泡沟平行于现状坝顶坝轴线开挖。浸泡沟沟宽2m、深1.5m。浸泡沟间距5.0m, 左副坝由前坝坡按等高线布置第1道浸泡沟, 坝坡至坝顶共布设6道浸泡沟;右副坝由前坝坡按等高线布置第1道浸泡沟, 坝坡至坝顶共布设4道浸泡沟。
(3) 坝顶处理浸泡沟布置时高差不能超过2m;当超过2m时, 应调整浸泡沟的方向。前后坝坡浸泡沟等高线布置, 间距不能超过5m。
(4) 在浸泡沟内每隔5m挖口径1m×1m的浸泡坑, 深度应与泥岩层保持5m的高差。相邻浸泡沟内浸泡坑的布置呈梅花状布置。
(5) 浸泡沟和浸泡坑内回填戈壁料, 沟内戈料回填高度为0.8m, 保持沟内浸泡水位高于戈壁料0.3m[2]。
4.3 施工技术要求
(1) 浸泡沟平行于坝轴线布置, 但沟距、坑距必须保持5m间距。
(2) 浸泡沟要求开挖成宽2m、深1.5m, 长度根据坝面的宽窄具体确定。在浸泡沟内铺设0.8m厚的砂砾料, 最大粒径不得大于80mm。浸泡时, 砂砾料表面保持0.3m的恒定水位。
(3) 浸泡坑布置在浸泡沟内, 间距保持5m, 呈梅花形布置。浸泡坑尺寸为1m×1m, 内填砂砾料, 最大粒径不得大于80mm。其深度根据设计图和具体地层高程确定。
4.4 浸泡质量控制技术要求
(1) 坝体浸泡的目的是完全消除坝体的黄土自重湿陷性沉降, 并将非自重性湿陷性沉降控制在一定范围以内, 彻底消除黄土的自重湿陷性;非自重湿陷系数<0.015, 使坝体达到稳定状态。
(2) 根据旱卡子滩水库实际情况, 在浸泡范围以外合适的地方埋设固定水准观测桩, 在浸泡范围内, 每隔200m设一测断面。在观测断面上垂直于坝轴线的坝体表现埋没固定水准桩, 对浸泡所引起的坝体沉降进行有效的观测控制。其观测精度应达到四等水准测量控制。
(3) 固定水准桩时应和坝体埋设牢固, 能够准确地反映表面的沉降状态;并且高出地面0.3m, 以便于观测者寻找和观测。
(4) 沉降观测设备构造应简单、实用, 具有一定的硬度、刚度, 不易弯曲, 受温度影响变化比较小。
(5) 浸泡时沉降观测应保持1次/d, 观测时间每天应固定, 以保证观测结果的连续性。浸泡进行3个月后, 连续5d进行沉降观测, 其沉降量保持在1cm内无大的变化, 经监理同意后, 施工单位可停止坝体沉降观测, 由专业检测单位检测后符合技术设计要求, 可停止浸泡, 否则将继续浸泡, 直到达到设计要求[3]。
5 现场浸泡过程存在的问题
一是浸泡过程中未保持0.3m的恒定水位, 浸泡过程不连续、时常间断[4]。二是坝后土体穿孔不能及时封堵, 而采取停止浸泡后再进行封堵或用土将浸泡坑堵住的错误做法;三是浸泡不能收到良好的效果时, 在浸泡区坝体顶部挖成几米深的大坑进行灌水浸泡;四是未按设计要求埋设固定水准沉降测桩, 也没有按要求进行沉降观测, 进行现场检测时固定水准沉降观测桩未能找到, 提供的沉降观测记录仅为-5mm[5,6]。
6 浸泡观测分析
为进一步定量的说明浸泡效果的好坏, 在浸泡之间采用原状土试样进行土工试验检测。在浸泡区之间抽检2个点, 检测深度为10.0m, 每米取1个原状土样, 2个检测点附件都有地质勘探点 (浸泡前采取过原状土试样) 做参照与对比分析。
(1) 未浸泡前初设阶段勘探点TK1试验数据见表1, TJ1为浸泡后检测点数据。检测点TJ1试验数据:土深0~3.0m, 含水量19.4%~20.6%, 孔隙比0.747~0.922、压缩系数0.482 0~1.1 725MPa-1、压缩模量3.6~1.2MPa、温陷系数0.010~0.019、自重温陷系数0~0.007。与TK1试验数据相比含水量明显增加, 孔隙比略有减小, 温陷性大部分消除, 但土体仍具有大孔隙、高压缩欠因结土的特点。土深4.0~10.0m, 含水量17.2%~17.6%, 孔隙比1.096~0.780、压缩系数1.224~0.109MPa-1、压缩模量1.7~16.4MPa、温陷系数0.050 0~0.011 5、自重温陷系数0.067~0.015。与TK1试验数据基本相同, 即浸泡影响土壤深度仅为3.0m、对4.0m深的土壤影响已经甚微, 说明浸泡水只渗透到3m多。这与检测时探坑开挖上部3.0m土体较湿、以下土体较干燥情况一致。
