洪家渡面板堆石壩基礎(chǔ)開(kāi)挖及處理設(shè)計(jì)

1、洪家渡面板堆石壩基礎(chǔ)開(kāi)挖及處理設(shè)計(jì)作者：吳基昌 楊澤艷 鄒林時(shí)間：2007-11-25 12:24:00 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179.5 m，河床寬高比2.38。在壩基開(kāi)挖設(shè)計(jì)中，通過(guò)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(kāi)挖統(tǒng)籌考慮，一次開(kāi)挖完成。在壩基處理中，根據(jù)開(kāi)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(jì)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(yàn)。關(guān)鍵詞 洪家渡面板堆石壩 基礎(chǔ)開(kāi)挖 處理 設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞：洪家渡面板堆石壩基礎(chǔ)開(kāi)挖處理設(shè)計(jì) 1 概述洪家渡水電站為“西電

2、東送”首批開(kāi)工項(xiàng)目的啟動(dòng)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(diǎn)。面板堆石壩高179.50 m，壩頂長(zhǎng)427.79 m，河床寬高比為2.38，壩體填筑方量約900萬(wàn)m3。在我國(guó)對(duì)峽谷地區(qū)修建高面板堆石壩尚少設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)情況下，洪家渡面板堆石壩針對(duì)兩岸陡高邊坡坡的特點(diǎn)，將高邊坡開(kāi)挖與趾板基礎(chǔ)和壩基開(kāi)挖較好的結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了趾板一次定線開(kāi)挖到位，無(wú)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(kāi)挖。在施工過(guò)程中，根據(jù)開(kāi)挖揭露的復(fù)雜地表形態(tài)和地質(zhì)缺陷，制定了切實(shí)可行的處理措施。目前洪家渡面板堆石壩趾板及壩基開(kāi)挖已完成，壩體經(jīng)濟(jì)斷面已填筑到擋100年一

3、遇洪水渡汛高程，壩體已填筑高57 m，實(shí)施表明，壩基開(kāi)挖所采取的設(shè)計(jì)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(zhǎng)約1.5 km，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(diǎn)流入干流，轉(zhuǎn)彎點(diǎn)以上左岸為2530的順向坡，各引水建筑物進(jìn)水口均位于此緩坡帶；右岸為高190 m左右、坡角7585的陡壁。壩址位于河彎下游，壩址河谷為不對(duì)稱“V”型谷，兩岸山高300400 m左右，由于巖性軟硬相間，在左岸形成高達(dá)100 m以上之灰?guī)r陡壁，其間為寬80120 m的泥頁(yè)巖緩坡；右岸為2540度的緩坡?？萜诤铀?76.50 m，水面寬約30m，水深34

4、 m，河床中線地面高程970976 m，水下地形平緩，河床無(wú)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(jí)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210237 m ；T1y3為泥頁(yè)巖夾泥質(zhì)灰?guī)r，厚7585 m；T1y2為薄至中厚層灰?guī)r，厚275305 m；第四系為厚18 m的河床沖積砂卵礫石層（Qal）與厚145 m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(duì)壩基及邊坡有影響的主要有F3、F6、F8、

5、F13等4條斷層，其特性見(jiàn)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1215 m，對(duì)左岸壩肩高邊坡穩(wěn)定有影響。表1 壩基斷層特性表編號(hào)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(hào)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?cái)鄬訋Ъ捌涓浇l(fā)育巖溶

6、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(hào)沖溝、左岸PD21號(hào)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?cái)鄬訋r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(bǔ)給河流類型。兩岸T 1yn1與T1y2巖體風(fēng)化程度微弱，微風(fēng)水平深度1015 m，岸坡鉛直深度520 m，局部斷層交匯處、緩坡地帶風(fēng)化深度有所增加。T1y3泥頁(yè)巖風(fēng)化強(qiáng)烈，分強(qiáng)、弱、微三帶，強(qiáng)風(fēng)化水平厚度510 m，弱風(fēng)化水平厚度1530 m，微風(fēng)化水平厚度1520 m，

