某水库混凝土面板堆石坝坝基处理设计.pdf

第 5 0卷 第 4期 2 0 1 4年 4月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GA NS U WAT E R RE S 0U RC E S A ND HY D ROP O W E R T E C HNO LO GY Vo 1 50 No 4 Ap r ， 2 01 4 设计 与研究 某水库混凝土面板堆石坝坝基处理设计 马文 卿 ( 甘 肃省水利水电勘测设计研究院， 甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0 ) 摘要： 以新疆某水库工程为实例 ， 介绍了混凝土面板堆石坝趾板地基工程地质情况， 趾板地基大部分坐落在中粗粒 花岗岩上， 在右岸坝脚断层破碎带处， 清基 2 0 i n深后设高趾墙， 趾墙上游回填细砂铺盖， 趾墙下游加厚反滤层 ， 并加 强高趾墙地基灌浆处理， 帷幕灌浆检查孔检查结果合格。 关键词： 水库； 坝基处理； 断层破碎带； 设计 中图分类号 ： T V 2 2 3 ； T V 6 4 1 3 文献标志码 ： B 文章编号 ： 2 0 9 5 0 1 4 4 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 4 9 0 2 1 工 程概 况 新疆 某水库位 于某市 西南 约 2 6 k m 的某河 中 游 工程控制灌溉面积 4 9 8万亩 ， 并 为灌 区内 5个 行政村人蓄饮水提供水源 。水库工程由混凝土面板 堆石坝 、 左岸导流兼排砂输水洞 、 溢洪道等组成 。水 库总库容 4 5 4万 m 最大坝高 6 1 5 7 m， 正常蓄水位 1 0 4 5 4 5 m， 相应库容 3 9 7万 m ， 兴利库容 3 4 1 万m 。 ， 设计洪水位 1 0 4 7 3 2 1T I ，校核洪水位 1 0 4 7 6 3 I T I ， 坝 顶 高程 1 0 4 7 9 6 m。 水库为等小( 1 ) 型工程 ， 主要建筑物混凝土面 板 堆石 坝 、 导 流 兼 排砂 输 水 洞 、 溢 洪 道 为 4级 ， 次 要 建筑物及临时建筑物为 5级。混凝土面板堆石坝设 计洪水重现期 5 0年 ， 相应洪 峰流量 1 3 9 m 3 s ， 校 核 洪 水重 现期 1 0 0 0年 ， 相应 洪 峰 流量 1 8 3 m S s 。消 能 防冲洪水重现期 2 0年 ， 相应洪峰流量 1 2 4 m 3 s 。 工程区地震动峰值加速度 O 0 5 ，相应地震基 本烈度度 ， 地震动反应谱特征周期为 0 4 5 S 。 工程 区多年平均降水量 2 8 3 4 m m。 水面蒸发量 1 9 4 5 8 mm， 多年平均气温 4 1 ， 多年平均风速 2 7 m s 最大冻土深 1 8 5 e m。坝址处流域面积 2 2 0 k m ， 多年平均年径 流量 44 2 0万 IT I ，多年平均流量 1 - 4 m 3 s ， 多年平均总输砂量 6 5 5万 t 。 2坝基 工程 地质 情 况 水库区出露的地层主要为华力西晚期的花岗岩 类 ( r 4 ) ， 第 四系地层分布相对较少 ， 主要为基岩的 坡 、 洪积物和河床冲积砂卵砾石层。残 、 坡积物由碎 块石 、 岩屑和砂土混合堆积， 厚度 0 5 4 0 1T I ； 河床 内 冲积砂 卵砾石层 ， 厚度 3 4m。 库坝区河水 、 泉水 、 基 岩裂隙水 的水化学类型均属 HC O - 3 型 微硬淡水 ， 水质偏碱性 ，矿化度值 0 1 4 4 0 2 3 1 g L ，属可饮用 水 。 坝址 处 呈基 本对 称 的 U形 河谷 ， 坝址左 岸 谷 坡 段 ， 地 形 坡 度 5 0 。 7 0 。 ， 高程 1 0 0 0 1 0 5 2 m， 基 岩 裸 露 ， 岩性为中粗粒花 岗斑岩 ， 中部发育有宽 2 3 m 的 细粒二云母钾长花岗岩脉。表层岩体球状风化 ， 岩 体裂隙中等发育 ， 发育有卸荷裂隙， 发育深度 7 m左 右。基岩强风化层厚度一般在 6 0 9 0 m， 边坡局部 卸荷裂隙带厚度达 1 6 0 m岩体纵波速度 = 2 6 0 0 2 8 0 0 m s 。 基岩弱风化层厚度一般 5 0 9 0 m， 岩体较 完整 ， 岩体纵波速度 V p = 3 0 0 0 3 5 0 0 m s 。该段岩体 q 5 L u界 限 在基 岩面 以下 埋 深 4 0 4 5 m。弱 风化 层 岩块物理力学性质 ， 饱和抗压强度 3 6 3 7 MP a ， 软化 系数 0 5 7 ， 饱和变形模量 3 4 3 G P a ， 泊松 I： L o 2 2 ， 饱 和抗剪断指标 ： C = I 3 MP a ， q = 4 3 0 。 。 坝址河床段 ，河床内第四系覆盖层厚度 4 0 m， 为冲积砂卵砾石层 ， 砂卵砾石层干密度p d = 2 0 g c m ， 比重 G s = 2 6 8 ， 渗透系数 = 5 2 x l O c m s 。砂卵砾石 层下伏基岩为 中粗粒花岗斑岩 ， 基岩强风化层厚度 2 3 1T I ， 弱 风化 层厚 度 5 7 IT I ， 微 风化 至新 鲜基 岩 ， 岩 体纵 波速度 U p = 4 0 0 0 4 5 0 0 m s 。该段岩体 透水率 口 5 L u界 限在基 岩面 以下 埋深 8 1 0 i n 。 坝址右岸谷坡为基岩坡 ， 岸坡 3 5 。 5 0 。 ， 岩性 主 要为中粗粒花岗斑岩 ， 岩体块状结构 ， 岩体裂隙中等 发育。其中桩号 0 + 1 6 9 0 + 2 3 5 m段为泥盆系石英变 粒砂岩 ， 中厚层状 ， 钙质胶结 ， 属 中硬岩。坝基基岩 强 风 化层 厚 度 8 1 2 m， 弱 风化 层 厚 度 7 1 3 m， 微 风 化 至新 鲜基 岩 。 纵波 速度 V p = 4 0 0 0 4 5 0 0 m s 。该 段 岩 体 透水 率 q 5 L u界 限在 基岩 面 以下埋 深 3 0 3 5 m。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 4 1 8 作者简介： 马文卿( 1 9 8 0 一 ) ， 女 ， 甘肃会宁人， 工程师， 学士， 主要从事水利水电工程设计。 4 9 2 0 1 4年第 4期 甘肃水利水 电技术 第 5 0卷 坝 址 右岸 谷 坡混 凝 土 面板 堆 石 坝 坝脚 处 地 形 坡度 5 5 。 6 0 。 ， 坝基 开 挖后 出现 宽 约 3 2 m 断层 破 碎 带 ， 岩体极度破碎 ， 基本呈糜棱岩化 ， 承载力低 ， 地基 岩体承载力 K = 6 0 0 8 0 0 k P a 。地基开挖最大深度约 2 0 1T I 时 ， 地 基 承载力 基 本满 足 要求 。开挖 后 右岸 破 碎带岩体矿物质成份试验检测结果 ， 花岗斑岩 、 石英 片岩中黄铁矿含量 0 2 1 、 硫酸铁含量 0 4 2 ， 硫化 铁含量 2 6 1 。 从试验结果分析 。 该段基岩内黄铁矿 含量较高。黄铁矿的主要化学成分为 F e S ，金属硫 化物在地表氧化环境下 ， 会形成金属氧化物和大量 的硫 酸 根离 子 ( $ 0 4 2 一 ) ， 而产 生 的硫 酸根 离 子 在 与坝 基 混凝 土 接触 过 程 中会 发生 化学 反应 ， 并 发 生 酸蚀 作用 ， 从而破坏坝基趾板混凝土结构 ， 降低其强度 ， 该段建筑物混凝土与基岩接触 面。 以及防渗处理_T 程需考虑硫酸盐的侵蚀问题 。 