水利工程論文-洪家渡面板堆石壩基礎(chǔ)開挖及處理設(shè)計.doc

水利工程論文-洪家渡面板堆石壩基礎(chǔ)開挖及處理設(shè)計摘要：洪家渡面板堆石壩處于高山峽谷巖溶地區(qū)，面板堆石壩高179.5m，河床寬高比2.38。在壩基開挖設(shè)計中，通過認(rèn)真研究趾板區(qū)的地形地質(zhì)條件，將趾板上部高邊坡、趾板基礎(chǔ)及趾板下游的堆石體邊坡開挖統(tǒng)籌考慮，一次開挖完成。在壩基處理中，根據(jù)開挖揭露的多種不良地表形態(tài)和地質(zhì)缺陷，制定了相應(yīng)措施，滿足了工程要求。這些設(shè)計方法和處理措施將為巖溶峽谷地區(qū)修建面板堆石壩積累有益的經(jīng)驗。關(guān)鍵詞洪家渡面板堆石壩基礎(chǔ)開挖處理設(shè)計關(guān)鍵詞：洪家渡面板堆石壩基礎(chǔ)開挖處理設(shè)計1概述洪家渡水電站為“西電東送”首批開工項目的啟動工程，在峽谷地區(qū)修建高面板堆石壩是該水電樞紐的顯著特點。面板堆石壩高179.50m，壩頂長427.79m，河床寬高比為2.38，壩體填筑方量約900萬m3。在我國對峽谷地區(qū)修建高面板堆石壩尚少設(shè)計和施工經(jīng)驗情況下，洪家渡面板堆石壩針對兩岸陡高邊坡坡的特點，將高邊坡開挖與趾板基礎(chǔ)和壩基開挖較好的結(jié)合起來，實現(xiàn)了趾板一次定線開挖到位，無需二次定線；并率先在高面板堆石壩中采用了4.5+X的等寬窄趾板技術(shù)，減少高邊坡的開挖。在施工過程中，根據(jù)開挖揭露的復(fù)雜地表形態(tài)和地質(zhì)缺陷，制定了切實可行的處理措施。目前洪家渡面板堆石壩趾板及壩基開挖已完成，壩體經(jīng)濟斷面已填筑到擋100年一遇洪水渡汛高程，壩體已填筑高57m，實施表明，壩基開挖所采取的設(shè)計方法和處理措施是積極可行的。2地形地質(zhì)條件壩址區(qū)間河段長約1.5km，河流流向由S45W轉(zhuǎn)向S45E，形成向西凸出的直角河灣。右岸支流底納河以伏流形式在轉(zhuǎn)彎端點流入干流，轉(zhuǎn)彎點以上左岸為2530的順向坡，各引水建筑物進水口均位于此緩坡帶；右岸為高190m左右、坡角7585的陡壁。壩址位于河彎下游，壩址河谷為不對稱“V”型谷，兩岸山高300400m左右，由于巖性軟硬相間，在左岸形成高達100m以上之灰?guī)r陡壁，其間為寬80120m的泥頁巖緩坡；右岸為2540度的緩坡。枯期河水位976.50m，水面寬約30m，水深34m，河床中線地面高程970976m，水下地形平緩，河床無深槽。壩區(qū)從上游至下游，出露地層為三疊系下統(tǒng)的永寧鎮(zhèn)組的第一段（T1yn1），夜郎組的第三段九級灘段（T1y3）、第二段玉龍山段（T1y2）及第四系。T1yn1為厚層、中厚層夾薄層灰?guī)r，厚210237m；T1y3為泥頁巖夾泥質(zhì)灰?guī)r，厚7585m；T1y2為薄至中厚層灰?guī)r，厚275305m；第四系為厚18m的河床沖積砂卵礫石層（Qal）與厚145m的坡積、崩積碎石、塊石夾粘土層（Qdl+col）。壩區(qū)巖層為單斜構(gòu)造，巖層走向N6070E，與河流約成70交角，傾向NW，傾角2555。對壩基及邊坡有影響的主要有F3、F6、F8、F13等4條斷層，其特性見表1。