7、強(qiáng)弱微局部達(dá)3545 m。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(duì)地基的要求，需要全部挖除。3趾板及壩基邊坡開(kāi)挖設(shè)計(jì) 3.1趾板開(kāi)挖設(shè)計(jì) 3.1.1趾板基礎(chǔ)開(kāi)挖設(shè)計(jì) 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(duì)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(kāi)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(kāi)挖，趾板各段均為等寬趾板，寬度為4.5m。 趾板開(kāi)挖一般以趾板的“X”線進(jìn)行控制，但當(dāng)河峽窄、兩岸陡竣

8、，兩岸趾板的走向與河谷走向交角小時(shí)，“X”線往往位于趾板以外的邊坡內(nèi)，不便于施工開(kāi)挖控制。洪家渡趾板設(shè)計(jì)通過(guò)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(diǎn)的座標(biāo)和高程用于開(kāi)挖控制；“Z”點(diǎn)為面板底面線與趾板下游端面線的交點(diǎn)，是壩體填筑時(shí)上游面的起始控制點(diǎn)，各段趾板“Z”點(diǎn)相連形成“Z”線。趾板變厚和轉(zhuǎn)折處采用局部小斜坡進(jìn)行連接，亦直接提供角點(diǎn)座標(biāo)進(jìn)行精確開(kāi)挖控制。實(shí)踐表明，效果較好。 3.1.2趾板下游側(cè)岸坡開(kāi)挖設(shè)計(jì) 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(jì)規(guī)范（SL228-98）對(duì)此作了專門(mén)的規(guī)定，其坡度不宜陡于1：0.5。洪家渡面板堆石壩趾板

9、下游岸坡開(kāi)挖結(jié)合兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)：一是岸坡總坡度按不陡于1：0.5設(shè)計(jì)；二是趾板下游設(shè)防滲區(qū)，作為等寬窄趾板滿足滲徑長(zhǎng)度的補(bǔ)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(zhǎng)20m；當(dāng)趾板基礎(chǔ)后防滲區(qū)地形不能滿足以上要求時(shí)，需用貼坡混凝修補(bǔ)坡面，使其滿足要求；在壩體填筑時(shí)，墊層料和過(guò)渡料游延伸至水平段形成反濾。防滲區(qū)基礎(chǔ)進(jìn)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(duì)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)

10、岸坡開(kāi)挖以平切圖進(jìn)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(kāi)挖長(zhǎng)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(kāi)挖設(shè)計(jì) 趾板以上開(kāi)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(jí)馬道垂直開(kāi)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(yùn)行期面板堆石壩的安全，邊坡上部采用150t級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)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(kāi)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

11、上開(kāi)挖邊坡的坡面形狀結(jié)合趾板進(jìn)行布置。在趾板定線后，開(kāi)挖邊坡馬道布置由低向高推進(jìn)，馬道隨趾板的轉(zhuǎn)折呈折線布置，各級(jí)馬道相互平行，馬道轉(zhuǎn)點(diǎn)在平面上的連線為一直線；上下級(jí)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(jì)坡比定出馬道與趾板走向的夾角后，便可平行下級(jí)馬道推出該級(jí)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(jì)總坡比。 由于左岸壩軸線部山體較高，趾板及壩基開(kāi)挖后，壩軸線部位邊坡在立面上形成錯(cuò)臺(tái)，通過(guò)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(guò)渡到原始邊坡。 3.2壩基開(kāi)挖設(shè)計(jì) 趾板區(qū)的壩基結(jié)合趾板開(kāi)挖一次開(kāi)

