壩體構(gòu)造與地基處理

1、壩體構(gòu)造及地基處理設(shè)計(jì)單元一壩體構(gòu)造1.壩頂構(gòu)造壩頂路面應(yīng)具有 23%的橫向坡度，并設(shè)置碎排水溝（30X30cm）以排出壩頂雨水，壩頂上游的防浪墻（寬 0.5m,高 1.2m）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墻身應(yīng)有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，宜采用與壩體連成整體的鋼筋碎結(jié)構(gòu)，而下游側(cè)則可設(shè)防護(hù)欄，為滿(mǎn)足運(yùn)用要求和交通要求，在壩頂上布置照明設(shè)施，即在上游側(cè)每隔 25m 設(shè)一對(duì)照明燈，一只朝向壩頂路面方向，一只朝向水庫(kù)方向。根據(jù)大壩正常運(yùn)行需要，在壩頂還要設(shè)置通向壩體內(nèi)部各層廊道、電站的電梯井，便于觀測(cè)和維修人員快速進(jìn)出。2 .分縫止水2.1 壩體分縫（1）橫縫：減小溫度應(yīng)力，適應(yīng)地基不均勻變形和滿(mǎn)

2、足施工要求；（2）縱縫：適應(yīng)碎的澆筑能力和減小施工期的溫度應(yīng)力，在平行壩軸線(xiàn)方向設(shè)置。一般情況下橫縫為永久縫，也有臨時(shí)縫，垂直壩軸線(xiàn)，用于將壩體分成為若干獨(dú)立的壩段；縱縫為臨時(shí)縫，可分為鉛直縱縫、斜縫和錯(cuò)縫三種，縱縫縫面應(yīng)設(shè)水平向鍵槽，鍵槽呈斜三角形，槽面大致沿主應(yīng)力方向，在縫面上布置灌漿系統(tǒng)進(jìn)行接縫灌漿，為了灌漿時(shí)不使?jié){液從峰內(nèi)流出，必須在縫的四周設(shè)止?jié){片。（3）水平施工縫：是上、下層澆筑塊之間的接合面。澆筑塊厚度一般為 1.54.0m；在靠近基巖面附近用 0.751.0m 的薄層澆筑，以利于散熱，減少溫開(kāi)，防止開(kāi)裂。2.2 止水設(shè)計(jì)橫縫內(nèi)需設(shè)止水，止水材料有金屬片、橡膠、塑料及瀝青等，對(duì)于

3、高壩應(yīng)采用兩道止水片，中間設(shè)瀝青井，金屬片止水一般采用 1.01.6mm 后的紫銅片，第一道止水治上游面的距離應(yīng)有利于改善壩體頭部應(yīng)力，一般為 0.52.0m（本設(shè)計(jì)采用 1.0m）,每側(cè)埋入碎的長(zhǎng)度約為 2025cm（本設(shè)計(jì)采用 25cm）,在止水片的安裝時(shí)要注意保證施工質(zhì)量，瀝青井為方形或圓形（本設(shè)計(jì)采用方形），其一側(cè)可用預(yù)制碎塊，預(yù)制塊長(zhǎng) 1.01.5m,厚 510cm（本設(shè)計(jì)采用 1mX10cm）,瀝青井尺寸大致為 15cm15cm 至 25cm25cm（本設(shè)計(jì)采用 20cmX20cm）,井內(nèi)灌注的填料由二號(hào)或三號(hào)是由瀝青，水泥和石棉粒組成，井內(nèi)設(shè)加熱設(shè)備（通常采用電加熱的方法），將鋼

4、筋埋入井中，并以絕緣體固定，從底部一直通到壩頂， 在井底設(shè)置瀝青排出管， 以便排除老化的瀝青，重填新料,管徑可為 1520cm。止水片及瀝青井需伸入巖基一定深度，約 3050cm,井內(nèi)填滿(mǎn)瀝青砂，止水片必須延伸到最高水位以上，瀝青井需延伸到壩頂。圖4-1-1止水設(shè)計(jì)1一第一道止水銅片；2瀝青井；3第二道止水銅片；4一預(yù)制塊；5橫縫6瀝青油氈；7加熱電極3 .混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)碎重力壩壩體各部分的工作條件及受力條件不同，對(duì)硅材料性能指標(biāo)的要求也不同，為了滿(mǎn)足壩體各部分的不同要求，節(jié)省水泥用量及工程費(fèi)用，把安全與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一起來(lái)，通常將壩體碎按不同工作條件進(jìn)行分區(qū)，選用不同的強(qiáng)度等級(jí)和性能指標(biāo)，一般分為

