强岩溶地区混凝土坝基基础处理施工技术.pdf
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1、第 4 7卷 第 1 1期 2 0 1 6 年 6 月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 47, No 1 1 J u n e ,2 0 1 6 文章编 号 : 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 6 ) 1 1 0 0 6 1 0 5 强岩溶地区混凝土坝基基础处理施工技术 李 春 贵, 蒋 廷 军 ( 中国人 民武装警察部 队 水电第一总队, 广 西 南宁 5 3 0 0 2 8 ) 摘要 : 沙沱水电站坝基处 于强岩溶地 区 , 河床基础深层岩 溶裂 隙发 育 , 在基 坑开挖过 程 中出现 多处渗漏 涌水, 导致基坑开挖和基础混凝土浇筑十分
2、困难。在对渗漏通道进行深入勘查基础上, 提 出了有效的堵、 排和基础 处理技术措施 , 特别是通过对各种堵 漏灌浆材料 和工艺进行研 究, 采用膏浆、 泵送 沙浆并掺合一定微膨胀性材 料等综合施工 工艺技 术 , 将塑性浆液 大流量挤 压入 岩溶 裂隙渗 漏通道 , 堵漏 效果显著 , 达到 大坝基 础处理要 求 , 确保 了工 程 进 度 目标 , 为 类 似 工 程 的 堵 漏 处 理 积 累 了成 功 经验 。 关键词 : 深层岩溶裂 隙; 渗 漏通道 ;膏浆 ; 强岩溶地 区 中圈法分类号 :P 6 4 2 文献标志码 :A D OI : 1 0 1 6 2 3 2 j c n k i
3、 1 0 0 1 4 1 7 9 2 0 1 6 1 1 0 1 7 1 工程概况 乌江沙沱水 电站 位于贵 州省沿 河县城上 游约 7 k m处 , 属 等大 ( 二) 型工程 , 总库容 9 1 0亿 m , 正常 蓄水位 3 6 5 0 0 I l l , 电站装机 1 1 2 0 MW, 多年平均发 电 量 4 5 5 2亿 k W。枢纽由全断面碾压混凝土重力坝 、 左 岸坝后厂房、 右岸垂直升船机、 溢流表孔和消力池等建 筑物组成。大坝共分为 1 6个坝段 , 从左到右依次为: 左岸挡水坝段、 厂房取水坝段 、 电梯井坝段 、 溢流坝段 、 右岸升船机坝段 和右岸挡水 坝段 。最大坝
4、高 1 0 1 m, 河床最低建基面高程 2 7 0 m, 基础最宽处 7 3 1 2 5 m。 该工程施工期采取分期导流 : 利用河床礁滩修筑 纵向混凝土围堰 , 前期选用左岸河床导流 , 右岸施工 ; 中、 后期在右岸坝体预留导流底孔和缺 口, 采用导流底 孔及缺 口联合下泄的洪水导流方式 , 1 O号坝段右块与 上下 游 I、 期 围堰形 成纵 向混 凝 土 围堰 。 2 坝基工程水文地质 条件 坝址河段河 床中有顺河 向礁滩 , 礁滩宽 5 0 m, 高 程 2 8 8 4 2 8 9 2 m, 礁滩至左岸边 3 0 IT I , 河床较浅 , 枯 季水深 23 5 m; 礁滩至右岸边
