單元9重力壩的地基處理

1、水工建筑物水工建筑物重力壩設(shè)計(jì) 主講人： 吳偉民 教 授 專業(yè)帶頭人 高級(jí)工程師 一級(jí)建造師 土木工程師三峽混凝土實(shí)體重力壩故縣混凝土實(shí)體重力壩潘家口水庫(kù)寬縫重力壩伊泰普混凝土空心重力壩涌溪碾壓混凝土重力壩南告漿砌石重力壩v本項(xiàng)目包括以下教學(xué)內(nèi)容重力壩設(shè)計(jì)非溢流壩的剖面設(shè)計(jì)重力壩的認(rèn)知重力壩的地基處理重力壩的荷載及組合重力壩的材料與構(gòu)造重力壩的深式泄水孔重力壩的應(yīng)力分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析溢流重力壩水利水電建筑工程重力壩設(shè)計(jì)重力壩設(shè)計(jì) 重力壩的地基處理1. 重力壩對(duì)地基的要求2. 壩基的開挖與清理3. 壩基的加固處理4. 壩基的防滲和排水5. 應(yīng)用案例6. 實(shí)訓(xùn)任務(wù)7. 課堂小結(jié)與訓(xùn)練點(diǎn)評(píng)8.

2、 作業(yè)布置教學(xué)任務(wù)能根據(jù)壩基具體情況，進(jìn)行重力壩的地基處理（包括：壩基開挖清理，進(jìn)行固結(jié)灌漿和防滲帷幕灌漿，設(shè)置基礎(chǔ)排水系統(tǒng)，對(duì)特殊軟弱帶如斷層、破碎帶進(jìn)行專門的處理等）。（1） 重力壩對(duì)地基的要求；（2） 掌握壩基開挖清理的主要技術(shù)要求（開挖深度、輪廓形狀、平整度等）；（3） 理解固結(jié)灌漿的概念、作用，掌握固結(jié)灌漿布置與設(shè)計(jì)內(nèi)容；（1）按時(shí)到課，遵守課堂紀(jì)律，回答問題；（2）認(rèn)真練習(xí)布置任務(wù)，按時(shí)上交作業(yè)；（3）認(rèn)真完成預(yù)習(xí)任務(wù)。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)態(tài)度目標(biāo)任務(wù)1、重力壩對(duì)地基的要求1.天然基巖缺陷： 巖石中的裂隙，其兩側(cè)巖石沒有明顯的位移。節(jié)理一般是閉合的。風(fēng)化、節(jié)理、裂隙、斷層。風(fēng)化

3、： 風(fēng)化作用（又稱侵蝕，風(fēng)化）是指地表或接近地表的堅(jiān)硬巖石、礦物與大氣、水及生物接觸過程中產(chǎn)生物理、化學(xué)變化而在原地形成松散堆積物的全過程。節(jié)理：滿足材料強(qiáng)度和地基承載力；滿足整體性和均勻性，抗滑穩(wěn)定、不均勻沉降；抗?jié)B性和耐久性； 巖層在內(nèi)動(dòng)力作用下斷裂并沿?cái)嗔衙姘l(fā)生位移的一種構(gòu)造變動(dòng)形成破碎帶和軟弱夾層等缺陷。裂隙： 裂隙是指固結(jié)的堅(jiān)硬巖石（沉積巖，巖漿巖和變質(zhì)巖）在各種應(yīng)力作用下破裂變形而產(chǎn)生的空隙。裂隙一般是有張開度的。斷層：2.處理后的地基應(yīng)滿足下列要求開挖方向：順?biāo)鞣较颍▔误w橫方向）：控制上下游高差、挖成略向上游傾斜的鋸齒狀。巖基向下游傾斜時(shí)，應(yīng)開挖成帶鈍角的大臺(tái)階狀。任務(wù)2、壩基

4、的開挖與清理目的：將壩體座落在堅(jiān)固、穩(wěn)定的地基上。開挖范圍：覆蓋層，風(fēng)化層、破碎層（兩岸基巖、中壩、低壩要求可降低）垂直水流方向（壩體縱方向）：側(cè)向穩(wěn)定，兩岸基巖面，開挖成足夠?qū)挼呐_(tái)階狀。清理和沖洗：澆混凝土前，松動(dòng)的巖塊、凸出的尖角，封堵勘探鉆洞、探井、探洞，清洗表面塵土、石粉等。局部缺陷處理：靠近壩基面的緩傾角、軟弱夾層，埋藏不深的溶洞、溶蝕面等局部的地質(zhì)缺陷應(yīng)予以挖除。新基巖保護(hù)：風(fēng)化的頁(yè)巖、粘土巖，留0.20.3m的保護(hù)層，待澆筑混凝土前再挖除。壩基加固的目的：整體性和彈性模量；不均勻變形； 強(qiáng)度；滲透性。 當(dāng)基巖在較大范圍內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育或較破碎而挖除不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可對(duì)壩基進(jìn)行低壓淺層灌水