5、6 個(gè)區(qū)，見(jiàn)下圖 4-1-2。IR 區(qū)一上、下游水位變化區(qū)壩體表層碎，既受水位的作用也受大氣影響；田區(qū)一上、下游最低水位以下壩體表層碎；IV 區(qū)一壩體基礎(chǔ)碎；V 區(qū)一把體內(nèi)部碎；VI 區(qū)一抗沖刷部分的碎。為了便于施工，選定各區(qū)域碎等級(jí)時(shí)，各類(lèi)別應(yīng)盡量少，相鄰區(qū)的強(qiáng)度等級(jí)不得超過(guò)兩級(jí)，分區(qū)的厚度一般不得小于 25m,以便澆筑施工，分區(qū)對(duì)混凝土性能的要求見(jiàn)下表，表中“+”表示選擇各區(qū)同等級(jí)的主要控制因素，有“+”的表示需要提出要求；有“-”的為不需要提出要求。表 4-1-1 壩體各區(qū)對(duì)混凝土性能的要求分區(qū)強(qiáng)度抗?jié)B抗凍抗沖刷抗侵蝕低熱最大水灰比選擇各區(qū)厚度的主要因素嚴(yán)寒寒冷地區(qū)溫和地區(qū)I+-+-+0

6、.550.60抗凍II+-+0.450.50抗凍、抗裂III+-+0.500.55抗?jié)B、抗裂IV+-+0.500.55抗裂V+-+0.650.65VI+-+0.450.45抗沖、耐磨.壩體排水壩體排水為了減小滲水對(duì)壩體的不利影響，在靠近壩體上游面需要設(shè)置排水管幕，排水管應(yīng)通至縱向排水管道，具上部應(yīng)通至上層廊道或壩頂(溢流面以下)， 以便于檢修管距可采用采用 3m,排水管幕距上游壩面的距離， 一段要求不小于壩前水深的 1/101/12,且不少于 2m。(1/101/12)X96.7m=(8.059.67)m故根據(jù)規(guī)定排水管設(shè)置在距上游面 9m 處，以使?jié)B透坡降控制在允許范圍內(nèi)。排水管采用預(yù)制多孔

7、混凝土管，內(nèi)徑可為 15cm25cm(取 20cm),隨著壩體混凝土的澆筑圖4-1-3排水管布置示意圖而加高。滲入排水管的水可匯集到下層縱向廊道，沿積水溝或集水管經(jīng)橫向廊道的排水溝匯入集水井，再用水泵或自流排水排向下游，排水溝斷面常用 30cmx30cm,低坡 3%,排水管施工時(shí)必須防止被混凝土的雜物等堵塞。排水管與廊道的連通采用直通式，如圖 4-1-3 所小。.廊道系統(tǒng)為了滿(mǎn)足施工運(yùn)用要求，如灌漿，排水，觀測(cè)，檢查和交通的需要，在壩體內(nèi)設(shè)置各種廊道，這些廊道互相連通，構(gòu)成廊道系統(tǒng)。壩基灌漿廊道帷幕灌漿需要在壩體澆灌到一定高度后進(jìn)行，以便利用混凝土壓重提高灌漿壓力，保證灌漿質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)基礎(chǔ)灌

8、漿廊道斷面取 3.0X3.5m,形狀采用城門(mén)水洞型。廊道的上游壁離上游側(cè)面的距離應(yīng)滿(mǎn)足防滲要求，在壩踵附近距上游壩面 0.050.1 倍作用水頭、且不小于 45m 處設(shè)置，本次設(shè)計(jì)取 10m,為滿(mǎn)足壓力灌漿，基礎(chǔ)灌漿廊道距基巖面不宜小于 1.5倍廊道寬度，取 5m。灌漿廊道兼有排水作用，并在其上游側(cè)設(shè)排水溝，下游側(cè)設(shè)壩基排水孔幕，在靠近廊道最低處設(shè)置集水井，匯集從壩基和壩體的滲水，然后經(jīng)由水泵抽水排至下游壩外。檢查及壩體排水廊道為了檢查巡視和排除滲水， 常在靠近壩體上游面適當(dāng)高度方向每隔 1530m 設(shè)置檢查和排水廊道，斷面形式多采用城門(mén)洞形，最小寬度為 1.2m,最小高度為 2.2m,距上游

