水利水电工程施工防渗墙及岩基处理模板.doc

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《水利水电施工技术》-三峡电力职业学院教科书
第一节 岩基开挖与处理

一、 岩基开挖
　　岩基开挖是岩基处理中最常见的方法。开挖就是按照设计要求, 将不能作为建筑物地基的有缺陷的岩层挖除, 使水工建筑物修筑在坚实可靠的岩体上。
　　大多数混凝土水工建筑物, 需要坐落在岩基上, 都有岩基开挖问题。大中型水利水电工程的基岩开挖量往往很大, 有的达到几百万m。乃至上千万m。, 需要大量的设备、 器材、 劳力和资金, 而且占用相当长的工期。因此, 多、 快、 好、 省地做好开挖处理, 对于加快整个工程建设有着重要的意义。
做好岩基开挖处理工作的前提条件是:
　1) 详细分析坝址的工程地质资料, 了解岩基的性状, 掌握各种岩基缺陷( 风化, 破碎、 软弱夹层、 节理断层带及岩溶状况等) 的分布及发育程度;
　2) 明确水工设计对地基的具体要求;
　3) 熟知工程的施工条件及施工技术力量;
　4) 由地质、 设计、 施工、 监理等有关人员共同研究, 确定适宜的坝基或其它主体建筑物地基的开挖范围, 开挖深度及形态。
为了保证岩基开挖的质量、 进度与安全, 必须从施工组织、 技术措施、 现场布置等方面妥善解决下列问题。
( 一) 及时排除基坑积水, 确保开挖在不受水的干扰下进行
　　基坑是由上下游围堰( 分期分段施工时还有纵向围堰) 包围的主体建筑物的施工范围。
　　一般, 基坑地势低凹, 常有施工用水、 围堰及岸坡渗水、 降雨等汇集成的积水, 如不及时排除, 势必大大影响坝基的开挖工作。因此, 结合岩基开挖应注意在基坑范围内修好集水坑和排水沟槽, 配备足够的便于移动的抽水机, 及时排除积水, 保证开挖工作在干地上进行。
( 二) 合理安排开挖程序, 保证施工安全, 提高开挖效率
　　基坑开挖范围一般比较集中, 为了提高工效常有多个工序平行作业, 如安排不当易产生施工干扰, 甚至会引起安全事故。
　　基坑的开挖程序, 要掌握好”自上而下, 先岸坡后河槽”的原则。对于较开阔的河床中基坑开挖也可合理分区、 作好防护、 同时并举。
　　 对于形体比较复杂的地基开挖, 则要注意开挖卸荷造成地层应力应变的重分布, 避免形成新的不稳定岩体。无论是岸坡还是河槽地基, 都要分层开挖、 逐步下降( 如图2-l所示) 。

( 三) 合理选定基坑开挖范围与形态
　　基坑开挖范围主要取决于水工建筑物的平面轮廓, 这也就是岩基开挖的最小轮廓线。实际开挖时, 还要考虑由于施工机械运行, 道路布置、 施工排水、 立模支撑等要求, 适当放宽, 放宽的范围根据实际需要而定, 一般从几米到十几米不等。对于扩挖轮廓线以外的岸坡和坑槽开挖壁面．应注意随着开挖高程的下降及时测量检查和安全处理, 防止欠挖或过多超挖。要避免在形成高边坡、 深槽壁面后再进行处理, 防止滑坡或落石伤人。必要时, 在适当高程岩坡上设置挡渣栅栏。
　　为了有利于水工建筑物的稳定, 建筑物的地基开挖以后要求基岩面比较平整, 高差不宜太大, 要避免基岩有尖突部分和应力集中, 并尽可能略向上游倾斜, 如图2—2所示。
如原基岩面高差过大或向下游倾斜, 若仍按图2—2
的开挖形态来开挖基岩也是没有必要的。因为这样会徒增开挖量, 造成浪费。正确的方法是开挖成一定宽度的平台与一定宽度的斜坡结合的折线型基岩面。但要注意平台面宽度不能太小, 一般约占坝段的1／2至1／3左右, 图2-2坝基开挖形态而且平台要避免向下游倾斜, 如图2—3所示。
　　对于地形较陡的岸坡重力坝段的岩基, 还应考虑到坝体沿坝轴线方向上的稳定要求, 将岩基开挖成沿坝轴线方向有一定宽度的平台, 以利于各坝段的稳定和正常工作, 如图2 4所示。

　　拱坝的坝基开挖要求更为严格, 因为拱坝体形比较单簿, 坝体的稳定主要靠两岸拱端基岩的反力作用, 不全依靠坝体自重来维持, 因此, 拱端岩体的稳定是坝体安全的根本保证。拱坝基岩开挖形态除同重力坝的要求外, 沿坝轴线方向的岸坡段岩基开挖面要略倾向上游, 同时与拱坝所受的推力方向保持垂直, 以保证按设计要求使拱的推力传向两岸坝肩岩体。
　　拱坝坝肩岩体的处理与加固, 对拱坝安全十分重要, 在坝基开挖同时就解决好, 采用控制爆破开挖, 再用锚筋桩或预应力锚杆和锚索加固就是常见的加固手段, 如图2 —5所示。
　　支墩坝坝基, 同样要求开挖平整, 并略向上游倾斜。支墩之间高差太大时, 应使各支墩坐落在各自的平台上, 并注意支墩的侧向稳定, 必要时用回填混凝土或加撑墙柱等结构.予以加固, 如图2—6所示。
( 四) 正确选择开挖方法及参数, 保证坝基开挖质量