5、泥漿加固，這種灌漿稱為固結(jié)灌漿。固結(jié)灌漿可提高基巖的整體性和強(qiáng)度，降低地基的透水性。壩 體任務(wù)3、壩基的加固處理（一）固結(jié)灌漿（淺層灌漿）布置：梅花形和方格形（二）壩基斷層破碎帶的處理（1）垂直河流方向的陡傾角斷層破碎帶；（2）順河流方向的陡傾角斷層破碎帶；（3）緩傾角破碎帶，斜塞和水平塞(剛性骨架)，斜井和平洞，混凝土塞或混凝土拱。1234578643( a )( b )(a)616243562245531(b)(c)平面圖- （1）設(shè)置混凝土塞； （2）設(shè)混凝土深齒墻； （3）預(yù)應(yīng)力錨索加固； （4）設(shè)鋼筋混凝土抗滑樁。軟弱夾層混凝土塞夾層軟弱343.0305.0233.0243.0233

6、.0(a)133.0103.088.062.0f=0.21軟弱夾層深齒墻(b)軟弱夾層下游圍堰回填石渣壩腔第一道排水第二道排水灌漿帷幕壩址預(yù)錨(c)176.5170.0120.0（三）軟弱夾層的處理（1）作用：降低滲透壓力，減少滲流量，防止壩基管涌。（2）材料：(膨脹)水泥漿(優(yōu)先采用)和化學(xué)漿(灌漿快，抗?jié)B性強(qiáng)，價(jià)格貴)。（3）位置：布置在靠近上游壩面的壩軸線附近（4）范圍：自河床向兩岸延伸，至最高水位線與原地下水位線交點(diǎn)處（5）孔距：1.5-4.0m（6）鉆孔方向：鉛直（常用）向上游傾斜不大于10的。任務(wù)4、壩基的防滲和排水（一）（一）帷幕灌漿（水庫(kù)最高庫(kù)水位以下水的防滲）（7）深度：河床

7、深，兩岸漸淺。壩基內(nèi)透水層淺時(shí)，穿透水層，進(jìn)入相對(duì)隔水層35m。相對(duì)隔水層較深時(shí)，常用（0.30.7）壩高。多排：中間排達(dá)設(shè)計(jì)深度，其余取設(shè)計(jì)深度1/2-1/3，壩踵處設(shè)補(bǔ)強(qiáng)孔（8）排距：比孔距略小。（9）厚度：滿足抗?jié)B穩(wěn)定。（10）排水孔與排水平洞：最高水位以上的水通過排水孔和排水平洞排出。（11）灌漿時(shí)間：壩基固結(jié)灌漿和有蓋重后。（12）灌漿壓力：孔底應(yīng)大于（23）H，表層段大于(11.5) H 。JJ mtHt2,)101201(且 防滲帷幕和排水孔幕布置防滲帷幕和排水孔幕布置1-壩基灌漿排水廊道；2-灌漿孔； 3-灌漿帷幕：4-排水孔幕5-100排水鋼管； 6-100三通：7-75預(yù)埋

8、鋼管；8-壩體 mtHt2,)101201(且主孔，一排，深（0.3-0.7）H,入隔水層3-5m，孔距1.5-3m次孔，1-2排，為主孔（1/2-2/3）CBBCA32781091645排水孔幕：主排水孔幕和輔助排水孔幕。主排水孔幕參數(shù)：主排水管組成：預(yù)埋鋼管（壩體部分）、壩基鉆孔（帷幕灌漿之后）位置:壩體上游、防滲帷幕下、距大于2m，也有在壩趾處的（下游水深時(shí)）下傾： 1015夾角間距： 23m（二）（二）壩基排水孔徑：150200mm孔深:(0.40.6)H帷幕、不宜小于10m（高中壩）。輔助排水孔幕參數(shù)：位置：在縱向排水廊道內(nèi)排數(shù)：高壩一般可設(shè)23排；中壩可設(shè)12排?？拙啵杭s35m,孔

9、深：612m。 壩基排水帷幕：距防滲帷幕下游2m，孔距2-3m，孔深為防滲帷幕的0.4-0.6壩基排水系統(tǒng)1-灌漿排水廊道；2-灌漿帷幕；3-主排水孔幕；4-縱向排水廊道；5-半圓混凝土管；6-輔助排水孔幕；7-灌漿孔d輔助排水孔：1-2排，高壩2-3排，孔距3-5m 壩址位于燕山期花崗巖侵入體邊緣，可大致分為新鮮巖石和微風(fēng)化、半風(fēng)化、全風(fēng)化及殘積層。河床部位為半風(fēng)化花崗巖，具有足夠的抗壓強(qiáng)度。兩岸風(fēng)化較深呈帶狀，殘積層較少，僅見于左岸181m高程以上，厚度約2m。全風(fēng)化層厚58m，半風(fēng)化右岸深713m，左岸9m，巖石力學(xué)性質(zhì)見表2-25。 壩址巖層，節(jié)理裂隙發(fā)育，影響較大的有如下幾組： 1）