5、 2 8 m, 河床深 9 m, 右 岸河床深槽为河流主流。工程施工利用河床礁滩修筑 纵 向混凝土围堰 , 分期施工 , 一期围堰施工右侧河床基 坑 。 河床地层为桐梓组 ( 0 t ) 中厚层 白云质灰岩, 主 要为化学沉积 , C a O+Mg O含量为 4 2 一5 4 , 平均 5 0 7 8 , 属 强可溶 岩。岩层 产状 N 8 。 E, S E 1 5 。 1 7 。 , 构造裂隙主要发育 3组 , 其产状分别为: N 2 0 。 一 2 8 。 E ,N W ( S E) 6 8 。7 0 。 ; ( N 7 0 。7 4 。 W , S W ( N E) L7 4 。 ; S
6、 N, E( w) L7 8 。 一 8 0 。 , 其 中沿组裂 隙溶蚀 、 冲蚀缝发育 。坝址 区浅层较大的夹层为 J 4 , 由上至下岩性为: 6 0 c m薄层串珠状泥灰岩、 6 5 c m钙 质泥岩 、 3 0 c m薄层串珠状泥灰岩、 3 0 C 1T I 钙质泥岩 。 河床深切发育 , 溶蚀、 侵蚀均有 , 河床岩体浅表层 沿构造弱面形成的溶蚀 、 侵蚀 沟槽发育 , 夹层、 小型溶 蚀裂 隙交错分布, 部分裂隙宽仅 1 2 c m, 但深度大于 8 m。难 以通过现有地质勘察手段进行发现与跟踪 , 渗 漏通道非常复杂。 3 坝基渗漏涌水及通道勘查 3 1坝基渗漏概况 ( 1 )
7、1 0号坝段坝基渗漏情况。河床一期截流后 , 在基础开挖至 2 8 5 m高程( 设计建基 面 2 8 0 0 m) 时 , 1 0号坝段基础 出现 4股主要的大流量涌水点 ( 图 1中 1 , 2 , 3号及 4号涌水点 ) , 总涌水流量超过 2 n q 。 s , 涌 水压力最 大为 0 2 MP a ; 1 0号坝段上游齿 槽开挖 至 收稿 日期 : 2 0 1 6 0 3 2 8 作者简介: 李春贵, 男, 副总工程师, 高级工程师, 主要从事水电工程技术管理工作。Em a i l : 1 0 0 5 5 3 6 4 6 3 q q e o m 6 2 人 民 长 江 2 7 6 2
8、 7 7 I n高程时 , 出现 3股涌水点 , 并沿 f 1 3溶沟裂 隙带渗水 。 =2 - 左岸明渠过流 、 I I l l :0 7 5 I子堰 ( 汛期前挡水)l l J 羔 , : 1585o0 = f t 号 I 右 岸 基 坑、 : : 图 1 1 0号坝段坝基渗漏 涌水 点平面示意 ( 2 )1 1 , 1 2号坝段 2 7 6 m高程渗漏情况。1 0号坝 段右块在汛期与纵 向混凝 土围堰 连接成整体共 同挡 水 , 由于没有成功封堵渗漏涌水通道, 采用了埋设集水 钢盒加排水钢管的方式引排, 涌水除大部分从排水钢 管引出外 , 另有一部分从集水钢盒 经 1 0号坝段靠 1 1
9、 号坝段桩号坝纵 0+ 0 0 0 0 0 0处混凝土与基岩接触面 流出形成管涌。1 1 , 1 2号坝基开挖至 2 7 6 m 高程后 , 由于坝基裂隙与岩溶发育, 明渠水 流沿溶槽裂隙带渗 漏 , 致使 1 1 , 1 2号坝段基岩面形成多处流量很大的渗 漏 通道 ( 见 图 2 ) 。 图 2 1 1。 1 2号 坝 段 2 7 6 m 高 程 渗 漏 涌 水 点 平面 示 意 ( 3 )1 1 , 1 2号坝段建基 面 2 7 0 m高程渗漏情况。 在 1 0号坝段一线进行防渗堵漏灌浆 , 大的渗漏通道封 堵完 成后 , 1 1 , 1 2号坝段 基础 下切 开挖 至建 基面 2 7
