水利工程論文-三峽一期圍堰運(yùn)行后的調(diào)查與試驗(yàn).doc

水利工程論文-三峽一期圍堰運(yùn)行后的調(diào)查與試驗(yàn)摘要：三峽一期圍堰安全運(yùn)行3年后拆除。堰體大量采用當(dāng)?shù)仫L(fēng)化砂，其中70m以下為水下拋填，最大拋填深度25m。對(duì)部分風(fēng)化砂進(jìn)行了調(diào)查和物理、力學(xué)性能試驗(yàn)，證明水下拋填不會(huì)產(chǎn)生大的顆粒級(jí)配分離現(xiàn)象，干密度可滿足設(shè)計(jì)要求，堰基淤砂層不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)液化。柔性材料防滲墻運(yùn)用3年后，墻厚及力學(xué)性能均滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：三峽一期圍堰風(fēng)化砂柔性材料防滲墻三峽一期圍堰安全運(yùn)行3年后于1996年10月開(kāi)始拆除。該圍堰分為茅坪溪段、上游橫向段、縱向段和下游橫向段，軸線長(zhǎng)2502.36m，最大堰高42m，圍護(hù)基坑面積75萬(wàn)m2，屬四級(jí)臨時(shí)建筑物。圍堰采用水下拋填風(fēng)化砂為主要填料、堰基保留原河漫灘部分淤砂、柔性材料作防滲心墻、上接土工合成材料的方案。經(jīng)過(guò)3年運(yùn)行，證明圍堰設(shè)計(jì)、施工是成功的。二期圍堰同一期圍堰有著許多類(lèi)似之處。為進(jìn)一步給二期圍堰的設(shè)計(jì)、施工和安全可靠性分析提供數(shù)據(jù)參數(shù)，在一期圍堰拆除中，對(duì)圍堰水下拋填風(fēng)化砂、堰基淤砂和柔性材料防滲墻等進(jìn)行了實(shí)況調(diào)查和試驗(yàn)。1水下拋填風(fēng)化砂調(diào)查與試驗(yàn)一期圍堰堰體大量采用了當(dāng)?shù)仫L(fēng)化砂，其中70m以下為水下拋填，最大拋填深度25m。對(duì)這部分風(fēng)化砂的調(diào)查與試驗(yàn)，不僅可以驗(yàn)證大量室內(nèi)試驗(yàn)研究成果，同時(shí)也為二期圍堰深水拋填風(fēng)化砂提供有價(jià)值的參考資料。調(diào)查與試驗(yàn)選在0+672、0+697和0+702三個(gè)斷面的背水側(cè)，重點(diǎn)是風(fēng)化砂沿拋填深度顆粒級(jí)配、密度的變化及其力學(xué)性質(zhì)。三個(gè)斷面均采用挖探槽(坑)的方法，沿深度方向，高程每下降50cm取樣一組，取至風(fēng)化砂底部堰基淤沙為止，分別進(jìn)行密度、含水量和顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)，并取代表性試樣進(jìn)行飽和固結(jié)三軸剪切試驗(yàn)。1.1風(fēng)化砂的密度現(xiàn)場(chǎng)采用灌砂法，共檢測(cè)密度21個(gè)，檢測(cè)成果及其與圍堰施工初期鉆孔取樣檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比，列于表1。從表1可知，3個(gè)斷面均隨深度增加而干密度減小。表面上看，這一結(jié)果似乎不符合土力學(xué)自重壓密原理，但如果考慮到水上施工機(jī)械荷載的影響，這一結(jié)果與土力學(xué)原理并不矛盾。在4m水深中拋填風(fēng)化砂，水上施工機(jī)械荷載的作用可影響到水下已拋填的風(fēng)化砂，其影響力隨深度增加逐漸減小，故風(fēng)化砂密度隨深度增加而減小。21個(gè)試樣的干密度為1.702.06g/cm3，平均1.87g/cm3，均大于1.70g/cm3的水下拋填風(fēng)化砂干密度設(shè)計(jì)值。1993年圍堰施工初期，長(zhǎng)江科學(xué)院在0+6650+710樁號(hào)鉆孔取樣檢測(cè)結(jié)果：干密度1.661.93g/cm3，平均1.81g/cm3。兩者對(duì)比，表明圍堰運(yùn)行3年后，水下拋填風(fēng)化砂得到了壓密。表1水下拋填風(fēng)化砂干密度與施工初期對(duì)比干密度干密度干密度施工初期干密度*樁號(hào)/m高程/m水中位置檢測(cè)樣數(shù)平均值平均值平均值范圍值/平均值/gcm-3/gcm-3/gcm-3/gcm-368.068.5上21.89O+672背水側(cè)67.068.0中21.851.8366.167.0下21.7468.669.6上31.950+697背水側(cè)67.168.6中31.861.861.871.661.93/1.8165.667.1下31.7568.369.3上21.980+702背水側(cè)67.468.3中31.961.9266.067.4下11.83*:為1993年圍堰施工初期,長(zhǎng)江科學(xué)院在0+6650+710樁號(hào)鉆孔取樣檢測(cè)結(jié)果。