重力壩的地基處理、材料及構(gòu)造

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重力壩的地基處理

重力壩的地基處理天然基巖都有風化層、節(jié)理、裂隙、斷層破碎帶及軟弱夾層等方面的缺陷，因此必須進行處理重力壩失事有40%是因為地基問題造成的。地基處理主要包含兩個方面的工作：一是防滲，二是提高基巖強度。一．壩基的開挖與清理目的：使壩體坐落在穩(wěn)定堅固的地基上。

1、可利用基巖(建議開挖線)規(guī)范規(guī)定：

高壩

可建在新鮮、微風化或弱風化下部基巖。

中壩

可建在微風化或弱風化上部基巖。 同一工程中，兩岸較高部位的壩段，可比河床段適當放寬。壩基的開挖與清理2、開挖要求1)緩傾角軟弱夾層盡可能清除2)基巖面傾向上游3)避免高低懸殊的突變4)壩踵或壩趾處可開挖齒坎以利穩(wěn)定5)最后0.5~1.0m，小藥量爆破；易風化的頁巖、粘土巖應(yīng)留0.2~0.3m的保護層，待到澆砼時挖除6)兩岸坡的處理兩岸處理當河岸較陡，又有順坡剪切裂隙時，要校核岸坡沿裂隙的穩(wěn)定性，必要時應(yīng)開挖削坡，若開挖量大，也可采用預(yù)應(yīng)力錨系鋼筋固定岸坡若岸坡平緩穩(wěn)定，岸坡壩段可直接建在開挖的岸坡基巖上；若岸坡較陡，但基巖穩(wěn)定，為使岸坡壩段穩(wěn)定，可考慮把岸坡開挖成梯級，利用基巖和混凝土的抗剪強度增加壩段的抗滑穩(wěn)定，但應(yīng)避免把岸坡挖成大梯級，以防在梯級突變處引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂縫

二．壩基的固結(jié)灌漿1、目的：提高基巖的強度和整體性，降低地基的透水性。2、范圍：高壩或巖基裂隙發(fā)育，全壩基灌漿；一般情況下在壩踵壩趾處灌漿（為什么？）。壩基的固結(jié)灌漿3、孔的布置1)．灌漿孔的深度：一般5—8m；帷幕上游區(qū)8—15m2)．灌漿孔的間距：孔距、排距3—6m3)．灌漿孔的排列形式：平面上作梅花形或方格形。4)．灌漿孔的鉆孔方向：與主要裂隙面正交。4、灌漿的壓力：在不擾動基巖的前提下盡量大。無混凝土蓋重時為0.2—0.4MPa有混凝土蓋重時為0.4—0.7MPa三．帷幕灌漿壩基防滲處理目的是：降低滲水壓力，防止壩基內(nèi)產(chǎn)生機械或化學管涌，減小壩基滲透水量。灌漿材料：水泥漿、化學灌漿帷幕灌漿設(shè)計：1）防滲帷幕的深度：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確定當壩基下相對隔水層且較淺時，其應(yīng)伸入到隔水巖層內(nèi)3m～5m；一般情況下，帷幕深度常為0.3～0.7倍水頭。帷幕灌漿設(shè)計：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資料確定。壩高在100m以下時，可布置一排。對地質(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，仍可采用一排。兩岸壩頭部位，防滲帷幕宜延伸到相對隔水層或正常蓄水位與地下水位相交處帷幕灌漿設(shè)計：3）灌漿壓力：帷幕灌漿必須在澆筑一定厚度的壩體混凝土后進行，一般情況下，灌漿壓力應(yīng)通過試驗確定。通常在帷幕表層不宜小于1.0～1.5倍壩前靜水頭，在孔底不宜小于2～3倍壩前靜水頭，但以不破壞巖體為原則。防滲帷幕沿軸線的布置1—灌漿廊道；2—山坡鉆進；3—壩頂鉆進；4—灌漿平洞；5—排水孔；6—正常蓄水位；7—原水位；

