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同学们好

本节课我们学习重力坝的坝基处理

任何一座重力坝

都要座落在坝基上

坝体和坝基之间相互作用和影响

因此

一座重力坝的安全

不但取决于自身的材料、结构和构造设计

还取决于坝基特性

一般来说

坝基由于经受长期的地质作用

多存在风化、节理、裂隙等缺陷

有时还存在断层、破碎带

软弱夹层等不良地质条件

这些因素都会对大坝安全产生不利影响

因此需采取适当的、有针对性的工程措施

进行坝基处理

以满足建坝要求

坝基处理的目的在于保证基岩的整体性

满足坝体和坝基强度和稳定的要求

减少不均匀沉降

增强坝基的防渗能力

减少基底扬压力

以及减少坝基渗漏量

坝基处理的主要方法有开挖

固结灌浆、帷幕灌浆、坝基排水等

以下分别介绍

1、开挖

坝基开挖的目的是使坝体

座落在稳定、坚固的基岩上

《混凝土重力坝设计规范》规定

重力坝建基面的确定应综合考虑

岩体性质、坝基的变形和稳定

以及上部坝体结构稳定和应力对坝基的要求

以及施工方法和造价等因素

经综合技术经济比较后确定

一般来说

坝高<50m时

建基面可开挖至弱风化中部或上部基岩

坝高在50~100m之间时

建基面开挖至微风化或弱风化中部基岩

坝高大于100m时

应开挖至新鲜、微风化基岩

为增强坝体的稳定性

沿河流方向的建基面应尽可能倾向上游

并避免基岩面轮廓突变引起坝体局部应力集中

在两岸岸坡坝段

平行于坝轴线方向

应结合坝段的划分

开挖成台阶状

如图所示

坝基岩体的开挖

一般采用爆破

但应避免爆破对周边岩体产生的松动破坏

特别是在接近建基面0.5~1m范围内

应采用保护性开挖

采用小药量爆破或人工撬挖方式

避免建基面附近岩体的整体性受到破坏

坝基开挖后

还需要清理松动的岩块

回填封堵原有的勘探钻孔

并经冲洗干净之后

方可进行混凝土浇筑

2、固结灌浆

固结灌浆是利用钻孔将水泥浆液

或化学浆液压入岩体中

使之封闭裂隙

提高基岩的整体性和强度

降低基岩的透水性

如图所示

对于重力坝

固结灌浆的重点区域为

应力较大的坝踵、坝趾区附近

以及节理裂隙发育区

对于坝基中部

应根据实际情况确定

对于地质情况较好的部位也可以不灌

固结灌浆孔一般采用图中所示的梅花状布置

孔距、排距和孔深取决于坝高和基岩情况

孔距一般2~4m

孔深5~8m

必要时可以加深

固结灌浆时采用内插逐渐加密的方式进行

先用稀浆

而后逐步加大浆液稠度

灌浆压力以不抬动上部岩石为原则

一般为0.2~0.4MPa

上部有盖重时可适当增加

如图所示为固结灌浆的工序示意图

首先在岩体内造孔

孔距一般从10~20m开始

然后采用高压水枪将孔内碎屑

泥沙、杂质等冲洗干净后

开始分序灌浆

待前序浆液凝结后

再加密造孔

进行后序灌浆

在此过程中结合压水试验判断灌浆效果

压水试验得到灌浆后岩体的

透水率如不满足要求

再加密造孔灌浆

直至满足要求

3、帷幕灌浆

如图所示

帷幕灌浆是将浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙

形成连续的阻水防渗帷幕

以减少坝基渗漏量

降低坝底渗透压力

并防止坝基内产生管涌等渗透破坏

帷幕灌浆与前述固结灌浆的区别在于

固结灌浆的目的在于

提高坝基附近基岩的完整性和强度

灌浆孔较浅

压力小

但灌浆范围大

而帷幕灌浆的主要目的是坝基防渗

其孔深

灌浆压力大

灌浆范围只沿帷幕线灌浆

防渗帷幕一般布置于靠近上游面的坝轴线附近

自河床向两岸延伸

帷幕灌浆的施工常在坝体内的灌浆廊道内进行

靠近岸坡处可以在两岸平洞内进行

防渗帷幕的深度由坝高和基岩地质条件确定

当坝基透水层厚度不大时

帷幕一般穿过透水层

并深入到相对隔水层以下3~5m

其中

相对隔水层根据坝高由透水率界定

如表格所示

对于坝高低于50m时

可选择透水率q为5Lu作为隔水层界定标准

即防渗帷幕深入到透水率5Lu部位之下3~5m即可

坝高在50~100m之间时

透水率标准可选为3~5Lu

100m以上的高坝