9、面的距離應(yīng)不少于 0.050.07 倍水頭，且不小于 3m,該重力壩選取 7m,上游測(cè)設(shè)排水溝。各層廊道在左右兩岸應(yīng)各有一個(gè)出口，并用鉛直的井使各層廊道連通。排水廊道斷面尺寸統(tǒng)一擬定為 2mx2.5m,城門(mén)洞形。6度點(diǎn)4配里宣圖4-1-4廊道布置示意單元二重力壩的地基處理重力壩要求地基具有足夠的強(qiáng)度，良好的整體性和均勻性，以及抗?jié)B、抗侵蝕和抗風(fēng)化的能力。而天然基巖都有風(fēng)化層、節(jié)理、裂隙、斷層破碎帶及軟弱夾層等方面的缺陷，因此必須進(jìn)行處理。.地基的開(kāi)挖與清理壩基開(kāi)挖的深度，應(yīng)根據(jù)壩基應(yīng)力、巖石強(qiáng)度及其完整性，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基的要求研究確定。高壩應(yīng)挖至新鮮或微風(fēng)化的基巖；中壩宜挖至微風(fēng)化或弱風(fēng)化

10、的基巖。兩岸壩段，其利用基巖的標(biāo)準(zhǔn)可比河床部位適當(dāng)放寬。設(shè)計(jì)采用的抗滑穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)應(yīng)與利用基巖的標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)。壩段的基礎(chǔ)面上下游高差不宜過(guò)大，并盡可能開(kāi)挖成略向上游傾斜，若基巖面高差過(guò)大或向下游傾斜，宜開(kāi)挖成大臺(tái)階狀。兩岸岸坡壩段基巖面，盡量開(kāi)挖成有足夠?qū)挾鹊呐_(tái)階狀，以確保壩體的側(cè)向穩(wěn)定。對(duì)于靠近壩基面的緩傾角軟弱夾層，埋藏不深的溶洞、溶蝕面應(yīng)盡量挖除。開(kāi)挖至距利用基巖面 0.5m1.0m 時(shí)，應(yīng)采用手風(fēng)鉆鉆孔，小藥量爆破，以免造產(chǎn)生裂隙或增大裂隙。遇到易風(fēng)化的頁(yè)巖、粘土巖時(shí)，應(yīng)留有 0.2m0.3m 的保護(hù)層，待澆筑混凝土前再挖除?；鶐r開(kāi)挖后，在澆筑混凝土前，需進(jìn)行徹底的清理和沖洗，包括清除松

11、動(dòng)的巖塊、打掉凸出的尖角?；觾?nèi)原有的勘探鉆孔、井、洞等均應(yīng)回填封堵。.壩基的加固處理對(duì)于大面積的破碎帶或局部缺陷，應(yīng)進(jìn)行加固處理?；鶐r加固的目的，在于提高基巖的整體性和彈性模量，減少基巖受力后的變形，降低壩基的滲透性。壩基固結(jié)灌漿當(dāng)基巖在較大范圍內(nèi)節(jié)理裂縫發(fā)育或較破碎而挖除不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可對(duì)壩基進(jìn)行低壓淺層灌水泥漿加固地基，這種灌漿叫固結(jié)灌漿。主要是提高壩基的整體性。壩基固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)地基的工程地質(zhì)條件，結(jié)合壩高及水泥灌漿試驗(yàn)資料確定。根據(jù)壩基應(yīng)力及地質(zhì)條件，向壩基及上、下游部位進(jìn)行灌漿；在防滲帷幕上游的壩基部位，斷層破碎帶及其兩側(cè)影響帶部位，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)固結(jié)灌漿?；A(chǔ)下埋藏的溶洞、溶槽等，