10、0 m 高程 , 由于坝基岩溶裂隙, 上游水流沿上游围堰深层溶 槽裂隙带渗漏 , 上游侧出现 4处主要渗漏水 、 中下游出 现 2处主要渗漏水 ( 见图 3 ) 。 3 2 渗漏通道探 查 鉴于上游围堰闭气 , I、 期纵向围堰设计 8 m深 防渗灌浆均 已完毕 , 1 0 , 1 1号坝段坝基 涌水 通道仅可 能 由左岸明渠通过 1 0号坝段坝基、 下游消力池基础深 层岩溶裂隙向 1 1 , 1 2号坝段坝基渗漏。 3 2 1物 探 钻 孔 测 试 为了勘查探 明 l 01 2号坝段坝基整体地质状况 和渗水通道, 共布置 1 1个 2 0 2 5 1T I 深 的孔位进行孔 内录像和 c T
11、测试 。坝基物探声波 c T测试及孔 内录 像成果 表 明, 坝基 溶蚀 裂 隙非 常发 育 , 溶 缝 溶 沟 以 “V” 或 “” 形 呈矩 阵式 分 布 , 很 难 对 地下 溶 缝 、 溶 沟 准确定位。 270000 l l号 坝 段 建 基 面 | _ 宴 坝横O十4】7500 段建基面 , 、 、 、 : :j j 。 : : 。 , , : , j , 坝 横 。 。 。 。 。 。 。 。 委 T ,l 坝9 + 4 4 9 O O O 图 3 1 1 , 1 2号坝段 2 7 0 m高程建基面渗漏涌水点平面示意 3 2 2钻 孔探 查 为查找集 中渗漏位置 , 结 合物探测
12、试成果 : 在 上游 灌浆 廊道 坝横 0+ 3 6 1 0 0 0和坝 横 0+3 7 4 。 0 0 0桩 号布设辐射状孔进行渗漏通 道探查 ; 在 1 0号坝 段 坝体右侧坝纵 0+ 0 1 00+6 7 1 2 5钻孑 L 进行探查 ; 利用下游灌浆廊道结合固结灌浆钻孔探查。钻孔探查 表明, 处于渗漏通道部位 的钻孑 乙 出现大量涌水。 1 0 , 1 1号坝段建基面上游齿槽段揭露出 j 4夹层 , 堵漏灌浆前, 涌水点 C处沿 j 4夹层涌水 , 辐射孑 L 灌浆 后 , A、 C两处涌 水点 均返 浆 、 稻 草和 海带 , 可 看 出 1 0号 坝段预埋 钢盒 子周 围涌水分 直
13、接沿 L K 1 3裂 隙从 A 点 、 L条带上游侧涌出和沿 j 4夹层绕渗从 C点涌 出两 种 情况 。 通 过 利用 下 游灌 浆廊 道 进行 固结 灌 浆揭 露 出 L K 1 0裂 隙与 B号 涌水 点相 连 。 3 2 、 3连 通 性 试 验 为查找 1 0号坝段下部分渗水通道 , 在右坝段 3 0 7 n l 高程平台靠河床过流侧进行钻孑 L 后 , 向孔内投掷高 锰酸 钾 试 剂 进 行 连 通 性 试 验 , 试 验 表 明 坝 纵 0 + 0 3 3 0 0 0 桩号 处与 L条带 下半 段连 通 。 4 堵漏灌浆及基础处理方案 4 1探 查 结果 分 析 通 过物探 测
14、 试 、 钻 孔探 查和连 通性 试验 探 明 , 1 0 l 2号坝段坝基岩溶裂隙发育且呈纵横交叉分布 , 但难 以准确判定渗漏通道 的具体发育状况 , 常规堵漏灌浆 难 以达到封堵效果 , 需根据渗漏涌水情况及部位 , 研究 采取不 同的堵漏 措施 及基 础处 理方 案 。 4 2 堵漏灌浆及基础处理方案 4 2 1 1 0号 坝段 针对 1 0号坝段的基础渗漏涌水 , 为确保年度安全 度汛 , 经专家及建设单位 、 设计 、 监理、 施工共同研究 , 第 1 1 期 李春 贵, 等 : 强岩溶地 区混凝 土坝基基础处理施工技术 6 3 对 1 0号坝段的设计进行调整 , 包 括 : 抬高
