萬家寨水利樞紐壩基層間剪切帶處理.doc

萬家寨水利樞紐壩基層間剪切帶處理張嘉曄 徐維國摘 要 層間剪切帶是萬家寨水利樞紐工程大壩基礎的主要工程地質問題，在壩基部位共發(fā)育有10條層間剪切帶。其中3條剪切帶連續(xù)性較好，分布范圍較大，構成相對軟弱結構面，是大壩抗滑穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)，需進行技術處理，經(jīng)技術分析，確定采用建造抗剪平硐，輔以細水泥灌漿補強的方法對壩基進行加固處理，從而穩(wěn)妥、可靠地解決了大壩抗滑穩(wěn)定問題。關鍵詞 水利樞紐 壩基 層間剪切帶 抗剪平硐一、工程地質概況萬家寨水利樞紐工程壩址區(qū)河谷呈“U”形，兩岸巖壁陡峭，坡度7580。河床基巖多裸露，覆蓋層厚度0.52.0m。巖面高程約896897m。河谷地層主要由寒武系、奧陶系組成，巖體為中厚層及薄層灰?guī)r、白云質灰?guī)r、白云巖、片狀泥灰?guī)r、頁巖等。巖體比較完整、堅硬，單軸飽和抗壓強度約6090Mpa，岸坡巖石風化程度較淺。層間剪切帶是萬家寨水利樞紐工程大壩基礎的主要工程地質問題。河床部位，在張夏組第五層內(nèi)共發(fā)育10條層間剪切帶，自上而下編號為SCJ01SCJ10。層間剪切帶厚度一般在412cm，起伏差0.530cm，構成物質主要為泥灰?guī)r及薄層灰?guī)r巖塊、巖片和少量巖屑泥等，其礦物成分主要為方解石、伊利石，遇水均不具膨脹性。其中6條層間剪切帶在設計建基面以上，均已挖除；1條層間剪切帶在設計建基面附近，確定采用挖除方法處理；3條層間剪切帶，性狀差，連續(xù)性好，分布范圍較大，構成相對軟弱結構面，是壩基抗滑穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)。二、壩基抗滑穩(wěn)定分析結果由于壩體與基巖接觸部位有一定的埋深，且經(jīng)檢測主要抗滑指標達到設計要求，不會產(chǎn)生沿接觸面滑動問題。因而大壩抗滑穩(wěn)定分析主要考慮層間剪切帶對大壩抗滑穩(wěn)定的影響問題。大壩抗滑穩(wěn)定計算結果表明：河床右側壩段當不考慮廠壩整體作用時抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)接近或大于2.0，說明壩體自身有一定的安全度；當考慮廠壩整體連接的作用時，各壩段基本組合工況下安全系數(shù)大于3.0，說明河床右側壩段抗滑穩(wěn)定有保證。河床左側泄流壩段（#4#10壩段）沿SCJ08或SCJ10層間剪切帶單面滑動時，壩體自身安全系數(shù)較小，一般在1.301.70之間，考慮長護坦下部巖體的作用計算至下游沖坑時，安全系數(shù)大部分在2.02.3之間，說明#4#10壩段抗滑穩(wěn)定系數(shù)較低，應采取措施對層間剪切帶進行處理，以加固大壩基礎。三、層間剪切帶處理措施的選擇根據(jù)國內(nèi)外實踐經(jīng)驗，若主要是為了解決壩基抗滑穩(wěn)定問題而進行的層間剪切帶處理的技術措施，一般應以結構措施為主。而不宜用或少用灌漿措施，特別是化學灌漿，因其投資大而收效小。萬家寨水利樞紐工程在層間剪切帶處理措施選擇的問題上，對預應力錨索、混凝土抗剪樁、混凝土抗剪平硐、化學灌漿等方案進行了分析比較：預應力錨索和混凝土抗剪樁方案對本工程提高大壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)效果不明顯，因而不宜采用；混凝土抗剪平硐受力明確，能夠提供較大的抗力，且工程上成功應用的實例較多；基礎化學灌漿方案具有在不擾動原巖結構條件下提高基礎物理力學指標的特點，在龍羊峽等工程亦有成功應用，但目前單純以化學灌漿措施大面積加固壩基提高抗剪強度指標的工程實例還較少。經(jīng)12組原位大型剪切試驗和46組中型剪切試驗及化學灌漿試驗等技術經(jīng)濟綜合比較，確定采用以混凝土抗剪平硐為主，輔以細水泥灌漿補強方案處理，建造3條抗剪平硐及支硐。四、層間剪切帶處理1.抗剪平硐開挖#1抗剪平硐位于#3壩段及護坦基巖部位，先期為大型抗剪試驗平硐，斷面2.0m1.8m，長70m。采用預裂爆破與光面爆破相結合的方法進行開挖，掏槽型式為直孔桶形掏槽，YT-26型氣腿式風鉆造孔，非電毫秒導爆雷管起爆，#2巖石乳化炸藥爆破。為對已建建筑物減小爆破震動影響，采用多打孔，少裝藥的方法，取得了較好的效果。當平硐內(nèi)大型剪切試驗完畢后，設計將試驗平硐改建為抗剪平硐，對原平硐進行擴挖，斷面尺寸改為4.0M5.5m，硐頂在SCJ08層間剪切帶以上1.5m，硐底在SCJ10層間剪切帶以下2.0m。