注:自重湿陷系数<0.00;非自重湿陷系数<0.015。
(2) 未浸泡前初设阶段勘探点TK13试验数据见表2, TJ2为浸泡后检测点数据。检测点TJ2试验数据:含水量18.6%~27.2%、孔隙比0.999~0.763、压缩系数1.009~0.365MPa-1、压缩模量2.0~4.8MPa、温陷模量2.0~4.8MPa、温陷系数0~0.221、自重温陷系数0.008 (仅1.0m深度一组) 。与TK13试验数据相比含水量明显增加, 孔隙比略有减小, 温陷性基本消除, 浸泡影响深度已达10.0m。但土体仍具大孔隙、高压缩欠固结土的特点。
通过对主坝段原坝体土和浸泡后坝体土的压缩系数 (表3) 的比较可知, 主坝段原坝体土的压缩系数值较小, 而浸泡后坝体土的压缩系数值较大。
(MPa-1)
7 小结
根据检测分析, 说明浸泡法能够收到一定的效果, 但是由于浸泡过程没有严格按照设计施工技术要求和质量控制技术要求, 所以此次浸泡未收到良好的效果, 没有达到设计要求。
浸泡后土体的大孔隙、高压缩性欠固结状态仍然有可能产生较大的沉陷与变形, 可能需要一段时期的固结时间。由于工期的要求, 笔者认为可采取以下措施增强坝体的稳定性:一是对左坝肩段前坝坡进行培厚处理, 垂直厚度大于3m。填筑指标同坝体填筑碾压指标, 压实度大于0.96, 坝坡砼板、干砌卵石、砂砾石防冻层及复合土工膜按原设计要求不变。二是对右坝肩坝进行削台处理, 削台完成后回填粘土碾压, 压实后相对密度大于0.96。三是坝坡培厚将会使土方工程增加, 直接工程造价增大, 工期有可能受到相应的影响[4]。
摘要：介绍了玛纳斯县旱卡子滩水库左、右坝肩除险加固的原设计对湿陷性黄土的浸泡处理, 指出经过浸泡检测分析, 浸泡未取得良好的效果, 未能达到设计浸泡的要求, 提出改进措施, 以为该水库左右两坝肩湿陷性黄土的处理提供参考。
关键词：旱卡子滩水库,左右坝肩,浸泡处理,新疆玛纳斯
参考文献
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[5]李霞.浅析湿陷性黄土地基的处理方法[J].山西建筑, 2009 (34) :112-113.
坝肩处理论文 第5篇
小湾水电站位于云南省南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段属大 (1) 型一等工程, 主要水工建筑物为一级建筑物。
小湾水电站坝区两岸岸坡高陡、坝肩地形单薄、地质条件复杂, 存在断层、蚀变岩带以及卸荷节理密集带等地质缺陷, 影响拱座变形稳定;两岸地下水位较高, 渗透水压力对坝肩岩体抗滑稳定安全及地下厂房的防渗影响较大。河谷形态呈基本对称的“V”字型, 坝基及坝肩开挖出露的岩石层为黑云花岗片麻岩夹片岩 (Mv-1) , 岩石级别为12级。两岸岸坡卸荷主要以岸边剪切裂缝为主, 局部存在卸荷拉张裂隙。深度左岸大于右岸, 岸坡部位强卸荷岩体底界水平埋深5~10m, 主要分布于高程1040m以上。
2 工程设计
小湾水电站左坝肩抗力体灌浆工程由中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院设计, 左坝肩主要有4层洞室灌浆, 分别为EL1220洞室、EL1200洞室、EL1180洞室、EL1160洞室, 灌浆的主要目的是解决坝肩地形单薄、尤其断层、蚀变岩带以及卸荷节理密集带等地质缺陷, 增强拱座抗变形稳定能力。我们这次承建的是EL1220洞室和EL1180洞室, 其中EL1220洞室灌浆量为24560.0米, EL1180洞室灌浆量为13180米。
3 主体工程施工
3.1 灌浆工艺流程
