rcc圍堰在三峽水庫蓄水期間的穩(wěn)定性分析

rcc圍堰在三峽水庫蓄水期間的穩(wěn)定性分析

1高水流量明渠設施施工三期混凝土砌塊是重力壩，屬于三級臨時建筑物。圍堰平行于大壩布置,軸線位于大壩軸線上游144m,右側(cè)同白巖尖山坡相接,左側(cè)與混凝土縱向圍堰堰內(nèi)段相連,全長約580m。堰頂高程140m,頂寬8m,最大堰底寬107m,最大堰高115m。三期碾壓混凝土圍堰按兩個階段實施,第一階段主要是進行基礎開挖并完成導流明渠斷面以下的常態(tài)混凝土澆筑與右岸岸坡的2～5堰塊,其河床部分于1996年11月施工完畢,岸坡部分于1999年3月施工完畢。第二階段工程修建的堰體全長380m,要在一個枯水期內(nèi),即2003年1月至6月將堰體全線修建至堰頂高程140m,同時還要完成灌漿、排水孔等項目的施工。第二階段堰體上、下游面、模板、預埋件等周邊50cm厚范圍澆筑變態(tài)混凝土;6號堰塊外露基巖面以上2m澆筑R90200常態(tài)混凝土;其余由碾壓混凝土澆筑而成,以高程85m為界,以上為R28150S8,以下為R90150S8。整個堰體從開始施工到竣工,其水位經(jīng)歷了四個階段:第一階段是1997年11月8日至2002年11月6日,為導流明渠過水沖刷階段,其水位在66m～70m之間;第二階段是2002年11月6日至2003年5月20日,為RCC圍堰施工期,即三期截流到蓄水階段,其水位在70m～78m之間;第三階段是2003年5月20日至6月11日,為蓄水階段,其水位為78m～135.9m;第四階段為擋水期,其水位穩(wěn)定在135.5m左右,后來提高到139m。2堰基巖體及工巖體堰基基巖為閃云斜長花崗巖(γNPt)及閃長巖包裹體(δxen)。閃云斜長花崗巖分布于三期碾壓混凝土圍堰第6塊高程57.0m平臺以左至縱向圍堰上縱堰內(nèi)段;細粒閃云斜長花崗巖分布于第6塊高程57.0m～70.0m的邊坡段;閃長巖包裹體主要分布于第6塊高程70.0m平臺至第2塊;花崗巖脈(γ)穿插分布于堰基巖體之中,與圍巖多呈裂隙接觸,少數(shù)呈斷層接觸,部分呈突變緊密接觸或混熔接觸;堰基內(nèi)有4條閃長小型捕虜體(δ),均與圍巖呈突變緊密接觸。堰基共揭露斷層主要為NNW、NNE和NE至NEE向,少量為NWW及NW向。構(gòu)造巖寬為0.02m～6.0m,一般0.1m～2.0m,構(gòu)造巖一般膠結(jié)較好,少量NEE向斷層和NW向斷層膠結(jié)較差,沿斷層帶有風化加劇現(xiàn)象。裂隙以中、陡傾角為主,緩傾角裂隙(傾角≤30°)主要發(fā)育在三期碾壓混凝土圍堰第2塊至第6塊中。堰基巖體主要為弱風化帶下部巖體,占建基面面積的93.2%,少量為弱風化帶上部巖體,局部殘留有強風化帶巖體。建基巖體主要以微透水巖體為主,壓水試驗值一般在5Lu～10Lu之間,建基面以下至相對隔水巖體(層)透水巖體厚度一般5m～15m,最厚23m;部分地段為較嚴重透水巖體,其透水率大于10Lu。3主要問題分析3.1峽水庫排水孔涌水量文獻[1、2]對RCC圍堰基礎廊道排水孔中水質(zhì)和蓄水期排水量與三峽水庫水位升高的關系作了詳細的介紹,其結(jié)論是:排水孔中水與庫水無明顯差異,水質(zhì)無變化。排水孔涌水量雖然隨三峽水庫蓄水上升而增大,但上升到一定量時趨于穩(wěn)定,并隨著三峽水庫渾水沉淀淤積,細粒逐漸堵塞滲水縫隙,隨時間的推移淤積物鋪墊厚度增大,廊道內(nèi)排水孔中涌水量有減小的趨勢。另一方面,排水孔中電視錄相資料顯示,出水點部位多為弱風化帶巖體,其結(jié)構(gòu)面都很小,滲出的水對周圍雖有一定的沖力,但均無掏空跡象,由此可見,涌水量增大對堰基的穩(wěn)定性無影響。