　　水工建筑物的自重与工作荷载往往是巨大的, 因而支承这巨大的荷载的基岩必须有足够的”强度、 抗渗性及耐久性。天然岩基由于长期经受地质作用, 都有不同程度的风化层, 节理裂隙、 软弱夹层和断层破碎带等缺陷。因此, 要合理确定一定的开挖深度, 清除表层不合设计要求的岩体。开挖深度是根据坝基应力状态、 岩石强度及完整性, 水工建筑物上部结构对地基的要求和地基固处理的效果、 工期和费用等因素研究确定。中国重力坝设计规范规定: 坝高在70m以上的重力 坝可建在新鲜、 微风化或弱风化下部基岩上; 坝高30～70rn的中坝可建在微风化至弱风化上部基岩上; 同一重力坝中两岸较高部位的坝段坝基, 基岩的标准可比河床部位适当放宽, 但要注意这条规定对拱坝坝基不适用。
　　开挖深度对岩基而言是十分重要的参数, 并非是多挖岩石就一定达到了设计要求, 要根据实际状况, 全面、 科学地分析论证。这是关系到大坝的根基是否坚实可靠, 开挖工程量及费用是否经济合理, 工期和施工强度能否得到保证的大问题。
正确选择开挖方法, 是做好基坑开挖工程的关键。对岩石3回填混凝土地基而言, 主要的开挖方法是爆破开挖, 采取控制爆破, 分层向下, 预留保护层的方式进行开挖施工。其技术原理和具体方法可参阅第一章爆破工程施工。
　　坝基爆破开挖的基本要求是: 保证质量; 注重安全; 方便施工; 综合平衡。其中以质量、 安全为重点。
　　保证质量、 具体在两个方面: 一方面要求在爆破开挖过程中既有效地按设计分层逐层下挖, 又要有效地防止由于爆破震动破坏保留岩体和设计基岩线下的岩体; 另一方面要求在爆破开挖时防止对已建成的水工建筑物或已完工的灌浆地段造成损坏。
　　为保证基岩岩体不致遭受开挖爆破的破坏, 一般可采用两种方法: 一是预留保护层的方法, 二是不预留保护层的开挖方法。
　　保护层是指在一定的爆破方式和爆破规模( 最大一段起爆药量) 下, 不同直径的药卷爆破对设计建基面不产生破坏, 而在建基面以上( 或以外) 预留的相应安全厚度。保护层厚度可根据水工建筑物对地基的要求经过现场试验来确定, 在不具备试验条件时, 可参照表2一l选取。
　　保护层以上岩体的开挖, 一般采用延长药包梯段爆破, 毫秒分段起爆, 最大一段起爆药量( 是指一次爆破中, 毫秒分段中振波不同相叠加的串联孔最多的各孔药量之和) 不大于5埘3kg。对于不具备梯段地形的岩基, 则应先进行平地拉槽毫秒起爆, 创造出梯段爆破的条件后再进行梯段爆破。
　　保护层的开挖是控制基岩质量的关键。对大于1．5m的保护层岩体, 仍可采用中( 小) 孔径及相应直径的药卷进行梯段毫秒爆破, 按表2—1或现场试验留出相应的保护层。距建基面l.5m的一层岩体, 采用手风钻钻孔, 仍可用毫秒分段起爆, 其最大一段起爆药量应不大于300kg。
　　建基面以上1．5m以内的垂直方向的保护层, 宜采用手风钻逐层钻孔、 装药、
表 2-1　　　保护层厚度