對于邊墻和頂板的擴挖，以光爆孔為主，加適當輔助孔進行，每循環(huán)進尺2.5m。底板擴挖采用打水平孔進行爆破，以主爆孔為主，并在底板打一排光爆孔來保護底板，底板擴挖每循環(huán)進尺1.5m。#2抗剪平硐長度124.27M，#3抗剪平硐長度145.78M，斷面寬度與#1抗剪平硐相同，高度4.05.5m，其爆破布孔及裝藥參數(shù)均參照#1抗剪平硐做適當調(diào)整。惟#3抗剪平硐由于距離帷幕線最小距離僅22.5m，為減少開挖爆破震動對帷幕產(chǎn)生的影響，設計要求距爆破點8m處的質點震動速度為3cm/s。根據(jù)多次現(xiàn)場試驗結果得出，在單響藥量為2.2kg時，距離爆破點8m處質點震動速度為3.04cm/s。最后采取掏槽的9個孔用火炮實現(xiàn)單孔單響，爆破孔采用非電毫秒導爆雷管、孔內(nèi)外延時的爆破網(wǎng)絡實現(xiàn)兩孔一響的爆破方法。單響藥量控制在2kg以內(nèi)，每次爆破的總裝藥量控制在20kg以內(nèi)，效果較好。2.抗剪平硐混凝土回填抗剪平硐混凝土回填分為42段（倉號）進行，混凝土澆筑用泵送混凝土入倉，人工振搗?；炷劣砂韬蜆前韬?，混凝土攪拌車運送供給?；炷翝仓謨蓪舆M行，第一層厚度3m，第二層厚度2.5m，分層處距SCJ10層間剪切帶不小于0.5m。水泥采用低熱微膨脹水泥?；靥罨炷翗颂枮镽90250D50S4，二級配，坍落度分別為911cm和1315cm。澆筑前首先在基礎面或混凝土面鋪設23cm厚的水泥砂漿。澆筑第二層時其頂部1m高度范圍內(nèi)采用一級配混凝土或砂漿，不考慮振搗，待混凝土強度達到要求后，按混凝土澆筑順序采用水泥漿，細水泥漿進行回填灌漿和接觸灌漿。3.抗剪平硐灌漿抗剪平硐灌漿分為回填灌漿、接觸灌漿、補強灌漿三種?；靥罟酀{：灌漿采用預埋管路方式，對硐頂部脫空部位進行回填灌漿。灌注漿液為水泥砂漿，水泥采用大同水泥廠產(chǎn)525號普通硅酸鹽水泥，砂采用天然砂，細度模數(shù)2.42.8。水泥砂漿配比有水泥砂水為1.01.01.0、1.01.21.0、1.01.51.0、1.01.00.8、1.01.20.8五種。灌漿壓力0.20.4MPa，進漿管停止進漿后延續(xù)10min結束灌漿?；靥罟酀{共計39段，灌漿面積5532m2，注入水泥78326kg，砂79265kg。接觸灌漿：抗剪平硐回填灌漿完成后，為了加強回填混凝土與圍巖接觸緊密性，又進行了接觸灌漿。#2、#3抗剪平硐接觸灌漿采用預埋管路方式；#1抗剪平硐采用從上部鉆孔到硐頂?shù)姆绞?。灌漿漿液采用濕磨細水泥漿，即用大同水泥廠產(chǎn)#525普通硅酸水泥攪拌成水泥漿，再通過濕磨機磨細后使用，要求磨細后，粒徑Dmax為55mD90為40m。細水泥漿液中摻加適量的DH3高效減水劑，漿液水灰比采用2、1、0.6三個等級。灌漿壓力0.20.4MPa3條抗剪平硐接觸灌漿共計完成6400m2注入水泥42700kg。補強灌漿：為盡量減少因開挖造成的圍巖松弛圈影響，盡量使抗剪平硐回填混凝土與圍巖接觸緊密，于回填灌漿、接觸灌漿完成后，在第一、二基礎排水廊道、橫向廊道、#5壩段揚壓力觀測廊道、護坦及堰面布置鉆孔，對抗剪平硐四周和硐壁進行補強灌漿。同時對#4#10壩段壩基灌漿帷幕也進行了補強灌漿。補強灌漿均采用濕磨細水泥漿液。壩基加固處理后大壩抗滑穩(wěn)定計算結果表明，#4#10壩段沿SCJ08、SCJ10剪切帶抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)有較大提高。各壩段基本組合沿單面滑動面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為3.003.54，大于允許最小安全系數(shù)3.0；特殊組合抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.833.21，大于規(guī)范規(guī)定最小安全系數(shù)2.5。說明經(jīng)過加固處理后河床左側各壩段抗滑穩(wěn)定有足夠的安全儲備，大壩安全有保證。另外，在選擇層間剪切帶處理措施時，還進行了化學灌漿試驗。共布置了兩個試驗區(qū)，試驗程序均為先進行高壓水泥灌漿封閉，然后進行化學灌漿。化學灌漿采用了JX、SK-E和中化-798三種環(huán)氧型漿液。兩試區(qū)共完成水泥灌漿333.82m，化學灌漿377.6m。水泥灌漿的平均單位注入量一試區(qū)為204.19kg/m，二試區(qū)為49.34kg/m?；瘜W灌漿的平均單位注入量一試區(qū)為82.8L/m（JX漿液），68.37L/m（SK-E漿液）；二試區(qū)為30.39l/m（中