钻机对中固定→钻进第一段→钻孔冲洗→测量孔深→裂隙冲洗→简易压水→灌浆→钻进第二段→钻孔冲洗→测量孔深→裂隙冲洗→简易压水→依次至设计孔深→灌浆→插封孔→孔口二次回填
3.2 主要施工方法
(1) 一般要求。 (1) 固结灌浆孔、检查孔、物探孔、加密灌浆孔的开孔孔位要符合施工图要求, 灌浆孔的排距与设计排距的偏差要求严格控制, 一般不得大于10cm, 以避免打坏冷却水管。同一排内灌浆孔、检查孔、物探孔、加密灌浆孔的孔距需调整时, 以工程技术报告的形式, 报经设计、监理审批同意后, 方可移孔, 并记录实际孔位位置。 (2) 拱座置换洞内固结灌浆一般情况采用混凝土内预埋灌浆管, 在预埋管内钻孔。预埋管长度、方位角、辐射角等应满足施工图纸要求。孔位偏差不大于15cm, 方位角偏差不得大于5°, 辐射角偏差不得大于2.5°。局部遇有廊道、冷却水管、锚杆和钢筋时, 孔排距可适当调整。
(2) 钻孔设备。固结灌浆孔钻孔主要采用YQ100D型、KQJ100E型和HC-725型潜孔钻、KQJ100B钻机, 钻孔孔径一般为Φ76mm。灌浆孔、物探孔、质量检查孔钻孔孔径一般为Φ91~110mm, 其中质量检查孔必须使用回转地质钻机施工, 其余孔使用适宜的钻机施工, 钻孔过程中必须保证孔向准确。
(3) 段长划分。钻孔段长划分:从置换洞基岩面起算, 第一段为2.0m, 第二段为3.0m, 第三段及以下各段为5.0m (最后一段可控制在7米范围内) 。
(4) 钻进工艺。钻进物探孔及检查孔时, 根据前期置换洞开挖地层显露特性和试验段钻孔效率, 选择金刚石钻头和配套的钻具, 然后根据经验采用合理的钻进参数 (钻压、转速、冲洗液量) , 并随钻孔加深而逐步加长岩心管。钻进固结灌浆孔时, 选用冲击式或回转式钻机钻进。钻进时操作工人经常检查校正钻机立轴角度, 保证立轴中心线与钻孔设计角度一致。
3.3 灌浆
灌浆压力、灌浆孔段长和灌前压水试验压力
灌浆时应尽快达到设计压力, 对于接触段及灌浆过程中注入量较大的孔段, 可采用分级升压或间歇升压法使灌浆压力与注入率相适应。灌浆压力应尽快达到设计值, 但接触段和注入率大于30L/min的孔段应采用分级升压方式逐级升压至设计压力。可按0.25 P、0.5 P、0.8 P、1.0 P (P为设计灌浆压力) 四级逐级升压, 分级升压时每级压力的纯灌时间不少于15min。
固结灌浆过程中, 通过调节回浆流量来控制灌浆压力的, 调节压力时, 要注意边坡 (或周围洞室) 岩石和洞内混凝土的抬动, 特别是周围洞室已浇筑有薄体积混凝土时, 更要严格控制抬动, 以防止混凝土产生裂缝, 破坏混凝土的整体性。灌浆过程发现流量突然增大时注意观察, 以监测岩石和洞内混凝土抬动状况, 若发现岩石和洞内混凝土发生抬动并且抬动值接近规定的极限值, 立即降压。说明: (1) 置换洞衬砌变形值超过200um, 表中压力应降低。 (2) 表中分段可以根据每孔的实际深度进行适当调整, 原则上孔口1~2段应满足表中段长, 调整以下各段段长, 但最大段长超过7m。灌浆压力以回浆管压力表控制为主, 压力表读数以中值为准。压力表指针摆动范围应小于灌浆压力的20%, 且摆动幅度应做记录, 资料分析整理时换算成全压力。串通孔 (组) 灌浆或多孔并联灌浆时, 分别控制灌浆压力, 同时加强抬动监测, 防止混凝土发生抬动破坏。为了更好的预防混凝土面的抬动变形, 对灌浆过程中的注入率和压力的关系进行严格控制,
4 灌浆质量评定情况
左岸抗力体EL.1180、EL.1220层共验收评定14个单元, 单元工程全部合格, 合格率100%, 其中优良13个, 优良率92.9%。
5 对几个问题的讨论
小湾水电站左右岸抗力体岩体经过大规模灌浆后, 各层洞室进行了系统全面的测试, 包括检查孔压水试验、声波测试、孔内录像等, 并得出以下初步结论和建议。