岩石性质
保护层名称
软弱岩石
( бc<300Mpa)
中等坚硬岩石
( бc=30～60Mpa)
坚硬岩石
( бc>300Mpa)
垂直向保护层
40d
30d
25d
水平向保护层( 地表)
( 200～100) d
水平向保护层( 底层)
( 150～75) d
注: 表中d为爆破开挖所用的药量的直径( mm) , бc为岩石抗压强度。
　　火花起爆, 药卷直径不得大于32ram( 散装炸药加工的药卷直径, 不得大于36mm) 。最后一层保护层的开挖钻孔可视建基面处岩质情况分别处理。
　1) 对于坚硬完整的基岩( 一般极限抗压强度бc ”大于60MPa的岩石) 可钻至建基面终孔, 但孔深不得超过50cm;
　2) 对于软弱、 破碎岩基, 则应留足20～30cm的撬挖层, 用风镐或人工撬挖。
　　以上预留保护层开挖方式的技术要点是: 分层开挖, 梯段爆破, 控制一段起爆药量, 按药卷直径若干倍数预留保护层, 其目的就是为了控制爆破震动的影响, 保证岩基开挖质量。
　　第二种基岩开挖方法是分层爆破开挖, 不留保护层, 或者是保护层一次爆破开挖的方法。由于分层爆破开挖, 预留保护层的开挖方法, 其优点是能够尽量减少爆破开挖对岩基的震动破坏, 不降低基岩的承载力和抗渗性能, 可是施工速度相对较慢, 人工耗费量大, 特别最后一层20～30cm岩层靠人工撬凿, 劳动强度大、 工效低, 因而开挖单价也较高。为此, 近年来, 许多重要水利水电工程总结推广了不留保护层或一次爆破保护层的新的方法, 该方法的技术要点是:
( 1) 先锋槽开挖先锋槽即采用钻爆方法, 首先在基坑适当部位开挖出一块地槽, 从而得到四周相邻的新工作面, 为相邻岩体开挖创造有利条件。先锋槽钻爆开挖钻孔装药简图如图2—7所示。
( 2) 邻接块控制爆破开挖邻接块是紧随先锋祥肄插进行的, 其大小根据先锋槽的情况, 坝基的几何形状以及钻机性能而定．逐步扩大』郜接块的爆破开挖分别采用水平预裂和水平梯段爆破, 在顶部则用垂直或倾斜}L梯段爆破』钻孔布置如图2—7所示。
( 3) 水平预裂爆破与水平梯段爆破参数的选择和爆破施工水平预裂爆破, 水平梯段爆破的作用原理与垂直或倾斜预裂爆破、 梯段爆破并无本质的不同。所不同的是在爆破过程中需要克服岩石的自重作用, 因此其参数选择不宣照搬垂直或斜孔的爆破参数, 应结合实际情况进行必要的科学试验。或参照已有的成功经验用类比法选择, 然后在实际施工中修改完善。
　　以东江水电站基坑开挖为例, 其河床水平预裂爆破应用的参数为: 孔径90mnn, 孔距90～100cm, 一次钻进14～1 6m, 药卷直径为32mm( 乳胶炸药) , 不偶合系数2．8l, 线装药1000～ g/m, 中部650～800g/m, 上部500～600g/m, 用导爆索连接。装药方法, 堵塞和电爆网路均与岸坡相同。
　　水平梯段爆破应用于先锋槽与河床段邻接块, 其参数与斜孔或竖直孔相近。水平段爆破孔应平行于底部水平预裂孔, 高差0.7～1．Om, 7孔距1.5m, 视岩层厚度布孔2～3层, 上层孔高差2m左右, 钻孔深14～16m, 呈梅花形分布, 用75mm乳胶炸药, 单位岩石耗药量0.7kg/m³, 最大一段起爆药量300kg。先锋槽两侧各钻4: 1倾斜光面爆破孔一排, 孔距1.8～2.0m, 孔底距水平预裂面1m, 用32mm乳胶炸药, 单位耗药量0.35kg/m³, 如图2—8所示。

　　采用预裂爆破技术, 开挖几何轮廓清晰, 整齐美观, 对边坡减震效果显著, 大大减少边坡安全处理的工作量。同时采用大孔径深孔预裂和一次开挖成形, 不留保护层, 也大大加快了施工进度, 节约了资金。
　　不留保护层的另一种爆破方法能够用深孔梯段与规格洞相结合的方法。所谓规格洞, 就是沿设计建基面轮廓, 先开挖出若干水平辅助洞, 辅助洞连通若干水平支洞, 在支洞底部布置水平预裂孔, 其上一定间距布置主爆孔, 在规格洞顶部及外侧采用深孔钻爆( 内侧为保留岩体部分) 。
深孔梯段与规格洞相结合爆破开窀法见图2—9所示。

　　保证基岩开挖质量的另一重要方面是爆破开挖不能破坏已修筑的建筑物和灌浆设施。在安排施工进度时, 应避免在已浇的坝段和灌浆地段附近进行爆破作业。如确实无法避免时, 则应有充分的论证和可靠的防震措施。根据《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》( SDJ211--83) 规定:
　1) 根据建筑物对基础的不同要求以及混凝土不同龄期, 经过模拟破坏试验确定保护对象允许的质点振动速度值( 即破坏标准) 。若不进行试验时可参照类似工程实例确定。
　 2) 经过实地试验寻求本工程爆破振动衰减规律, 即利用不同药量、 测距与相应各测点的质点振动资料, 用公式( 1-58) 求得。
　3) 采用本工程关系式和被保护对象允许的质点振速值, 规定相应的安全距离和允许装药量。
　4) 若无条件执行上述规定时, 则应参照表2—2的规定执行。
表2—2　距离与爆破方式及装药量美系

　5) 在邻近建筑物的地段( 10m以内) 进行爆破时, 必须根据被保护对象的允许质点振动速度值, 按本工程实测的振动衰减规律严格控制浅孔火花起爆的最小装药量。当装药量控制到最小程度仍不能满足要求时, 应采取打防震孔或其它防震措施。
　6) 不得在灌浆完毕地段及其附近进行爆破, 如因特殊情况需要爆破时, 只能进行少量的浅孔火花爆破, 并应对灌浆区进行爆前爆后的对比检查, 必要时, 还须进行一定范围的补灌。
( 五) 做好开挖和利用石渣的综合平衡, 全面规划
　　大中型工程基坑土石方的开挖量往往是很大的, 需要大量的装渣运输机械及大片堆渣场地。如果能充分利用开挖的土石料, 不但能够大大减少弃渣占地, 而且能够同时进行相关的工程项目, 节约大批建设资金。例如, 不少工程用基坑出渣修筑土石副坝和围堰; 用基坑石料制做混凝土骨料; 用基坑出渣填筑有用的施工场地及填平对施工有妨碍的地面沟堑; 有条件的地方, 弃渣还可结合农业上的改地造田, 尽量做到料尽其用。对于确需要丢弃的废渣, 必须认真规划弃渣场地, 结合当地条件作出合理布局。工作中应着重注意以下几点:
　1) 弃渣场地及连通道路, 作为工程施工总平面布置的一部分, 统筹规划, 使得既方便施工, 又节省出渣费用。
　2) 弃渣不得恶化河道水流条件, 造成上下游河床的有害淤积。如提高尾水或堰前水位, 阻滞水流, 降低电站出力, 影响围堰防渗等。
　3) 弃渣堆放, 应力求不占压或尽量少占压耕地, 以免影响农业生产。
　4) 尽量使弃渣一次到位, 避免二次搬运, 以节约资金, 降低工程造价。

