大河水库面板堆石坝坝基处理技术

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大河水库位于广东省阳春市西北部的西山河中游，坝址位于茅田村上游2km的峡谷段内，它是整治漠阳江的骨干工程之一。枢纽建筑物由大坝、引水洞、地面厂房、变电站、泄洪洞和溢洪道及五个副坝组成。大坝坝型为混凝土面板堆石坝(图1)，坝高69.5m，坝顶长度240m，坝顶▽117m，设计正常高水位▽110m，总库容 3.32亿 m3，装机 3万kw。
    1、坝基工程地质条件
    坝基处河床狭窄，区域地质构造属华南新华夏构造的西南段，地质岩性以沉积岩为主。坝址岩层走向基本上与河流垂直，河底高程▽53～▽54m，两岸地形不对称。左岸山顶▽132m，山坡▽110m以下平均坡度约45°，▽70m以下河谷岸边陡峻；右岸山顶▽154m，山坡平均坡度约40°，有宽约15～20m的堆积滩地（▽53m～▽60m）。
    坝基地层岩性以变质砂岩为主，夹绢云母板岩和碳质页岩，主要属寒武系八村群b层，其产状为N25～40E， NW∠40°～50°。主要断层有四条：F1、F6、F7、F8。其中F1断层在坝基内左岸出露，上游伸向库内，在坝基穿过河床及右岸的断层产状为N30～40W， SW∠70°～80°，宽度 2.0～ 5.0m，是规模最大的，但该断层破碎带压水试验的透水率为 q＝7.6吕荣，透水性不强。坝基裂隙较发育，岩石风化较剧烈，平均透水率为26吕荣，左右岸强风化带最大深度达45m；趾板基础大部分为强风化岩。
    2、坝基处理的设计
    由于河床部分的弱风化基岩埋深较浅，两岸弱风化埋臧较深：右岸在地面以下约25m，左岸在地面以下约40m。大部分趾板基础坐落在强风化岩上，因此，采用截水墙与帷幕灌浆共同防渗，两岸修建挡水墙以形成趾板与坝头的连接；同时进行固结灌浆加固基础。
    2.1堆石体基础开挖
    上游主堆石体基础要求开挖至强风化岩顶面线以下2m，下游次堆石体基础开挖至强风化岩面上。由于该坝基强风化带夹泥较普遍，设计开挖坡比应较大。根据类比资料坝区天然边坡调查资料，设计开挖坡比值如下表。

各风化带开挖的边坡值

岩 层 分 类 临时边坡 永久边坡 水上部分 水下部分 水上部分 水下部分 全风化带 岩层产状顺坡 1﹕1.5 1﹕2.0 1﹕1.75 1﹕2.0～2.5 岩层产状逆坡 1﹕1.25 1﹕1.5 1﹕1.5 1﹕1.5～2.0 强风化带 岩层产状顺坡 1﹕1.0 1﹕1.25 1﹕1.0～1.25 1﹕1.0～1.5 岩层产状逆坡 1﹕0.7 1﹕1.0 1﹕0.75～1.0 1﹕1.0～1.25 弱风化带 岩层产状顺坡 1﹕0.4 1﹕0.5 1﹕0.4 1﹕0.6 岩层产状逆坡 1﹕0.25 1﹕0.5 1﹕0.3 1﹕0.5

    2.2 趾板基础开挖
    趾板基础开挖以▽68.0m为分界线：▽68.0m以下的河床部分基础开挖至弱风化顶面线下2m；▽68.0m以上的趾板部分开挖至强风化的中下部。为有利于周边缝附近面板应力的改善和延长趾板渗径的需要，沿趾板正向向下游延伸10m的铺盖，开挖至趾板等高程。趾板基础的开挖，要求采用小孔径、浅孔爆破，斜坡部分采用预裂爆破，趾板预留30cm的保护层人工撬挖，保证趾板基础岩面完整平顺，避免破坏原始岩体。趾板基础面不得欠挖，超挖不得超过20cm。
    2.3 断层处理
    趾板基础范围内的断层破碎带采用混凝土填塞处理。混凝土塞的平面位置伸出趾板上游面宽度为2倍断层宽度，伸出下游面长度为4倍断层宽度。在堆石区的断层一般不做处理。
    2.4 左右两岸的接头挡墙
    两岸设计半重力式,基础落在强风化的中至中下部。最大墙高14.2m，靠坝体一侧▽110.0m开始设计1﹕0.3的顺坡，有利于堆石体与挡墙连接。
    2.5 坝基防渗
    坝基趾板和截水墙防渗处理标准按5吕荣控制。由于坝基弱风化岩埋藏较深，河床趾板部分采用灌浆处理，两岸趾板和左右坝头采用截水墙和基础灌浆联合解决坝基防渗。
    2.5.1截水墙的设置
    两岸部分由于强风化岩层较厚，趾板基础放在强风化岩上。为了满足渗透稳定要求，设置挡水墙，墙厚2m，高度分别为：坝横 0＋165～0＋240高5.0m；坝横 0＋000～0＋048高10m，0＋048～ 0＋060深度由10m渐变至4.0m。左岸坝头▽104m以上大部为全风化岩层，为解决坝头绕渗问题也设置了混凝土截水墙，墙宽2m，长30m，设置高程为▽94m～▽115.0m。
    2.5.2 趾板灌浆
    趾板灌浆分固结灌浆和帷幕灌浆。固结灌浆在趾板上下游各一排，分两序施灌，孔距3m，孔深5m，灌浆压力1～3kg／cm²；单排帷幕灌浆孔设在耻板中间，孔距2m，灌浆孔深入到不透水层（单位吸水率小于5吕荣）即左岸孔深在15m～55m，河床部分5.5m～15m，右岸部分15～30m不等，在固结灌浆完成后分两序施灌，灌浆压力为5kg／cm²。
    3、坝基处理的施工
    3.1开挖方法
    基础开挖采用容易控制规格的反铲挖掘（2.5m³以下）较合适。钻爆一律采用浅孔火花爆破。整个坝基分成三个梯级开挖，▽117m以上一层，▽85m～▽117m一层，▽53m～▽85m一层，从上而下开挖。趾板与坝基同时开挖，以避免重复及返工。
    3.1.1坝头以上开挖
    左右岸坝头▽117m以上按设计永久边坡开挖，及时做好天沟及马道的排水沟，防止雨水冲刷坝基。
    3.1.2趾板开挖