12、除必要的回填處理外，應(yīng)對(duì)其頂部及周?chē)鷰r石加強(qiáng)固結(jié)灌漿，灌漿孔布置見(jiàn)圖4-2-1。圖4-2-1固結(jié)灌漿孔的布置（單位：m）固結(jié)灌漿孔通常布置成梅花形或方格形，對(duì)較大的斷層和裂隙應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)布孔。固結(jié)灌漿孔的方向應(yīng)根據(jù)主要裂隙產(chǎn)狀和施工條件確定，鉆孔方向應(yīng)盡可能正交于主要裂隙面，但傾角不宜過(guò)大?？拙?、排距及孔深應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、地下水文特征并參照灌漿試驗(yàn)成果確定，一般為 3m4m?？咨钜话銥?5m8m；局部地區(qū)及壩基應(yīng)力較大的高壩可適當(dāng)加深；帷幕區(qū)宜配合帷幕深度確定，一般采用 8m15m。固結(jié)灌漿宜在基礎(chǔ)部位混凝土澆筑后進(jìn)行。固結(jié)灌漿壓力在不掀動(dòng)基巖的原則下，應(yīng)盡量取較大值，一般無(wú)混凝土蓋重時(shí)為 0.

13、2MPa0.4MPa；有蓋重時(shí)為 0.4MPa0.7MPa。對(duì)緩傾角層面發(fā)育的基巖，其灌漿壓力應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)確定。斷層破碎帶和軟弱層面的處理對(duì)于壩基范圍內(nèi)的斷層破碎帶或軟弱層面，應(yīng)根據(jù)其所在部位、產(chǎn)狀、寬度、組成物的性質(zhì)以及有關(guān)試驗(yàn)資料，分析其對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)合施工條件，采取適當(dāng)?shù)奶巿D4-2-2斷層破碎帶處理理方法。對(duì)地震設(shè)計(jì)烈度為 8 度以上的壩區(qū)，斷層破碎帶或軟弱層面的處理應(yīng)適當(dāng)提高要求。(1)傾角較陡的斷層破碎帶處理：在壩基范圍內(nèi)單獨(dú)出露的斷層破碎帶，可將適當(dāng)深度內(nèi)的斷層、破碎帶及其兩側(cè)風(fēng)化巖石挖除或挖至較完整的巖體。當(dāng)斷層破碎帶規(guī)模不大，但其組成物以軟弱的構(gòu)造巖、斷層泥為主，可用混凝土

14、塞加固，如圖 4-2-2 所示?；炷寥母叨瓤扇鄬悠扑閹挾鹊?1.01.5 倍。另外，亦可做混凝土拱來(lái)處理破碎帶，如圖 4-2-2(c)所示。對(duì)于與水庫(kù)連通的破碎帶，必須作好防滲處理。(2)軟弱夾層的處理：對(duì)于淺埋的夾層，可采用明挖清除，再回填混凝土加固；對(duì)于深層的夾層，視其對(duì)壩體穩(wěn)定和基礎(chǔ)沉降危害的程度，確定是否需要處理。如需要處理，可采用洞挖后回填混凝土的方法進(jìn)行加固。為了阻止壩體沿軟弱夾層滑動(dòng)，可在下游壩趾處設(shè)置深齒、大型鋼筋混凝土抗滑樁或預(yù)應(yīng)力錨索等措施進(jìn)行加固，如圖 4-2-3 所示。.壩基防滲、排水壩基防滲處理目的是：減少壩基及繞壩滲漏；防止較大滲流對(duì)壩基產(chǎn)生滲透破壞；減小作

15、用在壩基底面上的揚(yáng)壓力，提高壩體的抗滑穩(wěn)定性。防滲帷幕灌漿：(1)防滲帷幕的深度， 應(yīng)根據(jù)水頭大小， 透水層的深度和降低壩基滲透壓力的要求來(lái)確定。當(dāng)壩基下相對(duì)隔水層且較淺時(shí)，其應(yīng)伸入到隔水巖層內(nèi) 3m5m；一般情況下，帷幕深度常為 0.30.7 倍水頭。圖4-2-3陡傾角斷層破碎帶的處理1 1 一壩段；2 2伸縮縫；3 3斷層破碎帶；4 4 一混凝土塞;5 5基巖面；6 6壩體；7 7 一灌漿帷幕；8 8 一排水孔幕圖4-2-4防滲帷幕沿軸線(xiàn)的部置1 1 一灌漿廊道；2 2山坡鉆進(jìn)；3 3 一壩頂鉆進(jìn)；4 4 一灌漿平洞；5 5排水孔；6 6 一正常蓄水位；7 7原水位；8 8 一帷幕底線(xiàn)；9

