萬(wàn)家寨水利樞紐壩基層間剪切帶處理.doc

萬(wàn)家寨水利樞紐壩基層間剪切帶處理張嘉曄 徐維國(guó)摘 要 層間剪切帶是萬(wàn)家寨水利樞紐工程大壩基礎(chǔ)的主要工程地質(zhì)問(wèn)題，在壩基部位共發(fā)育有10條層間剪切帶。其中3條剪切帶連續(xù)性較好，分布范圍較大，構(gòu)成相對(duì)軟弱結(jié)構(gòu)面，是大壩抗滑穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)，需進(jìn)行技術(shù)處理，經(jīng)技術(shù)分析，確定采用建造抗剪平硐，輔以細(xì)水泥灌漿補(bǔ)強(qiáng)的方法對(duì)壩基進(jìn)行加固處理，從而穩(wěn)妥、可靠地解決了大壩抗滑穩(wěn)定問(wèn)題。關(guān)鍵詞 水利樞紐 壩基 層間剪切帶 抗剪平硐一、工程地質(zhì)概況萬(wàn)家寨水利樞紐工程壩址區(qū)河谷呈“U”形，兩岸巖壁陡峭，坡度7580。河床基巖多裸露，覆蓋層厚度0.52.0m。巖面高程約896897m。河谷地層主要由寒武系、奧陶系組成，巖體為中厚層及薄層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、片狀泥灰?guī)r、頁(yè)巖等。巖體比較完整、堅(jiān)硬，單軸飽和抗壓強(qiáng)度約6090Mpa，岸坡巖石風(fēng)化程度較淺。層間剪切帶是萬(wàn)家寨水利樞紐工程大壩基礎(chǔ)的主要工程地質(zhì)問(wèn)題。河床部位，在張夏組第五層內(nèi)共發(fā)育10條層間剪切帶，自上而下編號(hào)為SCJ01SCJ10。層間剪切帶厚度一般在412cm，起伏差0.530cm，構(gòu)成物質(zhì)主要為泥灰?guī)r及薄層灰?guī)r巖塊、巖片和少量巖屑泥等，其礦物成分主要為方解石、伊利石，遇水均不具膨脹性。其中6條層間剪切帶在設(shè)計(jì)建基面以上，均已挖除；1條層間剪切帶在設(shè)計(jì)建基面附近，確定采用挖除方法處理；3條層間剪切帶，性狀差，連續(xù)性好，分布范圍較大，構(gòu)成相對(duì)軟弱結(jié)構(gòu)面，是壩基抗滑穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)。二、壩基抗滑穩(wěn)定分析結(jié)果由于壩體與基巖接觸部位有一定的埋深，且經(jīng)檢測(cè)主要抗滑指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不會(huì)產(chǎn)生沿接觸面滑動(dòng)問(wèn)題。因而大壩抗滑穩(wěn)定分析主要考慮層間剪切帶對(duì)大壩抗滑穩(wěn)定的影響問(wèn)題。大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表明：河床右側(cè)壩段當(dāng)不考慮廠壩整體作用時(shí)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)接近或大于2.0，說(shuō)明壩體自身有一定的安全度；當(dāng)考慮廠壩整體連接的作用時(shí)，各壩段基本組合工況下安全系數(shù)大于3.0，說(shuō)明河床右側(cè)壩段抗滑穩(wěn)定有保證。河床左側(cè)泄流壩段（#4#10壩段）沿SCJ08或SCJ10層間剪切帶單面滑動(dòng)時(shí)，壩體自身安全系數(shù)較小，一般在1.301.70之間，考慮長(zhǎng)護(hù)坦下部巖體的作用計(jì)算至下游沖坑時(shí)，安全系數(shù)大部分在2.02.3之間，說(shuō)明#4#10壩段抗滑穩(wěn)定系數(shù)較低，應(yīng)采取措施對(duì)層間剪切帶進(jìn)行處理，以加固大壩基礎(chǔ)。三、層間剪切帶處理措施的選擇根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，若主要是為了解決壩基抗滑穩(wěn)定問(wèn)題而進(jìn)行的層間剪切帶處理的技術(shù)措施，一般應(yīng)以結(jié)構(gòu)措施為主。而不宜用或少用灌漿措施，特別是化學(xué)灌漿，因其投資大而收效小。