(1) 浆液配合比:鉴于本次试验场地的特殊性, 尽量采用较小水灰比浆液灌注, 可获得较高的结石强度, 同时可减少浆液的串、冒, 避免浆液不必要的过多流失, 减少地表抬动变形的危害以及提高灌浆效率。纯水泥浆液可采用1:1、0.8:1、0.5:1, 水灰比小于0.6:1的浆液需掺加高效减水剂, 控制浆液粘度小于40S为标准。
(2) 灌浆压力:试验成果表明, 在避免地表抬动变形的前提下, 实施较高的灌浆压力可以起到扩张裂隙、增加浆液的流动性、挤密改造破碎带内充填物的结构形态、提高结石强度等作用。施工中按最大灌浆压力为5.5MPa, 主要控制标准以混凝土不被破坏、超标准抬动为前提。
(3) 对大规模抗力体灌浆生产的建议:小湾水电站左岸有较破碎的岩体和几个断层带, 通过采用普通及特殊水泥材料和高压灌浆技术, 灌后岩体指标基本达到或接近设计要求指标。但是由于本次抗力体灌浆工程规模巨大, 累计达十多万米, 在施工也出现了许多交叉矛盾的问题而影响生产, 施工中有些技术参数也需要优化, 因此建议以后类似工程要统一规划, 包括交通、排污、通风、供电、设备选型、技术参数、工期安排等。
(4) 建议以后抗力体灌浆处理过程中, 如果碰到蚀变带地层, 一定要高度重视, 不能简单的就进行水泥灌浆或简单的以压水或声波测试值来评价灌浆效果。在这种情况下首先需要通过取岩心来判断蚀变带地层厚度、岩性、裂隙发育情况, 必要时需做孔内录像, 待具体情况摸清后, 如果条件允许, 建议用砂浆或混凝土进行置换, 另一种方法就是进行化学灌浆注入环氧树脂。
(5) 对以后这种立体、交叉施工比较多的类似工程, 建议:必须把保证质量和安全放在压倒一切的高度上, 任何其他因素如果与它有矛盾, 就要无条件地服从。在设计中尽可能考虑深入, 广泛听取意见, 提出优化的设计。施工和监理要认真负责, 不留下任何隐患。另外要科学管理, 文明施工, 要大胆采用新技术、新工艺和高效设备, 精心组织施工。
摘要：小湾水电站左右坝肩区域均存在地质缺陷, 其力学指标低、水理性质差, 为保证坝肩具有足够的整体性和稳定性, 避免出现不利的应力状态, 对坝肩的地质缺陷采取回填混凝土、回填灌浆、接缝灌浆、高压固接灌浆等施工工艺处理。
坝肩处理论文 第6篇
溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县接壤的金沙江峡谷段,溪洛渡水电站枢纽由拦河坝、泄洪、引水、发电等建筑物组成。拦河坝为混凝土双曲拱坝,坝顶高程610 m,最大坝高285.5 m,坝顶弧长698.07 m;左、右两岸布置地下厂房,各安装9台水轮发电机组,电站总装机1 386万kW,多年平均发电量571.2亿kWh。
右岸坝肩槽设计体形为嵌入边坡的3面高长斜面组合槽,EL.610 m～EL.400 m开挖边坡分坝肩上游边坡、坝肩槽及下游边坡3部分,上游边坡每隔30 m设置1个马道,下游边坡修圆处理并与水垫塘平顺衔接。建基面为轴线嵌入稍深的双扭面结构,自上而下坡比由陡变缓,610～430 m坡比为1∶0.63～1∶0. 81,430～400 m坡比为1∶1.1～1∶1.21,400～324.5 m坡比为1∶1.2～1∶2,324.5 m底板为水平面。岩体由整体强度较高的玄武岩组成,岩体主要存在层间错动带、层内错动带、挤压破碎带、柱状节理和构造裂隙。上游面以Ⅱ类和Ⅲ1类岩石为主;下游以Ⅲ2类、Ⅳ类岩石为主。岩体大部分为镶嵌结构,局部为碎裂结构,弱卸荷,柱状节理发育,层内错动带、短小裂隙发育,裂面普遍轻度、中度锈染。
2 开挖质量目标与标准
2.1 质量目标
“坝肩开挖超小湾”是业主在实施西部典范工程时对溪洛渡水电站拱肩槽开挖提出的极具挑战性的质量目标。
2.2 质量标准
1)轮廓线满足设计要求;
2)预裂孔残孔率:对节理不发育的新鲜完整岩石,残孔率在80%以上,对节理较发育的弱风化岩石,残孔率在50%～80%,对节理裂隙极发育的强风化岩石,视具体情况而定;
3)相临两预裂孔间的岩石不平整度不应大于15 cm,爆孔壁无明显的爆破裂隙;
4)爆后声波测试速度衰减不能大于10%;