8—帷幕底線；9—原地下水位；10—蓄后地下水位

四．壩基排水目的：進一步降低壩底面的滲透壓力。設(shè)置：1.設(shè)于防滲帷幕后

2.有時設(shè)有壩基面排水。五．斷層、軟弱夾層和溶洞的處理(1)傾角較陡的斷層破碎帶處理：在壩基范圍內(nèi)單獨出露的斷層破碎帶，可將適當深度內(nèi)的斷層、破碎帶及其兩側(cè)風化巖石挖除或挖至較完整的巖體。2)軟弱夾層的處理：對于淺埋的夾層，可采用明挖清除，再回填混凝土加固；對于深層的夾層，視其對壩體穩(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行加固。為了阻止壩體沿軟弱夾層滑動，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)力錨索等措施進行加固（a）深齒坎（b）抗滑樁（c）預(yù)應(yīng)力錨索第十二節(jié)重力壩的材料及構(gòu)造一．混凝土水工混凝土除要求有足夠的強度以外，還有有一定的抗?jié)B性、抗侵蝕性、抗凍性、抗磨性和低熱性等。（一）混凝土的強度指標按抗壓強度，水工混凝土分為C5C7.5C10C15C20C25C30標號，C5混凝土只能用在某些不重要的、應(yīng)力很小的部位，僅作回填及壓重用。 壩體混凝土抗壓設(shè)計強度的齡期一般用90d，最多不超過180d。同時還規(guī)定28d齡期的抗壓強度不得低于7.5Mpa。設(shè)計抗拉強度的齡期采用28d，一般不采用后期強度。（二）混凝土的耐久性包括抗?jié)B、抗凍、抗磨和抗侵蝕等。1）抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水滲透作用而不被破壞的能力2)抗凍性抗凍性指混凝土在飽和狀態(tài)下，經(jīng)多次凍融循環(huán)作用而不嚴重降低強度的性能3)抗磨性是指抗高速水流或挾沙水流的沖刷、磨損作用的性能4)抗侵蝕性是指混凝土抵抗環(huán)境水侵蝕的性能5)抗裂性二、壩體混凝土分區(qū) 原因：壩體各部分工作條件不同，為了節(jié)約和合理使用水泥，通常將壩體按不同部位和不同工作條件分區(qū)，采用不同標號。

為了便于施工，應(yīng)盡量減少標號的類別，相鄰區(qū)的強度標號不宜超過兩級，免引起應(yīng)力集中或產(chǎn)生溫度裂縫。分區(qū)的厚度一般不得小于2-3米，以便澆筑。 壩體混凝土分區(qū)三、重力壩的分縫、分塊

(一)、橫縫 橫縫垂直壩軸線，將壩體分成若干壩段。 重力壩橫縫作用：1）減小溫度應(yīng)力，2）適應(yīng)地基不均勻變形，3）滿足施工要求（如混凝土澆筑能力及溫度控制）間距：12-20米，也有達20米1、

永久性橫縫常做成平面，不設(shè)鍵槽，不進行灌漿，各壩段獨立工作?，F(xiàn)在常是溫度縫、沉降縫合二為一，故留成-2cm寬的縫。橫縫內(nèi)需設(shè)止水。止水材料：紫銅片，橡膠、塑料及瀝青等。對于高壩應(yīng)采兩道止水，中間設(shè)瀝青井，中低壩適當簡化。 止水片及瀝青井需伸入巖基一定深度，約30-50cm，井內(nèi)填滿瀝青沙，止水井延伸到最高水位以上，瀝青井需延伸到壩頂。 沿溢流面，壩體下游最高水位以下和穿越橫縫的廊道和孔洞周邊均需設(shè)止水井。永久性橫縫2、

臨時性橫縫主要用于下述情況:（1）河谷狹窄，做成整體重力壩可適當發(fā)揮兩岸的支撐作用，有利于壩體的強度和穩(wěn)定。（2）岸坡較陡的各壩段連成整體可以改善岸坡的穩(wěn)定性。（3在軟弱破碎帶上的各壩體，連成整體增加壩體剛度。（4）強地震區(qū)，如壩段連成整體，可提高壩體的抗震性能。為增加縫面的水平向抗剪能力時,鍵槽豎向布置為增加縫面的鉛直向抗剪能力時,鍵槽水平向布置臨時豎縫灌漿高度視壩高和傳力的需要而定，可全部灌，也可局部灌。