透水率标准选为1~3Lu

当相对隔水层埋藏较深时

帷幕深度可结合地质条件和渗流计算分析结果确定

一般采用0.3~0.7倍坝高

防渗帷幕的厚度应满足抗渗稳定要求

由允许渗透坡降确定

即帷幕内的渗透坡降不超过容许值

对于透水率q小于5Lu的区域

容许渗透坡降[J]为10

透水率小于3Lu时

容许值为15

透水率小于1Lu时

容许值可取为20

实际上

灌浆所能得到的帷幕厚度与灌浆孔的排数有关

如图所示

灌浆孔孔距c一般为1.5~4m

由现场灌浆试验确定

灌浆孔排距c1一般为（0.6~0.7）倍孔距

由于每个钻孔的灌浆向四周扩散

其扩散半径为r

单排灌浆时

帷幕可形成的防渗厚度为c′

如图所示

一般为0.7~0.8倍孔距

则当有n排灌浆孔时

所能形成的灌浆厚度为

l=(n-1)c1+ c‘

一般情况下

高坝可设置2~3排灌浆孔

中坝1~2排

低坝设置1排

对于帷幕灌浆的施工

因灌浆深度较大

灌浆压力高

必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土后

在廊道内进行

灌浆压力在帷幕的顶部需大于1.5倍工作水头

孔底段应加大至2~3倍工作水头

帷幕灌浆一般采用水泥灌浆

必要时可采用化学灌浆

化学浆液具有强粘结性

帷幕的防渗效果较好

但其成本昂贵

且化学浆液材料有毒有害

易引起水环境污染

对于高坝

由于岸坡坝段帷幕较深

考虑深孔造孔的精度控制难度较大

以及深孔造孔成本较高

一般在不同高程的平洞

及坝基灌浆廊道内分多层灌浆

如图所示

对于分层灌浆

需在不同层灌浆所形成的

分段帷幕之间做好搭接

以保证形成完整封闭的帷幕防渗体系

另外

对于坝基岩体存在软弱结构面、断层时

需进行加强加密灌浆

值得强调的是

坝基防渗能力主要依赖于防渗帷幕

帷幕灌浆工作属地下隐蔽工程

其施工质量不易控制、难以检测和评价

易成为工程中偷工减料、粗制滥造的主要部位

而在水库蓄水后若出现质量问题

又难以修复处理

可以说

帷幕灌浆施工质量的好坏

将严重影响水库的渗漏及大坝安全

甚至决定一项水利工程的成败

因此

对于帷幕灌浆这项“良心工程”

在施工建造过程中必须注重灌浆材料

方法、工艺参数、灌浆量、灌浆质量等

各方面的严格检验、检测与验收

确保防渗帷幕的质量满足坝基防渗要求

4、坝基排水

与坝内排水构造措施类似

在坝基内设置排水孔幕

也是降低坝底扬压力的重要手段

如图所示

排水孔幕在帷幕灌浆的下游侧

为避免帷幕灌浆时漏浆

排水孔幕的施工需在帷幕灌浆完成后方能进行

排水孔幕一般略向下游倾斜

深度为0.4~0.6倍帷幕深度

孔距2~3m

孔径一般15~20cm

坝基的渗水通过排水孔幕可进入排水廊道

汇入集水井后

经坝内横向排水管自流或抽排至下游

实际工程经验表明

排水孔幕处的扬压力折减系数α可达到0.2~0.3

减压效果明显

以上四种坝基处理方式

可应对常见的坝基地质条件

实际工程中

还存在一些特殊地质条件

比如断层破碎带、软弱夹层

或者存在岩溶的情况

需要进行特殊处理

断层破碎带的强度低

压缩变形大

易使坝基产生不均匀沉降

引起坝体开裂

软弱夹层厚度较薄

遇水容易软化

抗剪强度降低

不利于坝体的抗滑稳定

因此需要对其进行特殊处理

处理方法一般可采用开挖后回填混凝土

当开挖回填量较大

成本较高时

也可做成如图所示的混凝土塞

即在端部或中间部位设置混凝土块体

切断不良地质条件的连续性

使其软弱结构面不能形成贯通

增强坝基的整体性和稳定性

此外

还可采用深齿墙、抗滑桩、预应力锚索等措施

来加固坝基

减轻不良坝基条件的影响

对于岩溶地区

可能遇到溶洞、漏斗、暗河等地质缺陷

不仅是漏水通道

也会降低坝基的承载力和稳定性

若在岩溶地区建设水利工程

首先需要做好前期勘察工作

查明岩溶分布

在此基础上

结合已有类似工程经验

采用开挖、回填、高压灌浆

设置帷幕等方法切断地下渗漏通道

由于岩溶地区的地质条件大多非常复杂

对工程的影响极大

且岩溶的处理难度较大

造价较高

关系到工程的成败

因此

选择坝址时

应首先尽量避开岩溶地区