壩肩主要發(fā)育裂隙2組，其中走向NE、NW向各1組，以陡傾角為主。卸荷裂隙主要分布在兩岸地層T1yn1、T1y2灰?guī)r陡壁上，主要沿N7080W與N1030W兩組構(gòu)造裂隙發(fā)育，水平深度1215m，對左岸壩肩高邊坡穩(wěn)定有影響。表1壩基斷層特性表編號屬性產(chǎn)狀破碎帶寬（m）備注F3逆斷層N5760ENW37400.10.5發(fā)育于左壩肩陡壁，出露線斜切巖層向上游逐漸降低，至河床趾板處插入河床。F6正斷層N3980ESE45850.82發(fā)育于號沖溝口及左岸壩軸線附近F8平移正斷層N4589ESE418014發(fā)育于壩軸線右壩肩，斜切河谷向左岸延伸。沿斷層帶及其附近發(fā)育巖溶管道系統(tǒng)，如K40溶洞、K80-2溶洞等。F13逆斷層N3060ESE40600.64發(fā)育于右岸號沖溝、左岸PD21號平硐上游側(cè)陡壁。壩肩及壩基分布T1yn1、T1y2兩大層可溶巖層，巖溶較發(fā)育，巖溶形態(tài)以溶洞、溶溝溶槽、溶蝕裂隙為主，沿斷層帶巖溶發(fā)育。地下水主要表現(xiàn)為巖溶裂隙流及巖溶管道流，兩岸地下水均高于河水位，屬地下水補給河流類型。兩岸T1yn1與T1y2巖體風(fēng)化程度微弱，微風(fēng)水平深度1015m，岸坡鉛直深度520m，局部斷層交匯處、緩坡地帶風(fēng)化深度有所增加。T1y3泥頁巖風(fēng)化強烈，分強、弱、微三帶，強風(fēng)化水平厚度510m，弱風(fēng)化水平厚度1530m，微風(fēng)化水平厚度1520m，強弱微局部達3545m。壩基覆蓋層為河床沖積層砂卵礫石和兩岸坡積層碎石、塊石夾粘土，變形模量較低，一般不能滿足堆石壩對地基的要求，需要全部挖除。3趾板及壩基邊坡開挖設(shè)計3.1趾板開挖設(shè)計3.1.1趾板基礎(chǔ)開挖設(shè)計河床及兩岸趾板均布置T1yn1灰?guī)r上，趾板基礎(chǔ)座落于微風(fēng)化線上層，河床及岸坡較緩部位根據(jù)微風(fēng)化線確定趾板嵌深。對于陡岸坡特別是左岸壩軸線上游80m范圍，堆石體邊坡按1：0.5開挖，沿岸坡向上延伸為趾板基礎(chǔ)。趾板型式為趾板面等高線垂直于趾板基準(zhǔn)線的平趾板，為減少趾板以上高邊坡的開挖，趾板各段均為等寬趾板，寬度為4.5m。趾板開挖一般以趾板的“X”線進行控制，但當(dāng)河峽窄、兩岸陡竣，兩岸趾板的走向與河谷走向交角小時，“X”線往往位于趾板以外的邊坡內(nèi)，不便于施工開挖控制。洪家渡趾板設(shè)計通過建立壩體的三維坐標(biāo)系統(tǒng)，直接給出了沿“Z”線趾板基礎(chǔ)條帶的上下游端點的座標(biāo)和高程用于開挖控制；“Z”點為面板底面線與趾板下游端面線的交點，是壩體填筑時上游面的起始控制點，各段趾板“Z”點相連形成“Z”線。趾板變厚和轉(zhuǎn)折處采用局部小斜坡進行連接，亦直接提供角點座標(biāo)進行精確開挖控制。實踐表明，效果較好。3.1.2趾板下游側(cè)岸坡開挖設(shè)計趾板下游岸坡的坡度是影響周邊縫變形的重要因素，混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范（SL228-98）對此作了專門的規(guī)定，其坡度不宜陡于1：0.5。