二、 岩基处理
　　前述岩基爆破开挖是岩基处理的常见方法之一。当基岩表层不是很深的范围内存在强风化岩体、 节理裂隙、 破碎带或软弱夹层等地质缺陷, 采用爆破开挖处理, 一般都是有效的和经济的。但如果基岩的缺陷埋藏很深, 情况复杂, 开挖起来相当困难或者费用高昂, 就须考虑采用其它专门方法。由于水利水电工程基岩状况各不相同, 地质缺陷也各有差异, 处理方法也有多种, 这里仅介绍几种有代表性的处理措施。
( 一) 断层破碎带处理
　　岩层或岩体受力而产生断裂, 并沿断裂面两侧发生显著位移的断裂构造称为断层。断层两边岩体受一系列断裂活动及风化作用, 常常形成强度低的破碎发育岩体带, 称作断层破碎带。其长度及深度往往较大, 不同于一般的岩体节理。坝基上的断层破碎带, 其强度、 承载能力、 抗渗性远不能满足设计要求, 必须清除或处理。
　　对于宽度较小或闭合的浅埋破碎带, 多采用明挖换基的方法, 将破碎带一定深度两侧破碎风化的岩石清除, 回填混凝土, 必要时铺设抗裂钢筋和进行接触灌浆。
　　对于埋深较大且为陡倾角的断层破碎带, 除在断层出露处按上述处理办法设置回填混凝土塞之外( 混凝土塞宽度一般可取断层宽度的l～1．5倍, 且不小于1.Om) , 必要时可沿破碎带开挖若干斜井和平洞, 用混凝土回填与断层相交一定长度, 组成地下抗滑塞群, 而且与帷幕灌浆结合起来共同保证坝基的抗渗性和承载力, 如图2一10所示。
　　中国黄河上游第一级大型水电工程龙羊峡水电站, 在深长断层破碎带基础处理上成果显著, 颇具代表性, 作为工程实例, 兹简介如下:
　　龙羊峡坝址区内岩体主要为花岗闪长岩体, 断层、 裂隙发育, 且常沿断裂形成软弱破碎带, 较大的断层错纵交汇, 呈全、 强风化状。坝址区内较大的构造带有8条, 地质条件复杂。因此深层断层破碎带的处理是确保大坝安全及正常运行的关键工程。
　　龙羊峡水电站基础处理的主要措施是: 除按常规进行帷幕灌浆, 打排水孔加强坝基防渗和排水外, 还利用回填混凝土沿断层走向对破碎带进行部分置换、 布置抗剪洞塞, 将主坝传递的剪推力传递给两岸深部完整岩体。断层破碎带未置换部分, 则利用高压固结灌浆及化学灌浆予以加强, 如图2-ll及图2-12所示。
　　对断层破碎带进行回填置换混凝土, 布置抗剪洞塞的前提是做好沿断层带掏挖洞室, 这部分工程是在软弱破碎岩层中进行, 应特别注意施工安全与质量。严格监控开挖后岩层的松弛, 预防塌方, 一般可采用的技术措施是: 锚喷支护, 即用锚杆喷敷混凝土, 必要时挂钢筋网联合支护; 分部开挖, 先上部导洞开挖再下部扩大开挖; 钢支撑防护, 采用型钢搭设保护棚, 控制抵御塌方, 并在防护棚下出渣和浇筑混凝土; 先回填部分混凝土, 减少施工断面, 在断层带交汇处, 破碎岩体范围较宽, 有可能因开挖扰动造成塌方, 预先回填部分混凝土对控制塌方是必要的。
　　对未被置换的断层破碎带进行高压水泥灌浆, 个别重要部位在水泥灌浆的基础上再进行化学灌浆处理, 能够取得良好的效果。