    根据设计要求由上而下开挖。鉴于坝基岩体破碎且易风化和实际施工的困难，在1：1.5的边坡上采用光爆或预裂爆破效果不一定理想，实际施工时采用了减弱松动爆破施工及预留1.0m的保护层以保证基岩的完整性。剩下的1.0m保护层采用小炮松动爆破和反铲挖掘机开挖，同时考虑到趾板混凝土浇注由河床往两岸分块浇筑，趾板就预留了20cm～30cm的人工撬挖层，分块修好规格马上验收，再进行混凝土浇注的施工顺序，这样做，较好地保护了岩层的完整性。趾板地质情况和设计基本符合，在局部地质较差的地方采用增设截水墙方法处理。下图2为趾板中心线地质剖面图。
    3.1.3强风化带处理
    根据趾板开挖基岩出露情况，左岸坝横 0＋048～0＋080段处于较破碎的强风化岩面。根据实际情况，将 0＋048～0＋060段截水墙由原来的10m渐变为4m设计修改为全部采用 10m深，同时增设0＋060～0＋080段截水墙，深度由10m渐变为4m，其余仍按原设计施工。截水墙施工由下往上开挖，挖一块浇筑一块混凝土，护壁临时支护采现浇薄混凝土加对顶钢撑，趾板与截水墙采用1.0×1.2m方格形布置的Ф28锚杆（入岩4m）与趾板钢筋焊接连接。
    3.1.4 开挖爆破控制
    堆石体基础岸坡部分开挖应严格控制爆破施工，大部分采用反铲直接开挖，当1.0m³反铲挖不动时，基础即可满足要求，局部突包或反坡用浅孔小炮爆除。基础保持平顺即可。河床部位大部分已到弱风化岩，局部突包修平即可。
    3.2断层处理
    趾板基础开挖完后，由于▽60高程以上大部分落在强风化岩上.现场观测断层出露并不明显，除F8采用槽挖回填混凝土塞外，其余没做特殊处理，特别是F1断层其宽度达2.0～3.0m。是穿过坝基的县大断层，在左岸趾板处出露高程为▽100m，原设计处理的工作量较大。槽挖尺寸为力4.0m×6.0m×40m回填混凝土达960.0 m³，鉴于F1断层出露位置较高，在正常蓄水位情况下只有10m水头，并且压水试验透水性并不强，只有7.6吕荣，同时该部位已设置了10m深的截水墙和10m长的铺盖，经与设计监理人员研究认为，F1无需再做混凝土塞处理，可以保证渗透稳定和控制渗透量，既方便了施工，又可节约投资几十万元。
    3.3灌浆施工
    趾板混凝土达到一定强度后，就进行固结灌浆，灌浆按顺序由河床往两岸施灌，孔距加密为2m，灌浆压力3kg／cm³。左岸吸浆量比右岸大。平均灌入水泥量为 40.8kg／m。固结灌浆分段验收合格后进行帷幕灌浆，灌浆顺序也由河床往两岸，分三序施灌。6m～7m为一灌浆段，顺序自上往下，每延伸一灌浆段，灌浆压力递增1 kg／cm³，孔口段为 3 kg／cm³，最大灌浆压力达9 kg／cm³。吸浆量左岸大、右岸小的主要原因是左岸弱风化岩埋藏深，灌浆段大部分处于强风化岩内。经孔压水试验检查，灌浆后基岩透水率均小于5吕荣。灌浆效果良好，完全符合设计要求。
    4、结语
    1）本工程堆石体基础次堆石区座落在强风化岩顶面线附近的岩土体上。1998年下闸蓄水至今，水库运行状况良好，说明次堆石区基础处理是成功的。
    2）本工程混凝土面板堆石坝趾板基础大部分坐落在强风化岩上，但经采取一定的工程措施处理后，完全可以满足工程要求，为类似工程提供经验。
    3）在施工过程中，对于易风化软岩基础预留保护层人工撬挖是必要的；应切实做好坝基范围内的防排水措施，这对大坝施工和运行有很大影响。