洪家渡面板堆石壩趾板下游岸坡開挖結(jié)合兩方面進行設(shè)計：一是岸坡總坡度按不陡于1：0.5設(shè)計；二是趾板下游設(shè)防滲區(qū)，作為等寬窄趾板滿足滲徑長度的補充段。防滲區(qū)布置形式為：在壩體橫剖面上，河床部位趾板基礎(chǔ)下游設(shè)30m的水平段，岸坡部位防滲區(qū)段長20m；當(dāng)趾板基礎(chǔ)后防滲區(qū)地形不能滿足以上要求時，需用貼坡混凝修補坡面，使其滿足要求；在壩體填筑時，墊層料和過渡料游延伸至水平段形成反濾。防滲區(qū)基礎(chǔ)進行孔深4m的固結(jié)灌漿、錨桿2522m（L=4m）、和15cm的掛網(wǎng)噴C20聚丙烯纖維混凝土處理。盡管對陡岸坡采取了削坡和混凝土貼坡處理措施，但仍有部分坡段較陡，為減小堆石體變形的梯度，靠陡岸坡設(shè)置了低壓縮性的特別碾壓區(qū)。趾板下游側(cè)岸坡開挖以平切圖進行控制，在平切圖中，岸坡趾板基礎(chǔ)后根據(jù)趾板外側(cè)巖體厚度，以平行于河谷中心線或與該線成15角方向開挖長20m的防滲板段，其后再以30或45角與岸坡連接。3.1.3趾板以上邊坡開挖設(shè)計趾板以上開挖邊坡為永久邊坡。左岸邊坡條帶高110150m，為逆向坡，穩(wěn)定性好，邊坡按15m一級馬道垂直開挖，馬道寬3.75m，總坡比為1：0.25；為防止施工爆破和二次卸荷隙影響陡高邊坡的穩(wěn)定性及保證運行期面板堆石壩的安全，邊坡上部采用150t級預(yù)應(yīng)力錨索進行鎖口加固。右岸邊坡條帶高60m左右，為不完全順向坡，采用斜坡開挖，坡度為1：0.2，每隔15m設(shè)寬3m的馬道，總坡比為1：0.4。趾板以上開挖邊坡的坡面形狀結(jié)合趾板進行布置。在趾板定線后，開挖邊坡馬道布置由低向高推進，馬道隨趾板的轉(zhuǎn)折呈折線布置，各級馬道相互平行，馬道轉(zhuǎn)點在平面上的連線為一直線；上下級馬道端頭與趾板基礎(chǔ)內(nèi)邊線間以三角形斜坡段連接，三角形斜坡段為馬道布置的起始控制段，按設(shè)計坡比定出馬道與趾板走向的夾角后，便可平行下級馬道推出該級馬道的布置。一般情況下，為了避免邊坡出現(xiàn)穩(wěn)定性差的凸形坡，三角形斜坡段的坡比為設(shè)計總坡比。由于左岸壩軸線部山體較高，趾板及壩基開挖后，壩軸線部位邊坡在立面上形成錯臺，通過穩(wěn)定分析，壩頂高程以上壩軸線部位邊坡向河床偏轉(zhuǎn)30過渡到原始邊坡。3.2壩基開挖設(shè)計趾板區(qū)的壩基結(jié)合趾板開挖一次開挖成型，壩軸線上游陡岸按不陡于1：0.5邊坡開挖。在壩體輪廓范圍內(nèi)，九級灘泥頁巖坡面，需清除表層覆蓋層及強風(fēng)化層的松散巖體，基面巖體濕抗壓強度達1015MPa；灰?guī)r地段，清除表層覆蓋層至層狀巖層，對溶蝕破碎帶、溶溝、溶槽內(nèi)充填物進行清除，用鐵鍬挖不動即可；覆蓋層清除后的達標(biāo)基面，邊坡應(yīng)保持穩(wěn)定狀態(tài)。沒有覆蓋層的地方需清除表面松動石塊、凹槽內(nèi)積土和突出的巖石，以及樹根草皮。4壩基處理設(shè)計4.1壩基地質(zhì)缺陷處理在壩基坑及兩岸邊坡開挖中，揭露出的主要地質(zhì)缺陷為：溶溝溶槽及溶洞，主要出現(xiàn)在灰?guī)r中；破碎帶，主要指斷層、溶蝕及裂隙等不規(guī)則凹陷破碎帶；涌（泉）水，在九級灘頁巖（T1y3）中主要表現(xiàn)為裂隙性滲水，在九級灘頁巖（T1y3）與