3坝 基处 理设 计 3 1 花 岗岩 趾板地 基 处理设 计 混凝土面板堆石坝趾板 地基 ， 除右岸坝脚处断 层破碎带外 ， 均为中粗粒花 岗岩 趾板建基面开挖 至弱风化层中上部 。趾板浇筑后进行 固结灌浆和帷 幕灌浆试验 ， 确定灌浆技术参数。固结灌浆设 2排 ， 排距 2 m， 孔距 1 5 m， 深度 5 m 灌浆压力 0 5 MP a ， 灌浆完毕灌浆孔 内插入 + 2 5 m m钢筋。帷幕灌浆单 排 ， 孑 L 距 1 5 m， 孑 L 深 l O 3 6 m， 深入 5 L u线 以下 5 m， 灌浆压力 0 6 1 5 MP a 。帷幕灌浆结束 ， 检查孔检 查结 果透 水率 q 5 L u 3 。 2右岸 坝脚 断层 破碎 带地 基处 理设 计 右 岸 坝脚 趾 板地 基 施 工 开挖 过 程 中 ， 断层 破 碎 带范围和物质成份较前期勘测 资料出入较大 ， 断层 破碎带清基 2 0 m深后 仍未发现相对完整基岩。考 虑到基坑高边坡的施工风险 ， 采取回填混凝土高趾 墙 ， 趾 墙 上游 回填 细砂 铺盖 ， 趾墙 下 游加 厚 反 滤 层 ， 并加强高趾墙地基灌浆的处理措施。由于断层破碎 带具有强硫酸盐腐蚀性 ， 回填混凝土 、 趾板浇筑和灌 浆均采用高抗硫酸盐水泥。 高趾墙回填混凝 土 C 2 0 ， 顶宽 1 7 m。高趾墙上 游侧 8 m范围内 ， 回填 3 m厚细砂铺盖 ， 起防渗 自淤 作用 。 高 趾墙 下游 侧 5 m 范 围 内填 筑砂 砾石 垫层 起 反 滤 过渡作 用 。高趾 墙 顶浇 筑 6 m 宽 8 0 O lT I 厚 趾板 后 ，造孑 L 进行 固结灌浆和帷幕灌浆。固结灌浆设 2 排 ， 排距 2 m， 孔距 1 0 I l l ， 孔深深入基岩 1 0 m， 灌浆 压力 1 0 M P a 。帷幕灌浆单排 ， 孑 L 距 1 0 m， 孔深深人 基岩 3 6 7 0 m， 灌浆压力 1 0 2 0 MP a 。由于孔深 7 0 m时， 未到达 q 5 L u线 ， 孔深已超过 1 倍坝高 ， 不再 加深灌浆。帷幕灌浆检查孔检查结果合格。 断层破 碎带 地基 处理 设计 简 图如 图 1 所示 。 图 1 断层破碎带地基处理设计简 图 4结 语 新疆某水库混凝土面板堆石坝趾板地基大部分 坐落在中粗粒花岗岩上 ，趾板建基面开挖至弱风化 层中上部 。 地基处理采用 固结灌浆 、 帷幕灌浆并加设 锚杆 。右岸 坝脚 趾板 地基 遇 断层 破 碎 带 ， 清基 2 0 m 深后设高趾墙 ， 趾墙上游 回填细砂铺盖 ， 趾墙下游加 厚反滤层 ， 并加强高趾墙地基灌浆处理 ， 帷幕灌浆检 查孔 检查结 果 合格 。本 文在 中粗 粒花 岗岩 和断层 破 碎带 处 的趾板 地基 处理 设计 可 为其 他类 似工 程提 供借鉴经验。 ( 上接 第 5 9页) 综合评定 。压水试验检查在该部分 灌浆结束后 3 7 d后进行 ， 参 照灌浆前压水试验进 行 ， 检查孑 L 数量不少于灌浆孑 L 总数 的 2 ， 压水试验 段显示的透水率不高于 5 0 L u ， 即为合格 ， 否则应处 理 。 如检查孔 的所有孑 L 段均合格 ， 可采 用全孔一次 灌浆封孔 ， 压力 0 5 MP a 。否则应对不合格段分别 进行灌浆 ， 要求与第二次加 固灌浆相同。 封孑 L 方法 与普通灌浆孔封孑 L 方法相 同。 50 4结 语 该 引水 隧 洞 工 程 固结 灌 浆 施 工 分 两 个 时 段 进 行 ， 第一施工时段固结灌浆不 占用工程直线工期 ， 第 二施1 = 时段为对第一施工时段固结 灌浆 的加 固补 强 ， 减少约 4 0 的灌浆孔数 ， 同时孑 L 深也减少 2 3的 长度 ，可 以在保证灌浆质量的前提下 ，缩短施T工 期 ， 减少衬砌混凝土上的预留灌浆孑 L 数量 ， 在实际的 应用 中取 得 了 良好 的效 果 。