　　对于拱坝坝肩高边坡部位的断层破碎带的处理, 是许多高山深谷坝基处理常见的问题。如图2一13所示, 是日本奈川渡拱坝坝肩处理方案的一部分。
　　该坝坝址附近, 断层节理较发育, 其中以几组接近直立且平行于河谷纵向的断裂面, 对坝肩的稳定影响最大。该工程采用开挖回填混凝土, 预应力高强锚杆和固结灌浆相结合的处理方案, 收到良好效果。该工程坝肩断层处理有两个特点:
　1) 用高压水力切割法进行断层开挖, 避免爆破震动对坝肩岩体的影响。水枪在工作隧洞( 断面为2m宽, 2～5m高) 以水柱压力10．2MPa, 流量2m。／mill, 由下至上喷射。水枪有效射距约5m, 断面开挖分层为l0m左右, 断层开挖、 回填的水平长度约30m。开挖回填以后, 再从工作隧洞向四周钻辐射状的固结灌浆孔进行固结灌浆, 最大灌浆压力为1．0MPa。为了防止高压水冲挖时由于应力解除和岩体发生局部回弹, 采用分层分块开挖的方法, 开挖一块, 立即回填混凝土, 待混凝土凝固以后, 再开挖、 回填第二块。
　2) 用高强预应力钢锚杆组加固坝肩岩体。先在两岸坝肩一定范围内钻直径150mm的钻孔, 孔深为40～90m不等, 深入完整稳定岩体, 然后插入6根一组的高强钢锚杆( A, B型各3根) , 每根锚杆直径27mm, 孔底内锚固段长约6m, 用掺有铝粉的水泥砂浆作胶固剂, 灌入内锚固段。在内锚固段灌注完毕以后, 在每个孔口浇筑钢筋混凝土锚固墩, 作施加预应力之用。待内锚固段砂浆与外锚固墩混凝土龄期达到28天以后, 用千斤顶对每根锚杆施加400kN的设计张拉力, 张拉过程按操作规程逐级加载后锁定, 为减少锚杆松弛造成预应力损失, 一段时间后进行补偿张拉, 最后用水泥砂浆封孔, 以防锚杆锈蚀。
　　中国在高拱坝坝肩处理方面也取得显著成绩。近年来一些重点水电工程基础处理, 包括高拱坝坝肩的处理水平达到当代国际水平, 如图2—14所示为在建中的李家峡水电站坝基( 坝肩) 处理示意图。
　　该工程大坝为混凝土双曲拱坝, 最大坝高165m。, 装机容量200万KW, 坝两岩山体陡峻, 但受多期构造活动影响, 断层裂隙较发育, 影响较大的有四组断裂, 以顺河向最为发育。特别是左岸坝肩山体三面临空, 山体单薄且被冲沟切割成沟梁相间的锯齿状地形, 坝肩和基础处理复杂, 工作量大。主要采取的处理措施是:
　1) 对坝肩两岸高边坡采用喷混凝土护面, 必要处另加钢筋网再喷混凝土。
　2) 坝肩两岸山体( 以下游侧为主) 布设系统的锚杆, 预应力锚索及锚筋桩。其主要型式为JLM—32—600kN高强精轧螺纹预应力筋锚杆, 孔径110mm, 孔深一般25～30m。QM15—19型预应力锚索, 工作拉力1000kN, 锚索孔径120mm, 孔深30～35m, 锚索由6股7φ5高强、 低松弛钢绞线组成。QM, 。一19型预应力锚索, 工作拉力: ~000kN, 锚索孔径165mm, 孔深一般40～45m, 锚索由19股7φ5高强、 低松弛钢绞线组成。另有3φ32、 3φ28粘着式锚筋桩, 采用Ⅱ级热轧人字螺纹钢筋, 单根锚筋采取闪光对接焊或多嘴对接气焊加长, 锚筋桩束每2m相互粘焊5cm长组成整体, 孔径100mm, 孔深一般10～15m。上述几种锚杆、 锚索及锚筋桩的间距一般为．3m×3m, 锚杆、 锚索的内锚固段一般为6～8m长。内锚固段胶凝材料采用525号早强硅酸盐水泥, 另掺配适量的外加剂。待内锚固段与外锚墩混凝土强度达到设计张拉锚索( 杆) 要求之后方可进行张拉及锁定施工。必要时, 还要在适当时间进行补偿张拉。锚索( 杆) 的安设张拉及锁定, 必须遵循严格的操作规程才能保证施工质量及安全, 达到设计要求。
　3) 坝基下的断层, 在上部设置混凝土塞, 塞下部和附近加强固结灌浆。再往
深处则沿断层带一定高程处挖洞设混凝土抗剪洞塞, 并利用这些洞作高压灌浆廊道和高冲置换洞。
4) 作好坝基帷幕灌浆和排水系统。
　　采用这些综合措施, 保证了坝基( 坝肩) 的整体性、 抗渗性及承载能力, 满足了设计要求。