3.2rcc圍堰基礎廊道的垂直變形為了驗證水質(zhì)分析和孔內(nèi)電視錄相資料的正確性,作者將RCC圍堰基礎廊道垂直位移、堰頂水平位移觀測成果與對應的環(huán)境進行了分析。3.2.1垂直變形分析經(jīng)分析,RCC圍堰基礎廊道垂直變形受環(huán)境影響顯著,其特征按時期可分為導流明渠運行期、堰體施工加高期、堰體擋水期三個階段:第一階段——導流明渠運行期。其中,2001年11月至2002年1月,各堰塊垂直變形以上升為主,其變形量一般在0.4mm～-0.8mm之間;觀測值最大起伏為-0.3mm～2.11mm,最大變形量為2.4mm。2002年1月至2002年6月,各堰塊垂直變形以下降為主,其變形量一般在0.4mm～0.6mm之間;觀測值最大起伏為-0.76mm～0.46mm,最大變形量為1.22mm。2002年6月至2002年11月,各堰塊垂直變形上升和下降呈震蕩趨勢,其變形量一般在0.5mm左右;觀測值最大起伏為0.46mm～-0.09mm,最大變形量為0.55mm。累計垂直變形量均為下沉,其中,3～5堰塊為0mm,6～18堰塊為0.24mm～3.47mm,縱向圍堰為4.03mm～5.82mm。第二階段——堰體施工加高期。2002年11月導流明渠截流后,2002年12月16日至2003年2月,RCC圍堰堰體從高程50m～58m上升到期140m,各堰塊垂直變形以下降為主。其變形量一般在1.4mm～1.8mm之間;觀測值最大起伏為-0.30mm～2.11mm,最大變形量為2.46mm。2003年2月至2003年5月,三峽水庫的水位逐漸上升到77.8m,除5、6堰塊垂直變形為上升外,其余堰塊垂直變形為下降趨勢,其變形量一般在1.2mm左右;觀測值最大起伏為-0.36mm～1.08mm,最大變形量為1.44mm。累計垂直變形量各堰塊差異明顯,3～6堰塊為上升,其中,3～5堰塊累計垂直變形量為-0.46mm～-2.8mm,6堰塊由0.24mm上升到-1.62mm;7～18堰塊為繼續(xù)下沉,累計垂直變形量為1.4mm～5.57mm;縱向圍堰相對于第一階段上升-0.81mm～1.9mm。第三階段——堰體擋水期。2003年5月20日至2003年6月11日,堰前水位由77.8m,上升到135.92m,各堰塊垂直變形迅速增大,其變形量一般在5mm～7mm之間;觀測值最大起伏為0.7mm～7.47mm,最大變形量為6.77mm。2003年7月,各堰塊垂直變形趨于穩(wěn)定,其月變形量一般在-0.07m～0.55m之間,最大變形量為0.55mm。累計垂直變形量均為下沉,其中,3～6堰塊為2.66mm～4.46mm,7～9堰塊為7.18mm～9.49mm,10～18堰塊為10.42mm～12.91mm,縱向圍堰為11.17mm～12.1mm。綜上所述,RCC圍堰基礎廊道垂直位移在導流明渠運行期,月變形量小,一般在1mm以內(nèi);堰體施工加高期變形量稍有增大,月變形量在2.11mm以內(nèi);堰體擋水期變形量明顯增大,且以壓縮變形為主,月變形量在5mm～7mm。累計垂直變形量均為下沉,其中,3～6堰塊垂直變形量小于5mm,7～9堰塊垂直變形量小于10mm,10堰塊～縱向圍堰堰塊垂直變形量大于10mm,小于13mm。庫水位穩(wěn)定后,垂直變形亦趨于穩(wěn)定。10、11兩堰塊,地處原導流明渠最低部位,堰基存在一定厚度的弱風化帶上部巖體,但在各個階段垂直變形與其相鄰堰塊變形同步,無異常現(xiàn)象。另外,圍堰基礎廊道垂直變形與堰高有密切的關系,截止2003年7月21日,堰高在70m以下的3～5堰塊,累計變形量在2.45mm～3.76mm之間;堰體高在70m～100m的6堰塊～縱向圍堰,累計變形量在4.16mm～12.91mm之間;具有堰體高度大,垂直變形下沉量大,堰體高度小,垂直變形下沉量小的特征,堰體高度增加垂直變形下沉量也增加。