萬(wàn)家寨水利樞紐工程在層間剪切帶處理措施選擇的問(wèn)題上，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索、混凝土抗剪樁、混凝土抗剪平硐、化學(xué)灌漿等方案進(jìn)行了分析比較：預(yù)應(yīng)力錨索和混凝土抗剪樁方案對(duì)本工程提高大壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)效果不明顯，因而不宜采用；混凝土抗剪平硐受力明確，能夠提供較大的抗力，且工程上成功應(yīng)用的實(shí)例較多；基礎(chǔ)化學(xué)灌漿方案具有在不擾動(dòng)原巖結(jié)構(gòu)條件下提高基礎(chǔ)物理力學(xué)指標(biāo)的特點(diǎn)，在龍羊峽等工程亦有成功應(yīng)用，但目前單純以化學(xué)灌漿措施大面積加固壩基提高抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的工程實(shí)例還較少。經(jīng)12組原位大型剪切試驗(yàn)和46組中型剪切試驗(yàn)及化學(xué)灌漿試驗(yàn)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，確定采用以混凝土抗剪平硐為主，輔以細(xì)水泥灌漿補(bǔ)強(qiáng)方案處理，建造3條抗剪平硐及支硐。四、層間剪切帶處理1.抗剪平硐開(kāi)挖#1抗剪平硐位于#3壩段及護(hù)坦基巖部位，先期為大型抗剪試驗(yàn)平硐，斷面2.0m1.8m，長(zhǎng)70m。采用預(yù)裂爆破與光面爆破相結(jié)合的方法進(jìn)行開(kāi)挖，掏槽型式為直孔桶形掏槽，YT-26型氣腿式風(fēng)鉆造孔，非電毫秒導(dǎo)爆雷管起爆，#2巖石乳化炸藥爆破。為對(duì)已建建筑物減小爆破震動(dòng)影響，采用多打孔，少裝藥的方法，取得了較好的效果。當(dāng)平硐內(nèi)大型剪切試驗(yàn)完畢后，設(shè)計(jì)將試驗(yàn)平硐改建為抗剪平硐，對(duì)原平硐進(jìn)行擴(kuò)挖，斷面尺寸改為4.0M5.5m，硐頂在SCJ08層間剪切帶以上1.5m，硐底在SCJ10層間剪切帶以下2.0m。對(duì)于邊墻和頂板的擴(kuò)挖，以光爆孔為主，加適當(dāng)輔助孔進(jìn)行，每循環(huán)進(jìn)尺2.5m。底板擴(kuò)挖采用打水平孔進(jìn)行爆破，以主爆孔為主，并在底板打一排光爆孔來(lái)保護(hù)底板，底板擴(kuò)挖每循環(huán)進(jìn)尺1.5m。#2抗剪平硐長(zhǎng)度124.27M，#3抗剪平硐長(zhǎng)度145.78M，斷面寬度與#1抗剪平硐相同，高度4.05.5m，其爆破布孔及裝藥參數(shù)均參照#1抗剪平硐做適當(dāng)調(diào)整。惟#3抗剪平硐由于距離帷幕線最小距離僅22.5m，為減少開(kāi)挖爆破震動(dòng)對(duì)帷幕產(chǎn)生的影響，設(shè)計(jì)要求距爆破點(diǎn)8m處的質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度為3cm/s。根據(jù)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果得出，在單響藥量為2.2kg時(shí)，距離爆破點(diǎn)8m處質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度為3.04cm/s。最后采取掏槽的9個(gè)孔用火炮實(shí)現(xiàn)單孔單響，爆破孔采用非電毫秒導(dǎo)爆雷管、孔內(nèi)外延時(shí)的爆破網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)兩孔一響的爆破方法。單響藥量控制在2kg以內(nèi)，每次爆破的總裝藥量控制在20kg以內(nèi)，效果較好。2.抗剪平硐混凝土回填抗剪平硐混凝土回填分為42段（倉(cāng)號(hào)）進(jìn)行，混凝土澆筑用泵送混凝土入倉(cāng)，人工振搗?；炷劣砂韬蜆前韬停炷翑嚢柢?chē)運(yùn)送供給?；炷翝仓謨蓪舆M(jìn)行，第一層厚度3m，第二層厚度2.5m，分層處距SCJ10層間剪切帶不小于0.5m。水泥采用低熱微膨脹水泥?