( 二) 缓倾角软弱夹层的处理
　　软弱夹层, 主要是指基岩层面之间或裂隙面中强度较低, 已泥化或遇水容易泥化的夹层, 一般它比断层破碎带尺度要小, 但如处理不当或忽视它也会带来严重后果。对于陡倾
　　角软弱夹层, 如没有与上下游河水连通, 可采用开挖和回填混凝土的方法, 主要解决地基的承载能力问题。如果夹层与库水相通, 则除对坝基范围内的夹层进行开挖, 回填处理之外, 还须在夹层上游库水入渗处进行封闭处理。一般情况下可按坝基防渗要求, 用犬口径钻机钻孔或用竖井或斜井挖除夹层, 再回填混凝土, 同时, 做好帷幕灌浆和排水系统, 如图2—10所示。一般情况下的陡倾角软弱夹层, 作了上述处理后, 坝基的稳定性是有保证的。
　　对于贯通性复杂的陡倾角软弱夹层, 必要时还要在岩基内挖掘立体交叉的回填洞塞。
　　对于坝肩部位陡倾角软弱夹层, 主要是预防不稳定岩块切割体的塌滑, 采用锚固技术一般都是有效的。而对于位于坝基的缓倾角软弱夹层, 特别是倾向下游的, 对坝体稳定十分不利, 因为上游库水的强烈渗透, 能够泥化软弱夹层, 从而降低坝体的抗滑稳定性, 严重的可能导致大坝整体失稳, 发生严重失事。因此, 坝基内如有不利的软弱夹层存在时, 往往成为影响坝体安全的关键问题。在水工建筑设计和施工部门称这类问题为坝基深层抗滑稳定问题。
　　处理缓倾角夹层的方法有多种, 比较常见的有以下几种。
1．加深开挖, 在坝踵及坝趾设置两段齿槽
齿槽嵌入软弱带下的深度及切穿软弱带处的宽度要经过计算确定, 即齿槽嵌入段能发挥的被动抗力应和齿槽的抗剪断强度相适应, 并能满足抗滑安全度所需值。齿槽设在坝踵的部分, 能够与帷幕灌浆衔接, 兼起防渗墙的作用。齿槽在施工中需认真处理好现场组织, 在狭深的凹槽中回填混凝土, 对其温度控制和防裂等问题亦须注意, 如图2—15所示。
2．设置抗剪桩或抗剪键槽
　　沿软弱夹层开挖平洞然后回填混凝土或钢筋混凝土( 并可利用平洞进行必要的灌浆、 加固工作) 形成抗剪键槽。如软弱夹层较浅且又有多层, 在浅地层下开挖平洞和回填混凝土就比较困难, 此时可自上而下由坝基采用钢筋混凝土抗剪桩代替抗剪键槽。其优点是比较经济, 施工简便, 能同时穿过几层夹层, 缺点是每个桩的断面有限, 抗剪效
果不如键槽。抗剪桩可用人工开挖, 也可用大口径
钻机钻孔, 如图2—16所示。

3．采用预应力锚索加固
　　预应力锚索加固坝基软弱夹层效果显著。中国双牌水库大坝, 建成于60年代初期, 运行中发现下游坝趾有黄色物质涌出, 发现坝基内有多层软弱破碎夹层, 扬压力增高。大坝泄洪运行之后, 下游冲刷坑深切, 使缓倾角夹层显露, 严重影响大坝的安全运行。经勘探, 主要夹层有五条, 厚度l~3cm, 夹层物质为板岩碎片、 岩粉与黄色粘土, f值0.33～0.4之间, c值仅0.027～0.05MPa。同时, 上游帷幕也发现局部失效。采取的加固措施是: 加强帷幕, 修复其完整性; 延长挑流鼻坎, 使冲刷坑远移; 用预应力锚索加固大坝及鼻坎延长段, 锚索材料选用≯5钢丝165根, 单孔加力3187kN, 共设274孔。采用这些措施之后, 大坝运行恢复正常。如图2 17所示。
　　国外大中型水电工程采用预应力锚固技术进行坝基、 坝肩基础加固, 坝体加高, 坝体病害( 裂缝及缺陷) 处理及大型弧门铰支座加固等, 均取得良好的技术经济效益。中国自1964年在梅山水库左坝肩断层加固处理采用预应力锚固技术获得成功以来( 混凝土柱状锚头, 胶结式内锚杆, 单}L锚固力3240kN) , 越来越多的大中型水利水电工程都在采用预应力锚固技术。在锚固材料, 锚具型式、 张拉机具及施工技术工艺等方面, 发展很快, 当前已接近国际水平。

4.适当改进坝体结构, 利用上游水重增加稳定性
　　在坝踵前设置防渗混凝土底板, 并将帷幕及排水系统适当前移, 这样可利用防渗板上部的水重增加抗滑力, 如图2—18所示。中国葛洲坝水利水电枢纽和大化水电站等都曾成功地采用这种措施来提高坝体抗滑安全系数。这种结构措施关键问题之一是要做好防渗板与坝体的联接处的止水设施, 防渗板本身不能漏水, 否则将会失效。