1.2水下拋填風(fēng)化砂的顆粒級(jí)配分析結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)密度檢測(cè)，在0+672背水側(cè)和0+697背水側(cè)的兩個(gè)取樣槽(坑)，沿高程方向，共取試樣15個(gè)，進(jìn)行了顆粒級(jí)配分析，分析成果見(jiàn)表2。從表2可知，兩個(gè)取樣槽(坑)上、中、下三個(gè)部位試樣的顆粒級(jí)配分析結(jié)果表明：風(fēng)化砂在4m水深中拋填，其上下級(jí)配變化不大，不存在粗細(xì)顆粒分離現(xiàn)象，證明采用端頭進(jìn)占，整體下滑的施工方法進(jìn)行風(fēng)化砂水下拋填，不會(huì)產(chǎn)生大的粗細(xì)顆粒分離。表2水下拋填風(fēng)化砂顆粒級(jí)配分析成果樁號(hào)/m高程/m水中位置分析試樣數(shù)級(jí)配特征20101020.50.1P5CuCc20.50.168.08.5上21.327.634.624.512.06.43.51.50+672背水側(cè)67.068.0中21.329.432.724.612.07.311.51.566.167.0下20.826.235.325.412.34.57.91.168.869.6上32.427.842.218.29.410.311.91.7O+697背水側(cè)67.168.6中31.236.433.519.89.19.515.01.365.667.1下31.325.637.726.09.45.910.21.0平均1.428.836.O23.110.77.310.01.4注：表中P5為大于5mm粒徑含量，Cu為不均勻系數(shù)，Cc為曲率系數(shù)。1.3防澇墻造孔固壁泥漿浸入風(fēng)化砂試驗(yàn)一期圍堰防滲墻采用沖擊及沖擊反循環(huán)鉆機(jī)造孔，造孔中固壁泥漿在沖擊力作用下會(huì)不同程度地浸入到孔壁材料中。在現(xiàn)場(chǎng)拆除暴露處，對(duì)多斷面進(jìn)行了調(diào)查，均未見(jiàn)到泥漿浸入風(fēng)化砂填料的痕跡；但從0+665、768m和0+637、66m迎水面兩處距防滲墻水平距離1m范圍內(nèi)的取樣試驗(yàn)結(jié)果看，泥漿不同程度地浸入到水下拋填風(fēng)化砂中(表3)。從表3可知，相同高程距防滲墻水平距離1m范圍內(nèi)取樣測(cè)得的干密度和小于0.1mm顆粒含量，均高于距防滲墻1.63.0m處取樣結(jié)果。造成這種差異的原因有兩種可能：一是料源風(fēng)化砂本身的差異所致，二是泥漿浸入造成的。從0+672和0+697斷面兩個(gè)取樣槽(坑)15個(gè)試樣的顆粒級(jí)配分析結(jié)果看(表2)，風(fēng)化砂中小于0+1mm顆粒含量的最大值為12+3%，平均10.7%。這一結(jié)果與一期圍堰風(fēng)化砂料場(chǎng)顆粒級(jí)配曲線的包絡(luò)線范圍基本一致，從而可以排除料源發(fā)生大變化的可能性。由此，可以認(rèn)為距防滲墻水平距離1m范圍內(nèi)風(fēng)化砂中小于0.1mm顆粒含量的增高是由于固壁泥漿被擠壓浸入造成的；小于0.1mm顆粒的浸入，充填了風(fēng)化砂中的部分孔隙，使得距防滲墻水平距離1m范圍內(nèi)的風(fēng)化砂干密度有所提高。這一試驗(yàn)結(jié)果表明，在防滲墻施工初期，水下拋填風(fēng)化砂是比較松散的，防滲墻造孔中，固壁泥漿的擠壓浸入，對(duì)風(fēng)化砂有一定的擠密作用，擠密的范圍約為防滲墻兩側(cè)各1m左右。經(jīng)擠密的風(fēng)化砂干密度，底部平均可以達(dá)到1.948/cm3，中部平均可以達(dá)到1.98g/cm3。表3風(fēng)化砂距防滲墻不同距離取樣試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比距防滲墻水平距離1.63.Om距防滲墻1.0m以內(nèi)樁號(hào)/m0+672Z+3.O0+697Z+2.50+702Z+1.60+637Z-0.121.0高程/m66.066.066.066.0干密度(或干密度范圍)/gcm-31.731.781.841.831.99平均干密度/檢測(cè)樣數(shù)/gcm-31.78/31.94/100.10mm顆粒含量(或含量范圍)/11.415.58.019.625.40.10mm顆粒含量平均值/分析樣數(shù)/11.6/321.9/10樁號(hào)O+672Z+3.00+697Z+2.50+702Z+3.00+665Z-0.11.0高程/m68.068.O干密度(或干密度范圍)/gcm-31.781.831.891.882.07平均干密度/檢測(cè)樣數(shù)/gcm-31.83/31.98/100.10mm顆粒含量(或含量范圍)/%11.58.815.912.823.30.10mm顆粒含量平均值/分析樣數(shù)/%12.1/317.2/102堰基淤砂的試驗(yàn)研究葛洲壩水庫(kù)蓄水后，三峽壩址淤積了大量淤砂，厚約218m，在水下處于飽和狀態(tài)，平均干密度1.40g/m3，比重2.652.76，空隙比0.91.09，平均相對(duì)密度0.43，屬均勻細(xì)砂。