；靥罨炷翗?biāo)號(hào)為R90250D50S4，二級(jí)配，坍落度分別為911cm和1315cm。澆筑前首先在基礎(chǔ)面或混凝土面鋪設(shè)23cm厚的水泥砂漿。澆筑第二層時(shí)其頂部1m高度范圍內(nèi)采用一級(jí)配混凝土或砂漿，不考慮振搗，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，按混凝土澆筑順序采用水泥漿，細(xì)水泥漿進(jìn)行回填灌漿和接觸灌漿。3.抗剪平硐灌漿抗剪平硐灌漿分為回填灌漿、接觸灌漿、補(bǔ)強(qiáng)灌漿三種?；靥罟酀{：灌漿采用預(yù)埋管路方式，對(duì)硐頂部脫空部位進(jìn)行回填灌漿。灌注漿液為水泥砂漿，水泥采用大同水泥廠產(chǎn)525號(hào)普通硅酸鹽水泥，砂采用天然砂，細(xì)度模數(shù)2.42.8。水泥砂漿配比有水泥砂水為1.01.01.0、1.01.21.0、1.01.51.0、1.01.00.8、1.01.20.8五種。灌漿壓力0.20.4MPa，進(jìn)漿管停止進(jìn)漿后延續(xù)10min結(jié)束灌漿?；靥罟酀{共計(jì)39段，灌漿面積5532m2，注入水泥78326kg，砂79265kg。接觸灌漿：抗剪平硐回填灌漿完成后，為了加強(qiáng)回填混凝土與圍巖接觸緊密性，又進(jìn)行了接觸灌漿。#2、#3抗剪平硐接觸灌漿采用預(yù)埋管路方式；#1抗剪平硐采用從上部鉆孔到硐頂?shù)姆绞?。灌漿漿液采用濕磨細(xì)水泥漿，即用大同水泥廠產(chǎn)#525普通硅酸水泥攪拌成水泥漿，再通過(guò)濕磨機(jī)磨細(xì)后使用，要求磨細(xì)后，粒徑Dmax為55mD90為40m。細(xì)水泥漿液中摻加適量的DH3高效減水劑，漿液水灰比采用2、1、0.6三個(gè)等級(jí)。灌漿壓力0.20.4MPa3條抗剪平硐接觸灌漿共計(jì)完成6400m2注入水泥42700kg。補(bǔ)強(qiáng)灌漿：為盡量減少因開(kāi)挖造成的圍巖松弛圈影響，盡量使抗剪平硐回填混凝土與圍巖接觸緊密，于回填灌漿、接觸灌漿完成后，在第一、二基礎(chǔ)排水廊道、橫向廊道、#5壩段揚(yáng)壓力觀測(cè)廊道、護(hù)坦及堰面布置鉆孔，對(duì)抗剪平硐四周和硐壁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿。同時(shí)對(duì)#4#10壩段壩基灌漿帷幕也進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)灌漿。補(bǔ)強(qiáng)灌漿均采用濕磨細(xì)水泥漿液。壩基加固處理后大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表明，#4#10壩段沿SCJ08、SCJ10剪切帶抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)有較大提高。各壩段基本組合沿單面滑動(dòng)面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為3.003.54，大于允許最小安全系數(shù)3.0；特殊組合抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.833.21，大于規(guī)范規(guī)定最小安全系數(shù)2.5。說(shuō)明經(jīng)過(guò)加固處理后河床左側(cè)各壩段抗滑穩(wěn)定有足夠的安全儲(chǔ)備，大壩安全有保證。另外，在選擇層間剪切帶處理措施時(shí)，還進(jìn)行了化學(xué)灌漿試驗(yàn)。共布置了兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)，試驗(yàn)程序均為先進(jìn)行高壓水泥灌漿封閉，然后進(jìn)行化學(xué)灌漿?；瘜W(xué)灌漿采用了JX、SK-E和中化-798三種環(huán)氧型漿液。兩試區(qū)共完成水泥灌漿333.82m，化學(xué)灌漿377.6m。水泥灌漿的平均單位注入量一試區(qū)為204.19kg/m，二試區(qū)為49.34kg/m?；瘜W(xué)灌漿的平均單位注入量一試區(qū)為82.8L/m（JX漿液），68.37L/m（SK-E漿液）；二試區(qū)為30.39l/m（中