12、挖成型，壩軸線上游陡岸按不陡于1：0.5邊坡開(kāi)挖。在壩體輪廓范圍內(nèi)，九級(jí)灘泥頁(yè)巖坡面，需清除表層覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化層的松散巖體，基面巖體濕抗壓強(qiáng)度達(dá)1015MPa；灰?guī)r地段，清除表層覆蓋層至層狀巖層，對(duì)溶蝕破碎帶、溶溝、溶槽內(nèi)充填物進(jìn)行清除，用鐵鍬挖不動(dòng)即可；覆蓋層清除后的達(dá)標(biāo)基面，邊坡應(yīng)保持穩(wěn)定狀態(tài)。沒(méi)有覆蓋層的地方需清除表面松動(dòng)石塊、凹槽內(nèi)積土和突出的巖石，以及樹(shù)根草皮。 4壩基處理設(shè)計(jì) 4.1壩基地質(zhì)缺陷處理 在壩基坑及兩岸邊坡開(kāi)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(jí)灘頁(yè)巖（T1y3）中主要表現(xiàn)為裂

13、隙性滲水，在九級(jí)灘頁(yè)巖（T1y3）與玉龍山灰（T1y2）接觸帶和玉龍山灰（T1y2）中主要表現(xiàn)為巖溶性及裂隙性涌水。 4.1.1溶溝溶槽及溶洞的處理 在壩基范圍內(nèi)多處發(fā)育溶溝溶槽，且分布范圍廣，形狀不規(guī)則，難以定量確定位置和形狀，其處理原則為：對(duì)開(kāi)口寬度小于5m、振動(dòng)碾不能到達(dá)的溝槽用C15塊石混凝土回填（塊石含量不大于20%）。 趾板開(kāi)挖中，在右岸趾板E11E12段，遇寬4050m、深5060m的溶塌堆積體，形成上寬下窄的梯形溶槽，其上部為陡傾角層狀灰?guī)r夾粘土，下部為河流沖積的砂卵石及黑色有機(jī)質(zhì)淤泥，不能作為趾板及大壩基礎(chǔ)，將其全部挖除后，用混凝土回填修補(bǔ)，形成趾板和壩基基礎(chǔ)。 壩基開(kāi)挖揭露

14、的溶洞，將洞口段的充填物清除后，用C15塊石混凝土回填并進(jìn)行回填灌漿，以保證壩基邊坡的穩(wěn)定。 4.1.2破碎帶的處理 趾板部位：對(duì)趾板基礎(chǔ)有影響的有F6、F8和F3斷層，F(xiàn)6、F8斷層以較大的交角穿過(guò)趾板基礎(chǔ)，F(xiàn)3斷層走向與趾板交角較小，影響范圍較大。對(duì)斷層破碎帶采用開(kāi)挖后回填混凝土處理，開(kāi)挖深為0.5倍破碎帶寬度，開(kāi)口寬度為2倍破碎帶寬度，然后用C15混凝土回填，形成混凝土塞，并進(jìn)行深15m的固結(jié)灌漿處理。壩基部位：清除破碎帶后，形成的狹窄溝槽按溶溝溶槽的處理措施進(jìn)行處理。 開(kāi)挖揭露，左岸近河床部位，趾板基礎(chǔ)下側(cè)的F3斷層與其呈現(xiàn)較小的夾角，且斷層破碎帶含塊石夾泥層，對(duì)運(yùn)行期趾板基礎(chǔ)的受力和

15、抗沖蝕性有極為不利的影響。其處理措為，將趾板基礎(chǔ)F3斷層上盤(pán)巖體全部清除，沿開(kāi)挖后的新建基面布置錨桿，用同標(biāo)號(hào)混凝土回填，并與趾板混凝土同時(shí)澆筑，并在趾板靠山側(cè)增設(shè)側(cè)向錨桿。 4.1.3泉（涌）水處理 小涌（泉）水點(diǎn)處理按以下方式進(jìn)行：為避免汛期涌水引起堆石體中的細(xì)顆粒料流失，產(chǎn)生管涌破壞，對(duì)所有出水點(diǎn)作反濾處理。處理方式為：清除出水點(diǎn)空腔及周邊的松動(dòng)塊石淤沙；在出水空腔內(nèi)回填塊石（塊石大小視出水點(diǎn)空腔而定）；在出水口上鋪設(shè)兩層5cm厚的塑料盲材；回填100200cm厚的過(guò)渡料；最后填筑主堆石料。 在壩基下游（樁號(hào)縱下0-120）左岸（高程約972980m）揭露W120泉水點(diǎn)，填筑前估測(cè)流量約