10、橫切河床走向北西1520，傾向北東，傾角4555由數(shù)組大致平行的剪切裂隙構(gòu)成(代號(hào)F1)，裂隙帶寬0.57.3m，對(duì)壩址有較大影響。 2）河床右側(cè)最發(fā)育者有三組：第一組走向北東3545，傾向北西，傾角3265；第二組走向北西5280，傾向西南，傾角3080；此兩組對(duì)壩的穩(wěn)定不利。第三組走向北西28，傾向北東，傾角60，由于節(jié)理發(fā)育，所以滲漏較嚴(yán)重，單位吸水量0.010.05L(minm)，河床中基巖深達(dá)20m左右，兩岸深為l0m以上，見圖2-47 任務(wù)5、應(yīng)用案例壩址工程地質(zhì)條件 壩段河流向南西，泄流挑出至壩基下游3454m范圍內(nèi)，沖刷坑處均為堅(jiān)硬巖石，對(duì)建筑物無安全之虞。 據(jù)上所述，壩址區(qū)巖

11、性堅(jiān)固，主要是節(jié)理裂隙發(fā)育，清基時(shí)斷層帶須盡力挖除，局部較深可做混凝土塞；同時(shí)因滲漏較嚴(yán)重，深度達(dá)1020m，需加強(qiáng)固結(jié)灌漿及帷幕灌漿，以防止?jié)B漏。 工程地質(zhì)橫剖面圖 1）壩基開挖：壩基面在主河槽挖至143.00m高程，原設(shè)計(jì)挖到半風(fēng)化巖石，實(shí)際工程開挖到此高程已是微風(fēng)化層。岸坡開挖由技施設(shè)計(jì)具體制定。F1斷層開挖后用混凝土填塞。 2）固結(jié)灌漿：在應(yīng)力較大的壩踵和壩趾附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿。灌漿孔呈梅花形布置，孔距為3 m，帷幕上游區(qū)的孔深一般為10m，其他部位孔深為6m，鉆孔方向垂直于基巖面。灌漿壓力為0.20.4 Mpa，實(shí)際施工時(shí)可視現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整。 3）壩基帷幕

12、灌漿：在壩址地質(zhì)剖面圖上找出相對(duì)隔水層，并使防滲帷幕設(shè)計(jì)深度伸入相對(duì)隔水層內(nèi)35m 單位吸水量=0.030.05L(minm)，從而達(dá)到減小滲透壓力的目的，故帷幕設(shè)計(jì)深度為130.00m高程。只設(shè)一排防滲惟幕，鉆孔斜向上游，傾角控制在5以內(nèi)(和垂線夾角)。帷幕灌漿在廊道內(nèi)施工，孔距一律為3m，若以后實(shí)測(cè)減小揚(yáng)壓力效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)再加密。帷幕厚度取(0.70.8)C，C為孔距，因此，帷幕厚度為2.12.4m。 解：基礎(chǔ)處理 4）壩基排水：壩基主排水孔設(shè)在防滲惟幕下游2m處，間距為0.8倍帷幕孔距，即為2.4m，孔徑15cm，深度達(dá)133.0m高程(滿足中壩不應(yīng)小于10m的要求)。次排水孔在廠

13、房壩段設(shè)置兩排，孔距為4m，孔深至137.0m高程，主排水管所排出的水直接進(jìn)入帷幕灌漿（排水）廊道，次排水管的滲水由橫向排水溝(管)排向下游。 （1）廊道設(shè)置：每隔1530m設(shè)一層，距上游（0.050.1）H,取5m。 分兩層 : 基礎(chǔ)廊道高程為5m,寬度為3.0m高為3.5m；壩體廊道高程為35m,寬度為2m 高為2.5m。 （2）壩體防滲設(shè)置：防滲層厚（1/101/20）H=52.5m，取3m，壩體排水管幕，管徑15cm，間距為2m。 （3）壩基防滲帷幕設(shè)置：帷幕灌漿孔深至-13m，鉆孔方向斜向上游10，孔距為1.54m，帷幕厚度為5m。 （4）壩基主排水管幕設(shè)置：主排水孔孔深（0.40.6）H,至-6m，鉆孔方向斜向下游10，孔距為2m，管徑20cm。案例 任務(wù)6、實(shí)訓(xùn)任務(wù)任務(wù)7、課堂小結(jié)與訓(xùn)練點(diǎn)評(píng)重點(diǎn) （1）壩基開挖的形狀、尺寸、齒墻的構(gòu)造； （2）固結(jié)灌漿布置與設(shè)計(jì)（包括：灌漿孔的位置、孔徑、布置、的深度）； （3）防滲帷幕灌漿孔布置與設(shè)計(jì)（包括：灌漿孔的位置、孔徑、布置；帷幕的深度、厚度）； （4）壩基排水孔的位置、深度、孔徑。