( 三) 岩溶处理
　　岩溶是可溶性岩层长期受地表水或地下水溶蚀和溶滤作用后, 所产生的一种然现象。在中国可溶性岩石( 主要是石灰岩、 白云岩) 分布较广, 黔、 滇、 桂、 川、 湘、 粤、 苏、 浙、 晋、 鲁等省区都有分布, 其中以黔、 滇、 桂等省区最为集中。由于水的长期溶蚀、 溶滤作用, 在岩体中形成溶洞、 溶槽、 漏斗、 暗沟、 暗河、 岩溶湖、 岩溶泉等地质地貌现象。上述作用和现象中国总称为”岩溶”, 又称”喀斯特”。岩体中上述地质缺陷削弱了水工建筑物基础的承载能力, 并形成漏水的通道, 严重危及水工建筑物的正常建设和运行, 必须妥善处理。因此, 岩溶处理的主要目的, 就是防止渗漏, 保证蓄水及提高坝基的承载能力, 确保水工建筑物的稳定与安全。
岩溶情况比较复杂, 又比较隐蔽, 因此首要的问题是做详细的坝基探测, 弄清溶洞等地质缺陷的形态、 规模、 来龙去脉, 做到心中有数, 再区别情况, 采取相应的措施。
　　对于坝基表层或埋藏较浅的溶槽、 溶洞等, 能够从地表进行开挖, 清除溶蚀作用造成的风化破碎岩石和洞穴中的充填物, 冲洗干净后, 用混凝土填塞; 对于深长的溶槽或溶洞等, 不宜直接挖除, 一般可进行洞挖回填置换, 并进行灌浆处理。当溶蚀比较轻微, 渗透性较小时, 可用常规的灌浆方法施工; 对大裂隙破碎带等渗漏性大的地段, 则可用群孔水气混合冲洗, 然后进行高压灌浆处理; 对于有溶洞, 暗河等贯通性地下空腔, 则应打平洞或大口径竖井, 在洞内修筑截水墙, 并用多段混凝塞封闭通道后再进行高压灌浆。
　　 采用这种岩溶地基处理方法的工程实例很多, 如美国道格拉斯重力坝, 其坝基岸坡下有溶洞多处, 从表层延深到深部地层, 长达100多米。溶洞一般高度l～3m, 最大高达6m。该工程采用直径1m左右岩心钻, 每隔一定距离, 钻设直达溶洞顶部的钻孔。然后沿溶洞走向开挖平洞, 清除充填物, 冲洗干净后回填混凝土。最后再作接触灌浆和帷幕灌浆处理。
　　对于内含松散物质的大型溶洞, 除上述措施之外, 还可采用高压旋喷法来处理。高压旋喷法是近年来发展起来的处理软土地基的一项新技术, 它适用于标准贯入度为O～30的淤泥、 粘性土、 砂土、 砂砾石层的固结和防渗工程。该法利用钻杆下端有特殊喷嘴的钻头( 或喷头) , 待钻到预定位置后, 用高压( 200～250MPa) 脉冲泵迫使浆液从喷嘴以高速喷出。
　　 浆体的强大冲击力将土层切割搅动, 使充填物与灌浆液混合。当钻杆以一定速度带动喷嘴旋转又提升时, 在钻孔周围形成水泥浆与充填物混合胶固体, 形状似圆柱, 称为旋喷桩。许多个旋喷桩胶结为整体后就能够大大提高防渗性能, 增强地基承载力。中国乌江渡水电工程在采用高压灌浆配合旋喷法处理含充填物溶洞方面取得较成功的经验, 如图2一19所示。

第二节 软基开挖与处理

软基主要指土基和砂砾石地基。
　　软基处理的方法有多种, 诸如开挖、 同填、 换砂、 预压、 桩基、 筑截水墙、 修防渗墙、 设铺盖、 设减压井、 帷幕灌浆、 振冲加固、 旋喷加固等等。为避免与一般土石方工程和地基基础工程论著的重复, 这里主要介绍水利水电工程常见的防渗墙施工及振冲加固等问题, 有关灌浆工程施工问题, 将在第三章中介绍。
一、 防渗墙施工
　　防渗墙是修建在挡水建筑物基础透水地层中的地下连续墙。其作用是控制地下渗流, 减少渗透流量, 保证建筑物和地基的渗流稳定。它是解决深厚覆盖层中渗流的有效措施。50年代它起源于意大利。当前, 这项技术已有20多种挖槽机械和施工工艺, 在国内外得到广泛应用。
　　中国水利水电建设中, 自1958年开始采用防渗墙技术, 先后在70多个工程中建造了40多万m2的防渗墙。最大墙深74．4m( 四川铜街子水电工程) , 最大墙厚为1.3m( 甘肃碧口水电工程) , 其中墙深超过40m的已有25道, 都取得预期效果。防渗墙技术已发展成处理深厚覆盖层和透水基础的较成熟的施工技术。
　　防渗墙之因此得到广泛的应用, 主要原因是它具有结构可靠, 防渗效果好, 能适应各种不同地层条件, 施工时几乎不受地下水位的影响, 施工方便快速, 修筑深度大( 国外已超过lOOm深) , 造价也比帷幕灌浆低得多。
水利水电工程中的防渗墙的作用及应用有以下主要方面:
　1) 控制闸、 坝基础的渗流;
　2) 控制围堰堰体和基础的渗流;
　3) 防止泄水建筑物下游基础的冲刷;
　4) 作一般水工建筑物基础的承重结构等。
　　因此, 现代防渗墙的作用已远超出”防渗”的范围, 它可用来解决防渗、 防冲、 加固、 承重等多方面的工程问题。
　　防渗墙的施工方法主要有两种: 一是排桩城墙, 二是开槽筑墙。当前多用的是后者, 本书也主要介绍这种方法。
　　开槽筑墙的施工工艺, 是在地面上用一种特殊的挖槽设备, 沿着铺设好的导向槽, 在泥浆护壁的情况下, 分两期开挖一条窄长的深槽, 在槽中浇筑混凝土或其它材料, 筑成地下连续墙体。地下连续墙按其材料可分为土质墙、 混凝土墙、 钢筋混凝土墙和组合墙。
防渗墙施工的程序为: ①成槽前的准备工作; ③在泥浆固壁情况下挖槽; ⑧终槽验收和清槽换浆; ④防渗墙的浇筑( 用混凝土或其它材料) ; ⑤全墙质量验收等过程。其中一些主要施工问题分述如下。
( 一) 成槽前的准备工作
　成槽前的准备工作是确保防渗墙施工质量的第一个重要环节, 其主要内容如下。
1．选定防渗墙槽段长度和宽度
　　防渗墙施工是分段分期进行的, 它是由一段段槽孔套接而成的地下墙。先施工的槽孔称为一期槽孔, 后施工的称二期槽孔。一、 二期槽孔套接而成一道地下连续墙, 如图2-20所示。