16、15100L/s，為有利于堆石填筑，避免運(yùn)行期該泉水點(diǎn)的涌水掏刷大壩堆石體，以及分測(cè)運(yùn)行期壩體漏水與壩基滲水的情況。對(duì)該泉水點(diǎn)，采用封閉泉水條帶、埋管引排處理。封閉方式：順泉水出露的條帶采用C20三級(jí)配混凝土進(jìn)行封閉，混凝土外輪廓形狀(高度和寬度)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石起伏確定，但外包混凝土距巖石的厚度應(yīng)大于50cm。引排方式：先清除W120泉口段空腔內(nèi)的松動(dòng)塊石和淤沙，然后回填塊石，最后埋入鑄鐵管(鑄鐵管口用塑料排水盲材進(jìn)行反濾保護(hù))。鑄鐵管引出外包混凝土后進(jìn)入壩體堆石體區(qū)，在堆石區(qū)內(nèi)先在基巖上鋪一層經(jīng)找平碾壓的主堆石料(厚度大于50cm)，然后按反濾原則進(jìn)行保護(hù)。鑄鐵排水管施工期引至壩區(qū)集水坑，運(yùn)行

17、期(永久)引至廠房尾水渠擋墻頂部。 4.2壩基表面形態(tài)缺陷的處理 壩基表面形態(tài)缺陷主要指以下方面：倒懸，指與坡向成反傾向的巖體；陡坎，指坡高H5m的巖體；陡坡，指坡高H5m，且坡度73的巖體；陡壁，主要指坡高H5m，且坡度73的巖體。 處理措施：趾板區(qū)岸坡及壩軸線上游側(cè)岸坡出露的倒懸和陡坎采用混凝土回填處理（C15，三級(jí)配）。倒懸和陡坎處理后坡度應(yīng)不陡于1：0.31：0.5，壩軸線上游范圍內(nèi)的倒懸及陡坎高度2mh0.8m的地方原則上也應(yīng)進(jìn)行混凝土回填處理；壩軸線上游的陡坡和陡壁經(jīng)混凝土回填處理后坡度仍陡于1：0.5的陡坡，填筑時(shí)，在距陡坡面30m范圍內(nèi)，按特別碾壓區(qū)料（3BB）施工要求進(jìn)行碾壓

18、，以降低堆石沿陡坡面的變形量。 在混凝土回填處理施工中，采取了有利于加快施工進(jìn)度的施工工藝措施，如堆石填筑與混凝土回填平行上升的施工措施等。 4.3勘探平洞及鉆孔的處理 在趾板和壩體覆蓋范圍內(nèi)共有10個(gè)勘探平洞，其中伸入趾板區(qū)的平洞有6個(gè)，其余位于堆石體覆蓋范圍內(nèi)。趾板區(qū)內(nèi)的平洞全部采用C15混凝土回填，以保證趾板下部邊坡的穩(wěn)定和帷幕灌漿的質(zhì)量；壩基部位的平硐洞口10m段采用C15混凝土回填，洞身采用M75漿砌石回填?？碧狡蕉椿靥顣r(shí)均預(yù)埋PVC塑料管進(jìn)行回填灌漿處理。 壩基范圍內(nèi)的地質(zhì)勘探鉆孔均要求用M15水泥砂漿回填處理。其方法是：先進(jìn)行掃孔，孔內(nèi)殘?jiān)疃炔淮笥?0cm，再進(jìn)行孔內(nèi)沖洗，然后下管至孔底注注漿，慢慢向上提起至孔口返出同濃度漿液為止。在實(shí)際施工過(guò)程中，由于河心孔一般在進(jìn)行勘探結(jié)束后，都進(jìn)行了水泥漿封孔處理，因而有些鉆孔不易找到。 5結(jié)語(yǔ) 5.1面板堆石壩基礎(chǔ)開(kāi)挖設(shè)計(jì)的重點(diǎn)