5)建基面的超、欠挖指标,见表1。
3 技术准备工作
3.1 爆破参数选择
边坡开挖施工前,依据相近环境工艺试验原则,在坝顶以上边坡670～610 m高程共进行了8次爆破工艺性试验。通过爆破工艺性试验,总结出适合右岸坝肩岩体的边坡预裂及岩体爆破参数,为EL.610 m以下拱坝坝间槽开挖作好技术准备。
1)具体可行性预裂爆破参数,见表2。
2)具体可行性坝肩槽岩体主爆破参数,见表3。
另外在Ⅱ类岩体中,如果节理裂隙极端不发育,且靠近永久保留壁面的部位,为减少冲击,间排距应进一步减小,采用不大于2.5 m×3 m进行控制。
3)起爆网路:
采用孔内演示、空外分段的非电微差顺序起爆网络,并采用“V”型中部起爆的方式。孔内雷管的段位选择不宜偏高,一般控制在MS10、MS11、MS12,排间雷管采用MS45,孔间雷管采用MS3、MS2段,传爆主轴线两侧用MS3或MS2间隔。主爆破孔单段药量控制在48～68 kg以内,缓冲孔单段药量控制在48 kg以内,预裂孔1次爆破孔数控制在4～8孔,单段药量控制在38 kg以内。一次爆破总规模控制在8 t以内。
3.2 钻孔器具选择与改造
为满足坝肩槽连续高长斜坡开挖体形要求,所选择的钻孔器具必须具备空间条件小,便于安装与拆移。根据溪洛渡现场实际情况及可利用可靠的钻机,设计轮廓线开挖选择YQ-100B潜孔钻。
1)改进钻杆直径
常规100B潜孔钻机钻杆直径为ϕ45 mm,钻杆较细,对于深孔施作极易出现挠性变形,造成钻头漂钻,形成孔底超挖现象,不利于开挖精度控制。对此,经我公司技术改造要求供货100B钻机厂家帮助生产ϕ60 mm的钻杆,增加钻杆刚度,减少挠性变形。
2)使用和改进钻机扶正器
拱肩槽的预裂孔孔径大(ϕ90 mm),孔深深(平均孔深达13 m以上),虽然我们通过改进100B潜孔钻机钻杆直径稳定了钻杆,但钻杆与孔之间存在较大的间隙,加上钻杆本身自重造成的下沉的原因,很难保证钻机平稳性。为此,经项目技术改进,对每台钻机钻杆每隔2～3 m位置加装钻机孔内扶正器(见图1),在稳定钻杆的同时,也能方便钻渣的排出。
3)改进钻机
为保证钻机在投入使用时稳定可靠,项目对其进行了技术改进:在钻机底部加焊限位板,并在开孔时,安装限位杆固定冲击器前后方向;同时,在钻机采用ϕ48钢管在钻机两侧加焊,并与样架联接,用于固定钻机,避免在开孔钻进时发生向前的滑移,造成开孔孔位偏差(见图2)。
3.3 开挖顺序规划
因坝肩槽开挖工程工作面广、工程量巨大,为保证多面同时安全作业,对拱坝坝肩槽各梯段合理地进行了分层分块。在每层拱肩槽建基面预裂爆破前,先将上、下游边坡进行分块爆破,从外沿至建基面一般控制在10～13 m。
为满足坝肩槽开挖体形连续高长斜坡的特点,为保证分层爆破施作时钻孔钻机安装的需要,采取了超欠平衡的施工方法。根据上下梯段不同坡比变化情况,错台设计宽度不同,开挖后错台满足下层开挖时YQ-100B钻机的最少架钻空间。因此,通过预裂孔孔口孔底超欠平衡形成钻机平台,爆破形成的钻机错台法向厚度须不小于35 cm。
3.4 爆破设计
爆破设计为爆破施作最直接的指导性依据,根据本项目要求确保做到“一炮一设计”的要求。爆破设计过程中要根据爆破前的钻孔质量的实际情况有针对性的进行技术参数确认,做到实事求是。如针对钻孔卡钻现象,适当在卡钻位置增加装药量,增加幅度一般控制在不超过60 g/m;针对EL440 m以下缓坡部位,采取钻孔倾角调整并采取预欠设计。
4 其他相关准备工作
4.1 建立、健全各组织机构
为保证拱肩槽开挖施工各项工作按计划、有序、有效进行,做到统一协调、统一组织、分工明确、职责清晰,施工局成立了右岸拱肩槽开挖质量控制领导小组、地质缺陷快速工作组、拱肩槽验收工作小组、测量工作小组、拱肩槽开挖钻爆大队等机构。每个机构负责人均由施工局局长、副局长、副总工担任,进行统一协调、指挥。
4.2 制定并下发专业性的质量管理文件及相关技术文件
1)质量管理文件:
《右岸拱肩槽开挖质量管理办法》、《右岸拱肩槽开挖质量奖罚办法》、《右岸拱肩槽开挖质量控制二十二项硬性规定》。
2)技术文件:
《拱肩槽开挖施工作业流程及施工工艺明白卡》、《YQ-100B潜孔钻机作业手册》、《CM351钻机操作手册》、《现场文明施工、安全生产及环境保护》、《右岸坝肩EL.610 m～EL.400 m开挖安全措施》。
4.3 钻机操作手的组织和培训
4.3.1 钻机操作手的组织
为确保拱肩槽开挖质量能满足要求,要求参与拱肩槽施工的100B潜孔钻操作手,均系100B钻机操作的熟练工。
在人员选用上,进行严格的把关,所有备选的100B操作手:一部分系长期在溪洛渡工地从事100B预裂孔施工的人员,一部分系参加过小湾拱肩槽开挖100B潜孔钻操作手,所有人员近期预裂孔造孔进尺均达1 000 m以上。同时,在EL.610以上的坝肩边坡开挖中,选择2个梯段采用100B潜孔钻进行预裂孔施工,让备选的100B操作手进行人与机、机与岩性的磨合,并进行考核与合适操作手人员甑别选择,确定主副操作手,为下一步进入EL.610以下的拱肩槽预裂孔施工打下基础。
在进入拱肩槽开挖后,主、副操作手之间有激烈地竞争,主操作手如在2个连续开挖梯段内均出现钻孔超欠挖数据超标的情况,即被降为副操作手,而空出的主操作手位置由近期钻孔质量稳定的副操作手担任。副操作手如在2个连续开挖梯段内均出现钻孔超欠挖数据超标的情况则降为配合人员,从事杂役,不享受质量奖。
施工局通过完善的奖励、竞争机制,确保操作手的积极性和技能的稳定性。
4.3.2 钻机操作手的培训
对即将进入拱肩槽开挖的各级施工人员与操作手主要进行多频次的质量意识的培训,重点学习:拱肩槽开挖质量标准、《右岸拱肩槽开挖质量管理办法》、《右岸拱肩槽开挖质量奖罚办法》、《右岸拱肩槽开挖质量控制二十二项硬性规定》、《YQ-100B潜孔钻机作业手册》、《拱肩槽开挖施工作业流程及施工工艺明白卡》等文件。
5 过程质量控制措施
5.1 固化标准化施工流程
为满足标准化施工,坝肩槽钻爆严格按以下施工流程进行工艺固化,流程如下:
爆破边界清理→初次测量→爆破一次设计→技术负责人(总工程师或副总工程师)审核→专项监理工程师审批→现场本次爆破技术交底→工作面清理→钻前三检验收→签发准钻证→测量孔位放样、布孔→钻孔(爆破设计审批后)→钻孔人员控制、自检、记录→二检、三检过程控制,全孔检查验收→监理工程师验收→爆前参数修整设计→签发准装药证→安全警戒→分药、装药、记录、堵塞→质检人员旁站验收→联网→三检及技术人员联合检查验收、监理验收并签发准爆证→爆破警戒与监测点布置→起爆→解除警戒→检查处理→爆堆分析评价→清渣→预裂面、底面检查、验收→缺陷鉴定及处理→断面测量→地质素描→梯段验收→工序移交。
5.2 施工质量控制措施及重点
1)爆破作业严格执行“一炮一设计,一炮一交底,一炮一总结”制度。每次爆破完成后,及时召开拱肩槽开挖质量专项总结评价会,通过对预裂面残孔率、平整度、超欠挖、爆破振动安全监测数据、声波衰减值等指标来分析本次《爆破设计》的可靠性和存在的问题,找出相应的解决办法,不断优化相关参数,提升预裂爆破工艺。
2)预裂孔、缓冲孔孔位和方向点采取逐孔测量放样,并将放样资料获得监理工程师复核签字确认后方可作为现场钻孔依据。
3)在钻孔爆破流程中,严格执行开挖爆破施工“三准证”管理(即准钻孔证、准装药证、准爆证)、施工人员设备执行“三定”制度(定人、定机、定孔作业),并保证前三根钻杆的“三次校钻”控制。
4)对钻孔、孔位检查、装药等重要工序进行“三检制”管理,加强重要工序的过程控制。
5)通过工艺改进(如调整钻机钻杆直径、增加孔内扶正器、缓坡地段采用预欠设计等),保证钻孔、爆破的精度和效果。
6)为避免采用不同生产厂家的火工产品在同1次爆破中因性能差异造成对爆破质量的影响,同1次爆破的火工材料使用严格执行“三同”:即雷管、炸药、导爆索同厂家。
7)依据《施工局拱肩槽开挖质量奖罚办法》及每个预裂面预裂孔的施工质量统计,对各作业单位进行奖罚兑现。