臨時橫縫的縫面鍵槽和灌漿系統(tǒng):3、

壩體與基巖面的連接意義：連接必須緊密，以免發(fā)生滲漏，影響壩體穩(wěn)定。作法：基巖橫向坡（對岸方向）緩于1:2時，壩體澆筑后利用帷幕灌漿對接觸灌漿封實；當橫向坡陡于1:2時，設(shè)接觸面止水，在基巖中挖槽嵌入止水片；當橫向坡陡于1:1時，按臨時橫縫處理，在接觸面上布設(shè)灌漿系統(tǒng)，沿周圍嵌入止水片，待混凝土冷卻后進行接縫灌漿。(二)縱縫平行于壩軸線方向設(shè)的縫。目的：適應(yīng)混凝土的澆筑能力和減小施工期的溫度應(yīng)力?？v縫是臨時縫，待壩體降到穩(wěn)定溫度后進行接縫灌漿?？v縫布置形式：鉛直、錯縫、斜縫。不設(shè)縱縫——通倉澆注縱縫（一）鉛直縱縫 間距15—30m。為了使縫面更好地傳力，設(shè)三角形鍵槽。槽面大致順主應(yīng)力方向。為保證壩面的整體性，鉛縫面布設(shè)灌漿系統(tǒng)。待壩體溫度冷卻到穩(wěn)定溫度，壩塊收縮，縫的張開度達到0.5mm以上時進行灌漿，縫四周設(shè)止水片。灌漿壓力太高會使壩塊底部產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，使壩體破壞。太低又不能保證灌漿質(zhì)量。一般進漿管壓力0.35～0.45Mpa(0.35～0.45kg/cm2)出漿管壓力0.20～.25Mpa縱縫兩側(cè)的壩塊可以單獨上升，但高差不宜太大。若高差太大，后澆混凝土的溫度和干縮變形，造成灌漿面的擠壓和剪切，影響縱縫灌漿，反過來對后澆混凝土塊鍵槽出現(xiàn)剪切裂縫。縱縫（二）錯縫縫面不作灌漿處理。澆注塊高度在基巖附近1.5—2m，在壩體上部不大于3—4m，錯縫間距10—15m，縫的錯距不超過澆注塊的一半。錯縫施工簡便，在低壩上使用。（三）斜縫可大段沿主應(yīng)力方向設(shè)置，因縫面剪應(yīng)力很小，可以不灌漿。斜縫須在離上游面一定距離處終止。為防止斜縫在終止處向上貫穿，須采用并縫措施：布設(shè)并縫鋼筋、設(shè)并縫廊道等。施工最好使上下塊均勻上升。施工復(fù)雜，較少采用。（四）通倉澆筑施工簡便，有利于加快施工進度。壩的整體性好，是發(fā)展的方向。但是要注意溫控。(三)施工縫（水平工作縫）澆注塊厚度一般為1.5—4.0m。在基巖表面用0.75—1.0m的薄層澆注，以利散熱、防止開裂。上下澆注塊之間常間歇3—7天。新混凝土澆注前，須清除縫面渣、灰塵和水泥乳膜，用風水槍或壓力水沖洗，使表面成為干凈麻面。再均勻鋪一層2—3cm的水泥沙漿，然后澆注。四、壩體排水 為減小滲水對壩體的不利影響，在靠近上游面處布設(shè)排水管。距上游面要求小于壩前水深的1/10—1/12，使?jié)B透坡降在允許范圍內(nèi)。管距2—3m。管徑15—25cm，太小易堵塞。 排水管與廊道連接多采用直通式，且多在上游側(cè)（使廊道干燥）。四、壩體排水五、廊道系統(tǒng)為滿足施工和適用要求（如灌漿、排水、觀測、檢查、交通的需要），須在壩體內(nèi)設(shè)置各種廊道。這些廊道相互連通，構(gòu)成廊道系統(tǒng)。（一）基礎(chǔ)灌漿廊道設(shè)在壩踵部位。利用混凝土壓重、提高灌漿壓力、保證灌漿質(zhì)量。一般采用城門洞形。斷面尺寸應(yīng)滿足灌漿作業(yè)的要求。一般底寬2.5～3.0m，高3.0～4.0m，距上游面可取0.05～0.1倍水頭，且不小于4～5m（滲透坡降問題）。廊道底面距基巖不小于1.5倍廊道寬度。廊道上游側(cè)設(shè)排水溝，下游側(cè)設(shè)排水孔及揚壓力觀測孔。灌漿廊道沿地形向兩岸逐漸升高。坡度不宜大于40～45度，