16、 9原地下水位；1010 一蓄后地下水位(2)帷幕的布置：防滲帷幕灌漿孔的排數(shù)、排距及孔距，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，作用水頭及灌漿試驗(yàn)資料確定。壩高在 100m 以下時(shí)，可布置一排。對(duì)地質(zhì)條件較差，巖體裂隙發(fā)育或可能發(fā)生滲透變形的地段可采用兩排，但壩高在 50m 以下時(shí)，仍可采用一排。當(dāng)采用兩排灌漿孔時(shí)，可將一排孔灌于設(shè)計(jì)深度，另一排孔深可取設(shè)計(jì)孔深的 1/2 左右?？拙酁?1.5m3m,排距宜比孔距略小。鉆孔宜穿過(guò)巖體主要裂隙和層理，傾向上游 0-10o兩岸壩頭部位，防滲帷幕宜延伸到相對(duì)隔水層或正常蓄水位與地下水位相交處，如圖 4-2-4。(3)灌漿壓力帷幕灌漿必須在澆筑一定厚度的

17、壩體混凝土后進(jìn)行，一般情況下，灌漿壓力應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。通常在帷幕表層不宜小于 1.01.5 倍壩前靜水頭，在孔底不宜小于 23倍壩前靜水頭，但以不破壞巖體為原則。3.2 壩基排水為了充分降低壩底揚(yáng)壓力和排除基巖滲水，在帷幕下游可設(shè)置排水孔幕。一般設(shè)一排主排水孔；對(duì)能充分發(fā)揮排水作用的壩基(下游水深較大時(shí))，除設(shè)主排水孔外，還可設(shè)置 13 排輔助排水孔。主排水孔的位置，一般設(shè)置在基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)防滲帷幕的下游2m4m 處，以利充分降低壩基的滲透壓力。輔助排水孔可設(shè)置在基礎(chǔ)縱向排水廊道內(nèi)，如圖 2-4-5。排水孔一般略向下游傾斜，與帷幕孔成 1015交角。主排水孔的孔距一般為 2m3m,輔助排水孔的

18、孔距一般為 3m5m,孔徑約為150mm200mm。 孔深應(yīng)根據(jù)防滲帷幕和固結(jié)灌漿的深度及地基的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件確定。主排水孔的深度一般為防滲帷幕深度的 0.40.6 倍；50m 以上的壩基主排水孔的深度不應(yīng)小于 10m；輔助排水孔的深度一般為 6m12m。為了降低岸坡部位的滲透壓力，可在岸坡壩段的壩體內(nèi)設(shè)置橫向排水廊道，并向岸坡內(nèi)鉆設(shè)排水孔和設(shè)置專(zhuān)門(mén)的排水設(shè)施，使?jié)B水盡量在靠近基礎(chǔ)面的位置排出壩外。4.兩岸處理當(dāng)河岸較陡，又有順坡剪切裂隙時(shí)，要校核岸坡沿裂隙的穩(wěn)定性，必要時(shí)應(yīng)開(kāi)挖削坡，若開(kāi)挖量大，也可采用預(yù)應(yīng)力錨系鋼筋固定岸坡，如圖 4-2-6(c)、(d)所示。若岸坡平緩穩(wěn)定，岸坡壩段可直接建在開(kāi)挖的岸坡基巖上；若岸坡較陡，但基巖穩(wěn)定，為使岸坡壩段穩(wěn)定，可考慮把岸坡開(kāi)挖成梯級(jí)，利用基巖和混凝土的抗剪強(qiáng)度增加壩段的抗滑穩(wěn)定，但應(yīng)避免把岸坡挖成大梯級(jí)，以防在梯級(jí)突變處引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂縫，如圖 4-2-6(b)所示。