6 施工质量成果
从2006年6月18日,右岸拱肩槽EL.610 m开钻直至2007年9月28日开挖至EL.400 m,历时15个月,共计21个开挖梯段,预裂孔钻孔1 421个。爆破效果理想,前沿抛掷作用明显,预裂成缝效果较好,爆破块度适中,建基面大面平整,预裂孔孔向平行,分布均匀,无明显爆破裂隙。
从各项测量、测试数据和外观质量评判:建基面超欠挖、平整度、质点振速、声波衰减率以及半孔率,各项质量指标均达到优良标准,总体开挖质量良好。溪洛渡工程拱坝建基面开挖质量得到了三峡开发总公司质量专家组的一致称赞,认为目前的右岸拱坝建基面开挖质量达到了优秀水平,并且已在预裂孔钻孔精度、超欠挖和平整度控制、爆破振动控制等方面超过了小湾水电站的水平。
右岸拱肩槽开挖质量统计情况具体见表4。
说明:上述建基面超欠挖、平整度检测点已剔除地质缺陷部分,声波衰减率、爆破松弛深度没有剔除地质破碎块、破碎带影响部分。
摘要：溪洛渡高拱坝坝肩槽开挖具有设计体形与地质条件复杂及开挖质量要求高标准的特点,通过充分的技术准备,健全的质量控制体系及有效的质量管理措施与手段,实现右岸拱坝建基面开挖质量超小湾目标,成为精品工程。
关键词：右岸坝肩槽,开挖,技术准备,质量管理
参考文献
[1]颜宏亮,于雪峰.水利工程施工[M].郑州:黄河水利出版社,2009.
坝肩处理论文 第7篇
关键词：拱坝,三维非线性有限元,坝肩稳定,断层加固
1 概述
某水电站位于贵州省境内清水河中游河段, 是一座以发电为主、兼顾防洪及其它效益的综合水利水电枢纽, 该工程规模为Ⅱ等大 (2) 型。拱坝最大坝高134.5m, 坝顶宽7.00m, 坝底拱冠厚23.00m, 坝型为抛物线型双曲薄拱坝, 坝体呈不对称布置, 坝身设有三个溢流表孔和两个泄洪中孔。坝址处河谷形状不完全对称, 故在左岸的缓坡地带上修建一碾压混凝土重力坝作为拱坝坝肩, 坝高73m, 上游面铅直, 下游坡比1:0.8。
坝址区河流流向近南北向, 地质条件复杂, 出露地层以栖霞茅口组 (P1q+m) 灰岩为主。岩层产状为N0°~5°E, NW∠28°, 倾左岸偏上游。主要发育有两组裂隙, 即L1:N80°~90°E, NW∠70°~90°、L2:N80°~90°W, NE∠70°~90°。对稳定影响较大的断层有f3:N55~68 W, NE∠70°~85°、f4:N70°~90°E, SE∠80°、fx2:N0°~15°E, SE∠60°~85°, 大部分断层角砾胶结较好。
由于几条主要的裂隙及断层走向基本垂直于河流, 且多分布于坝肩下游, 在外载作用下, 坝肩岩体可能发生较大的压缩变形甚至挤压破坏, 设计拟定对坝址区主要断层和裂隙采取置换灌浆等加固处理措施。本文对拱坝及坝基进行了整体三维非线性计算, 通过对比分析不同工况下加固前后坝肩岩体的应力变形及屈服区, 客观评价了加固处理方案的必要性及有效性。大坝蓄水至今一直安全运行, 表明本文计算分析是合理可行的。
2 有限元模型及参数
2.1 模型的建立
整个有限元模型建立在三维坐标系下, X轴垂直河流方向指向右岸;Y轴顺河流方向指向下游;Z轴铅直向上。模型沿上游及左右岸各取1.5倍坝高, 沿下游及深度方向各取2倍坝高, 并考虑了穿过坝基的主要断层及裂隙。对坝体全部采用空间8节点6面体单元进行有限元离散 (如图1所示) , 整个模型共划分了53595个单元, 59238个节点, 。
2.2 计算边界条件及力学参数
在模型上下游边界、左右岸边界及基岩底部均施加法向约束, 坝体部分三向自由。坝体及地基均按弹塑性材料考虑, 近似假定为各向同性、均质不透水体。根据地质勘测资料选取计算所需的力学参数值如表1所示。
2.3 计算荷载及荷载组合
在计算过程中考虑的荷载有:结构自重、各个关键水位对应的水载荷 (上下游静水压力+扬压力) 、泥沙压力、温度荷载等。