一期圍堰施工時(shí)，為減少開(kāi)挖量，爭(zhēng)取工期，保留了堰基大部分淤砂，只在圍堰兩側(cè)堰角采取挖除淤砂、回填石渣、設(shè)置反濾層和堆石壓重等措施。運(yùn)行實(shí)踐證明，這些措施是成功的。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)拆除，在0+672背水側(cè)距防滲墻水平距離4m處，開(kāi)挖取樣槽，槽頂高程66m(拋填風(fēng)化砂與淤砂界面)，底部高程56.1m(淤積層底部與河床沉渣界面)。在不同高程上檢測(cè)密度試樣12個(gè)，同時(shí)取代表性試樣進(jìn)行室內(nèi)比重、顆粒級(jí)配分析。密度檢測(cè)成果及其與施工前期對(duì)比，列于表4。表43年后淤砂干密度與施工前期對(duì)比施工前期檢測(cè)結(jié)果*運(yùn)行3年后檢測(cè)結(jié)果(0+672樁號(hào))干密度范圍平均干密度高程水中位置平均干密度取樣個(gè)數(shù)總平均干密度/gCm-3/gcm-3/m/gcm-3/gcm-366.O62.5上1.5141.281.641.4062.559.0中1.4841.5059.056.1下1.504*：為1993年圍堰施工前期，長(zhǎng)江科學(xué)院在堰址處檢測(cè)結(jié)果從表4可知，圍堰運(yùn)行3年后，在上部自重作用下，淤砂的平均干密度由施工前期的1.40g/cm3，提高到1.50g/cm3(相對(duì)密度0.73)，達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。經(jīng)自重壓密的淤砂于密度沿深度方向，表現(xiàn)為上、下部高于中部，這主要是由于位于沉渣持力層上的底部淤砂在上部自重作用下得到壓密，而上部淤砂則受拋填風(fēng)化砂動(dòng)載和水上填筑施工機(jī)械荷載的作用得到壓密。這一結(jié)果符合土力學(xué)自重壓密原理。為了解圍堰施工期堰基淤砂的密度，在0+622迎水面、65m，進(jìn)行了防滲墻造孔固壁泥漿擠壓浸入淤砂延伸的取樣調(diào)查研究。研究結(jié)果表明，造孔固壁泥漿浸入淤砂的距離小于50cm。如果去除防滲墻造孔中沖擊鉆頭對(duì)槽孔壁淤砂的擾動(dòng)影響，說(shuō)明堰基淤砂經(jīng)上部自重作用，在防滲墻施工期就已基本達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。這從淤砂代表性試樣的三軸試驗(yàn)排水固結(jié)曲線也可以看出，80mm高的試樣固結(jié)在2h內(nèi)就可以完成，而90%的排水量是在5分鐘以內(nèi)完成的(見(jiàn)附圖)，這進(jìn)一步驗(yàn)證了保留堰基淤砂層不會(huì)產(chǎn)生淤砂振動(dòng)液化的結(jié)論。關(guān)系曲線3防滲墻工程調(diào)查與試驗(yàn)為適應(yīng)堰基淤砂及水下拋填風(fēng)化砂的變形要求，又便于圍堰運(yùn)行后拆除，一期圍堰防滲墻采用了以風(fēng)化砂為骨料，加入粘土、水泥、水和化學(xué)添加劑復(fù)合而成的柔性材料。這種材料具有一定強(qiáng)度、彈模小、防滲性能好等優(yōu)點(diǎn)。在圍堰拆除中，對(duì)防滲墻的實(shí)際成墻厚度、槽段連接以及3年后防滲墻的實(shí)際力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查和試驗(yàn)。3.1成墻厚度和槽段連接調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)拆除暴露，在0+4500+702樁號(hào)，對(duì)不同高程的15處防滲墻斷面進(jìn)行了實(shí)際成墻厚度測(cè)量，實(shí)測(cè)厚度為80110cm，平均88cm，滿足墻厚80cm的設(shè)計(jì)要求。一期圍堰防滲墻采用分槽段澆筑，槽段之間采用套接形成連續(xù)墻。由于受現(xiàn)場(chǎng)拆除暴露部位的局限，僅在0+460和0+630進(jìn)行了調(diào)查。兩處