15、建面 , 由 原设计建基面 2 8 0 0 m高程抬高至 2 8 5 0 m高程 ; 汛前仅施工 1 0号坝段 右块 , 以避开大 的渗漏涌水 ; 将 1 0号坝段与纵向围堰 I区连接段作为 1 0号坝段 的 一 部分整 体施工 ; 上游齿槽 浇筑水 下混凝 土。此 外 , 继续对渗漏涌水通道进行查找及封堵 。 在对 1 0号坝 段进行 施 工调 整后 , 上游 齿槽 涌 水量 较大 , 混 凝土 浇筑 时 , 2 8 0 5 m 以下 采 取水 下 混 凝 土工 艺施工 , 对集 中渗漏水点采用预埋集水钢盒加排水钢 管方式将 水 引至 1 0号坝 段 坝 体 右 侧 , 涌水 量 近 1 m
16、 s 。汛前 , 1 0号坝段右块及上游连接段浇筑至安全 度汛高程 , 达到安全度汛面貌。 4 2 2 1 1 , 1 2号 坝段 2 7 6 m 高程 1 0号坝 段 右 块 在 汛期 与 纵 向混 凝 土 围堰 连 接 成 整体共同挡水 , 由于没有成功封堵渗漏涌水通道 , 采用 了埋设集水钢盒加排水钢管 的方式引排, 涌水除大部 分从排水钢管引出外 , 另有一部分从集水钢盒经 1 0号 坝段靠 1 1号坝段桩号坝纵 0+ 0 0 0 0 0 0处混凝土与基 岩接触面流 出。1 1 , 1 2号 坝基开 挖至 2 7 6 m 高程左 右 , 由于坝基裂隙与岩溶发育, 明渠水流沿 1 0号坝
17、段 基础深层溶槽裂隙带渗漏 , 致使 1 1 , 1 2号坝段基岩面 形成多处流量很大的渗漏通道 。坝基漏水严重制约了 1 1 , 1 2号坝段 的基 础开挖 和混凝 土浇筑工作 , 为确保 大坝 的顺 利施 工及 坝 基 的建 基 面 质 量要 求 , 必 须及 时 对 1 01 2号坝段坝基渗水进行有效封堵。 针对 1 1 , 1 2号坝段坝基 总体漏水量大、 涌水 出露 点多且通道相对集 中、 渗径短等特点( 包括 1 0号坝段 渗漏涌水钢管引排水 ) , 为确保基坑 的开挖及混凝土 施工 , 根据渗漏涌水探查结果分析并结合现场实际, 在 1 O号坝段右块左侧、 1 1号坝段靠近 1 0
18、号坝段侧、 连接 段上游侧及下游消力池上游侧部位形成两个相对“ L ” 形封闭的完整灌浆帷幕 , 并将坝基的堵 漏灌浆施工分 一 般防渗堵漏孔灌浆、 集中渗漏通道封堵灌浆 、 坝基加 固补强 灌浆 3部分进 行 , 灌浆 施工 穿 插进 行 , 并 根据 施 工 中情 况 变化 及 时调整 。 ( 1 )一般防渗堵漏孔灌浆。考虑到渗漏水压力, 为防止 因集 中渗漏通道封堵后 , 水压力对坝基地质缺 陷部位破坏而形成新 的渗 漏通道 , 在 1 1号 坝段 靠近 1 0号坝段 、 上游基岩面及下游消力池边墙部位形成一 条封闭的灌浆帷幕 。 防渗条带灌浆孔布置为 2排 , 其中 1排为铅垂孔 ,