对于初始地应力的模拟只考虑了岩体的自重应力。坝体的重力荷载按实际浇筑过程简化为8级逐步施加。碾压混凝土拱坝因施工工艺上的特点, 其温度荷载的计算非常复杂, 在本文中采用常规拱坝的计算方法来计算。
本文考虑了四种工况:
工况1:坝体自重+正常蓄水位+相应下游水位+泥沙压力+温降;
工况2:坝体自重+正常蓄水位+相应下游水位+泥沙压力+温升;
工况3:坝体自重+死水位+相应下游水位+泥沙压力+温升;
工况4:坝体自重+校核洪水位+相应下游水位+泥沙压力+温升。
3 计算结果及分析
3.1 加固前计算结果分析
3.1.1 位移。
鉴于拱坝左岸增加了混凝土重力坝, 且拱坝体型并不完全对称, 选取拱冠梁上游面两基本对称的特征点A (偏左岸) , B (偏右岸) 进行比较。坝体以顺水流向变形为主, 位移值如表2所示。由结果可以看出:在工况1下坝体向下游的变形最大;对比工况1和工况2的位移值可知温升温降对坝体的变形影响较大, 不能忽略温度荷载的影响;设置重力坝作为拱坝左坝肩后增加坝肩刚度, 故坝体右侧变形比左侧大。
(注:变形大小以绝对值计, 正负表示方向, 其中顺水流方向为正)
3.1.2 应力。
本文计算了各工况下坝体第一主应力σ1, 计算结果表明:坝体的上游面基本为受压区, 底部和两侧存在少量受拉区, 拉应力值较小;下游面中下部及底部有一定受拉区, 最大拉应力分别为1.5MPa (工况1) 、1.2MPa (工况2) 、0.5MPa (工况3) 、1.3MPa (工况4) ;各工况的应力均满足规范要求, 坝体的最大拉应力由工况1控制, 其等值线图如图2所示。
3.1.3 屈服区分布情况。
岩体屈服准则采用Drucker-Prager准则。四种工况下的屈服区绝大部分都集中在断层和裂隙岩体中。由图3可看出, 在两岸断层及裂隙不降强的情况下, 左岸的裂隙带已存在少量的屈服单元, 而右岸断层甚至出现了较大面积的屈服区。在靠近坝高1/3处右岸拱端推力较大, 断层Fx2的屈服区几乎贯通, 若不对断层进行加固, 右岸坝肩可能在拱端推力作用下由于结构面的强度不够而沿滑裂面发生无限制的滑移, 使坝体因缺乏足够的支撑而失去平衡。可见, 对右岸断层的加固处理是非常有必要的。
3.2 加固后计算结果分析
为确保大坝坝肩抗滑稳定安全, 设计拟定对坝址区主要裂隙及断层进行重点加固。为了模拟裂隙、断层加固对坝肩稳定产生的影响, 本文根据以往工程的计算经验, 将增大表1中断层和裂隙参数取值, 再重新进行三维非线性有限元计算分析。
3.2.1 变形及应力。
对坝肩断层、裂隙加固模拟后, 各工况下顺河向的极值位移和两特征点A、B的位移值以及第一主应力σ1值比加固前有一定程度的减小, 但整体上变化不大。
3.2.2 屈服区分布情况。
加固前、后屈服单元数见表3, 加固后对应的屈服区分布情况如图4所示。经过对比发现:采用加固方案后各工况下屈服单元数平均减少了37%, 屈服区分布显著减小。各工况下左岸裂隙处基本没有屈服单元, 同时右岸各条断层处均没有发生屈服区贯通的现象, 可见灌浆加固措施可在一定程度上降低坝肩岩体滑移失稳的可能性, 在一定程度上提高了大坝的安全度。
4 主要结论及建议
4.1 加固前后拱坝在各典型工况荷载作用下应力及变形分布合乎一般规律, 说明本文采用的数值计算模型是可行的。
4.2 未对坝肩岩体进行加固时, 坝肩岩体屈服单元较多, 右坝肩断层fx2的屈服区几乎贯通, 坝肩岩体存在沿着软弱面滑动的可能性, 可见对两坝肩裂隙及断层进行加固处理是十分必要的;采用加固方案后, 屈服区显著减小, 没有发生屈服区贯通的现象, 说明加固处理措施的有效性, 能在一定程度上提高大坝安全度。
4.3 建议对影响坝肩稳定的主要裂隙及断层 (特别是右岸断层f3、fx2) 进行置换固结灌浆以提高软弱结构面的抗剪强度, 并辅以排水等工程措施以减小岩体的渗透压力。
参考文献
[1]黎展眉, 潘家铮.拱坝[M].北京:水利电力出版社, 1982.
[2]水利部.SL282-2003混凝土拱坝设计规范[S].北京:水利水电出版社, 2003.