　　每段槽孔的长度, 对防渗墙的整体性和施工质量有一定的影响。原则上, 应尽量减少接头, 尽可能采用较长的槽段。可是, 槽段过长, 开槽成墙的时间亦延长, 槽壁稳定性下降, 施工中槽孔壁坍塌的机会将会增多。同时, 每槽段的混凝土必须是不间断地、 连续浇满全槽段, 中途不得停歇。因此, 槽段长度的划分, 要考虑混凝土拌和及运输浇筑能力, 槽段过长, 可能被迫增大设备的生产能力和容量。一般情况下, 一个槽段最好坐落在地层条件相差不太悬殊的地段上。对于易坍塌的粉细砂地层, 易漏浆的大漂石架空地层, 地下水流速较大的地层, 宜采用较短的槽段; 地基较深的槽段, 为缩短成槽时间, 亦应采用较短的槽段。
槽段长度还必须满足下列关系, 以保证混凝土浇筑成墙时的上升速度:
　　　　　　　　　　L≤
式中L——槽段长度, m;
　　Q——混凝土生产能力, m3/h;
　　B——防渗墙厚度, m;
　　v——槽段混凝土面的上升速度, m／h;
　　K——墙厚扩大系数, 可取1.2～1.3。
根据国内一些工程经验, 表2—3所列数据可供定槽段长度时参考。

　　防渗墙中, 钢板桩水泥砂浆和粘土水泥砂浆灌注的防渗墙的厚度仅10～20cm; 混凝土及钢筋混凝土防渗墙, 厚度在60～80cm左右; 泥浆槽的级配混合料填筑的防渗墙, 厚度则达到300cm左右。
　　中国水利水电工程中部分已建成的防渗墙主要技术指标实例见表2—4所示。

2．施工布置及风、 水、 电供应
　　防渗墙施工前, 要做好施工平面布置, 其主要内容包括: 施工平面布置, 混凝土系统, 泥浆系统, 风水电系统以及场内交通, 仓库等主要设施的平面布置。布置时要注意各部分相互间的关系, 同主体建筑物施工的协调。, 施工期渡汛的影响, 防渗墙分期、 分段施工的衔接等问题。
( 1) 供风　防渗墙按常规施工用风量不多, 用于储浆池搅浆和造孔清孔换浆。一般供风量10m3/min左右。若现场无集中供风管路,可设置专用空压机( 6～9m3/min) l～2台。

( 2) 供水　防渗墙施工用水可参考表2—5指标估算、 供水管直径可取流速0.5～3m/s求得。水池用量约为日用水量的l/6～1/8, 一般多为200～5OOm3。

( 3) 供电施工用电有照明用电和机械动力用电, 可参照有关施工供电手册进行计算, 设计时要充分考虑到防渗墙施工的连续性和突击性的特点, 供电不能中断, 要有备用电源。
3．建好施工平台和导向槽
　　施工平台要求平坦、 坚固、 稳定。平台地面应高于施工期地下水位2m, 在坝和堰顶上施工时, 施工平台应经过分析验算, 保证稳定和满足施工场面的要求。一般宽度18～25m, 在坝和堰顶上施工, 顶宽以不小于20m为宜。平台上主要布置钻灌机械, 泥浆系统和混凝土浇筑系统等。
　　钻灌机械因设备类型和施工方法能够”骑墙”布置, 也可在防渗墙一侧布置, 一般多采用一侧布置形式, 如图2—21所示。钻机安装在槽孔的一侧, 平行防渗墙轴线设置4～6条轻轨( 轨距762mm或6lOmm) , 钻机平台车可在轨道上移动; 在槽孔的另一侧布置排渣, 排浆系统, 混凝土浇筑场地及场内交通运输道路等。

　　防渗墙开槽作业前, 沿防渗墙轴线, 设置宽度略大于防渗墙设计宽度的导墙, 以形成导向槽, 这是确保施工质量的重要环节。导墙的作用是:
　　 ①标定防渗墙的位置和范围, 为钻机导向;
　　 ②锁固表层槽口, 保持泥浆压力, 防止槽壁坍塌并阻止废浆脏水倒流入槽;
　　 ③作为机械运行轨道水平基准与承重支点;
　　 ④用作吊放导管, 安置钢筋笼和埋设仪表等的定位与支承。导向槽设置的好坏, 关系着防渗墙施工的成败。
　　导墙内壁垂直, 顶部保持水平, 平行于防渗墙轴线。净宽略大于防渗墙设计宽度的4～6cm。导墙高一般为2m, 底部高程一般应高出地下水位0．5m以上, 以有利于维持槽壁的稳定。
导墙的材料有木结构、 钢木结构