3.2.2堰頂水平位移分析水平位移為三峽水庫蓄水至120m以后的觀測資料,截止2003年7月已觀測4次。其中6月份3次,7月份1次。由圖6-5可知,三峽水庫蓄水后,RCC圍堰堰頂部向下游水平位移,有隨水位升高而增大的趨勢,水位在120m左右時觀測,向下游水平變形量較小,一般在2.23mm～5.12mm,水位在128m左右時觀測,堰體頂部向下游水平變形量稍有增大,變形量在5.66mm～9.72mm之間;水位蓄到135m后,堰體頂部向下游水平變形量繼續(xù)增大,變形量在6.02mm～11.79mm之間,其中10、12兩堰塊向下游水平變形量都超過10mm,分別為11.79mm、10.39mm。水位穩(wěn)定在135.2m左右時,堰體頂部向下游水平變形量亦趨于穩(wěn)定,變形量在7.22mm～12.0mm之間。對水平位移進行矢量分析,結(jié)果表明:水位在120m左右時,6～9堰塊位移矢量指向東,12～14堰塊位移矢量指向南,10堰塊位移矢量與水流方向近似一致;水位在128m左右時,6～9堰塊位移矢量指向東,12～14堰塊位移矢量指向南,10堰塊位移矢量近似與水流方向近似一致,顯示堰體以10堰塊為中心,兩側(cè)堰體有向中間擠壓的趨勢,各堰塊矢量端點的連線呈一弧形;水位在135m左右時,6～9堰塊位移矢量指向東偏南,10～14堰塊位移矢量指向南,顯示堰體水平位移有向南西偏移的趨勢;水位蓄至135m后,6～9堰塊位移矢量指向東,10～14堰塊位移矢量指向南,堰體水平位移矢量保持向南的趨勢,其變形弧度為中間大,兩端小(圖1)?？傮w結(jié)果顯示堰體有向下游變形的跡象,在沒有排除其它影響因素的情況下(如溫度、濕度、氣壓等),認為變形量較小,堰高在70m～100m的6堰塊～縱向圍堰,累計變形量為4.16mm～12.91mm之間;具有堰體高度大,垂直變形量大,堰體高度小,垂直變形量小的特征,即堰體增高垂直變形量增大。堰體頂部水平位移保持向下游的趨勢,其變形矢量弧度為中間大兩端小,變形量在7.22mm～12.0mm之間。水位穩(wěn)定后,堰體頂部向下游水平變形量亦趨于穩(wěn)定。4工程地質(zhì)和變形根據(jù)建基面所處的高程、巖性、構(gòu)造、排水孔涌水分布特征及變形觀測資料,將圍堰使用期的安全性分述如下:2堰塊至3堰塊右側(cè),建基面由高程137m、130m兩級平臺及邊坡組成,堰體順水流方向長8m左右,上、下游山體均高于建基面,堰體嵌于右岸山體中。建基巖體以弱風化帶上部細粒閃長巖為主;主要斷層寬0.2m～0.55m,構(gòu)造巖膠結(jié)較差,兩側(cè)有風化加劇現(xiàn)象,巖質(zhì)呈半疏松～半堅硬狀;沿部分裂隙分布0.5cm～1cm風化碎屑;建基面巖體大多呈次塊狀結(jié)構(gòu),巖體質(zhì)量以B2級為主,高程137m～140m邊坡中部為C級巖體,對構(gòu)造巖、風化加劇和膠結(jié)差的斷層帶進行了槽挖處理,槽深一般是斷層寬度的1～1.5倍;建基巖體雖為弱風化帶上部巖體,但該處承受水頭僅5m,堰體高度不大,堰體變形量無異?，F(xiàn)象,表明建基巖體強度可滿足堰體承載力要求,堰基抗滑穩(wěn)定條件較好。堰基巖體透水性不均一,局部地段透水性較強,且部分裂隙及斷層貫穿堰基上、下游,但無滲漏跡象。3堰塊左側(cè)至6堰塊右側(cè),建基面呈臺階展布,從右至左平臺高程為120m、110m、103m、93m、80m、70m,平臺寬5m～20m,各平臺之間以1?0.5坡比相接。建基面成型較好,一般地段超挖0.1m～0.3m;局部地質(zhì)缺陷處理挖深1.5m～2.0m。建基面為弱風化帶下部及微風化帶細粒閃長巖,局部混雜有細粒閃云斜長花崗巖。出露主要斷層構(gòu)造巖膠結(jié)較差,有風化加劇現(xiàn)象。