19、距离边墙 0 8 m, 深入基岩 2 0 m, 另 1排为斜孔 , 距离 边墙 0 3 m, 深入基岩 2 0 m, 倾角为 6 5 。 , 靠近 1 0号坝 段部位倾向左岸 , 靠近上游基岩面部位倾向上游 , 靠近 下游消力池部 位倾 向下 游。防渗条带孔 孔距 为 1 5 m, 根据现场施工情况 , 在地质条件差 , 涌水集 中部位 , 局部进行加密补强灌浆。为便于灌浆施工作业 , 在 1 1 号靠近 1 0号坝段、 上游基岩面及下游消力池边墙部位 浇筑宽度为 3 0 m的二级配 C I 5常态找平混凝土条 带 。 灌浆工艺采用孔 口封闭纯压式灌浆方法 。对钻进 过程 中返水正常的孔 ,
20、全孑 L 一次性灌注纯水泥浆。对 钻进 中涌水或失水 的孔 , 扩孔灌注膏浆 、 膏状砂浆 、 化 学浆液等 。根据现场实际辅 以稻草 、 海带 、 黄豆 、 玉米 等具有微膨胀的纤维材料。 ( 2 )集 中渗漏 通道 封堵灌 浆。利用 1 0号 坝段 3 0 7 0 m高坝面、 1 1 号坝段防渗条带 、 上下游灌浆廊道 进行集中渗漏通道 的查找与封堵。1 0号坝段连接段 3 0 7 0 m高程坝面靠上游边布置 1排铅垂孑 L , 1 1号坝 段防渗条带上利用防渗灌浆孑 L , 上游灌浆廊道布置两 个部位辐射孔 , 利用上 、 下、 中游排加固补强灌浆孑 L , 下 游廊道布置上下排斜孔加固
21、补强灌浆孔。根据勘探地 质资料 、 钻孔与取芯情况、 孔 内涌水情况以及连通试验 结果 , 判断通道类型与大小 , 确定灌浆方法 , 封堵渗漏 通 道 。 上游廊道辐射孔布置在 两个部位 , 第一个部位在 桩 号坝 横 0+ 3 6 1 6 0 0和坝 横 0+ 3 6 0 6 0 0附近 , 布置 2 排。钻孑 L 最深至 2 5 8 O 0 m高程 。第二个部位在坝横 0+ 3 7 4 0 0 0和坝横 0+3 7 5 0 0 0处, 布置 2排 , 钻孔最 深至 2 5 8 O 0 m高程。在实际施工过程 中, 根据堵漏效 果 , 辐射孔孔数可进行适 当增减。 封堵灌浆采用孑 L 口封闭
22、灌浆法 。钻孔过程中遇较 大涌水或严重失水时需及 时停钻先行灌注, 灌注材料 以膏浆为主 , 漏浆严重时在浆液中加入适量的纤维材 料和速凝材料 , 当采用膏浆堵漏效果不明显时需进行 大孔径扩孔 , 泵送砂浆、 混凝土等材料。对于完整岩石 且无特殊情况的钻孑 L , 小孔径一径到底 , 全孔一次性采 用纯水泥浆液灌注 。对于大 的出水 口通道 和孑 L 内空 腔 , 具备模袋灌浆条件部位 , 采用模袋灌浆封堵 , 常规 灌浆无法达到预期效果时, 采用化学灌浆 。 ( 3 )坝基加固补强灌浆。由于 1 0号坝段受基础 渗漏水影响, 局部混凝土与基岩结合差 , 需对其进行加 固补强灌浆 , 特别是廊
23、道 、 上下游面等薄弱部位需进行 重点加 固。利用加固补强孔 , 可进一步查找渗漏通道 , 找到渗漏通道后按堵漏灌浆方法进行处理 。加固补强 孔采用小孔径一径到底 , 全孔一次性采用纯水泥浆 液 灌 注 。 4 2 3 1 1 , 1 2号坝段 2 7 0 m 高程 建基 面 根据揭露情况, 经分析 , 1 1 , 1 2号坝段建基面渗漏 涌水主要为上游水流沿上游围堰深层溶蚀 、 裂隙带渗 人 民 长 江 漏 , 由于处于深层 , 渗漏通道难 以查 明, 无法采取堵漏 措施进行封堵 , 结合现场施工条件 , 采取预埋钢盒集 水 、 周边 C 2 0沙浆纺织袋封堵 、 钢管引排至仓面外后 ( 仓
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