中陡傾角裂隙主要為NNE組及NEE組,傾向下游的緩傾角裂隙較發(fā)育,裂面多為硬性結(jié)構(gòu)面,短小、不連續(xù)。巖體以塊狀、次塊狀結(jié)構(gòu)為主,巖體質(zhì)量以B級為主,少量A級、C級及D級巖體。對于沿中、緩傾角裂面張開的巖體、斷層風化加劇地段進行了槽挖處理,由結(jié)構(gòu)面組合成的局部不穩(wěn)定體予以清除;3、4堰塊上游的呈片狀出露的風化加劇地帶,采取了建基面下降0.5m～1.0m處理措施。通過以上工程處理,滿足建基巖體要求,蓄水后其變形量也較小。6堰塊左側(cè)至9～1堰塊,建基面呈階梯狀展布,由右至左臺面高程分別為56.5m、50m、45m、40m,平臺寬15m～25m,各平臺間以1?1斜坡相接;出露巖石主要為弱風化帶下部閃云斜長花崗巖,部分斷層交匯地段為弱風化帶上部巖體。9～1塊及8塊下游左側(cè)NNW向裂隙發(fā)育,間距0.2m～0.5m。巖體以塊狀、次塊狀結(jié)構(gòu)為主。斷層之間分布的極少量鑲嵌結(jié)構(gòu)巖體,由于裂隙、斷層均有不同程度的風化,以及施工爆破影響,經(jīng)測試地震波值3000m/s左右?？傮w上巖體質(zhì)量為優(yōu)質(zhì)及良質(zhì)巖體,建基巖體強度可滿足堰體承載力要求,變形資料表明,垂直下沉量與堰體高度有關,本段變形量較小。9～2堰塊至11堰塊,建基面高程一般25m～35m,以10塊上游端沿F11開挖的槽狀地形最低,高程19m。巖性為閃云斜長花崗巖。有多條斷層貫通堰基上下游,且NNW向裂隙發(fā)育,將巖石切割呈條塊狀。建基巖體大部分為弱風化帶下部巖體,另有三條斷層之間為弱風化帶上部巖體,且沿斷層有風化加劇現(xiàn)象;沿斷層帶留有35m2(堰基下)的強風化帶巖體。巖體以次塊狀結(jié)構(gòu)為主,少量塊狀和鑲嵌結(jié)構(gòu);巖體質(zhì)量以良質(zhì)(B級)為主。強風化帶巖體最厚0.8m,呈碎裂結(jié)構(gòu),聲波值為1700m/s～2000m/s,但堰基下分布面積小,且已深挖約6m,后回填混凝土、鋪設底層鋼筋,垂直下沉量與堰體高度關系密切,本段變形量相對較大,但與相鄰堰塊的變形量呈漸變趨勢,無突變跡象。12堰塊至15堰塊,建基面高程38m～43.5m,出露巖石主要為弱風化帶下部閃云斜長花崗巖,發(fā)育有三條較大斷層,其中一條斷層構(gòu)造巖寬2m～4m,膠結(jié)較好。另兩條斷層性狀較差,構(gòu)造巖寬0.5m～1.0m,斷層兩側(cè)及其與其它斷層交匯地帶,風化加劇,為弱風化帶上部巖石。12堰塊、13堰塊中上部一帶,緩傾角裂隙較發(fā)育。對上述性狀較差的斷層和風化加劇的斷層交匯帶已進行處理;沿斷層槽挖,緩傾角裂隙及其上覆巖體被挖除,弱風化帶上部巖體部分被挖除,14～2塊下游弱風化帶上部巖體已鋪有底層鋼筋。總體建基巖體以塊狀、次塊狀結(jié)構(gòu)為主,局部為鑲嵌結(jié)構(gòu)。巖體質(zhì)量以優(yōu)質(zhì)、良質(zhì)為主,僅F9斷層帶為C級。施工中對上述局部地質(zhì)缺陷作了處理,建基巖體強度滿足堰體承載力要求,其變形量與9～2堰塊至11堰塊一致。綜上所述,整個堰基地形以傾向上游為主,巖體除10～11堰塊有弱風化帶上部巖體外,其余堰塊均為弱風化帶下部巖體,施工過程中對質(zhì)量差的巖體進行了固結(jié)灌漿處理,三峽水庫蓄水后,基礎排水孔排水量隨水位上升而增大,對11堰塊增加了一排化學灌漿帷幕,有效地遏制了排水孔涌水對堰基的影響,集中涌水量已明顯減小。經(jīng)過處理的堰基基礎,垂直變形量小,堰基不均勻變形量小;排水孔涌水量已恢復到未蓄水前的排水量,并保持穩(wěn)定,由此可見,經(jīng)過處理的堰基條件