某碾压混凝土坝“有限渗控”措施及效果分析.pdf
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1、第 3 6卷第 8期 2 0 1 4年 8月 人民黄河 YELLOW RI VER Vo 1 36 No 8 Au g , 2 0 1 4 【 工 程建 设管理 】 某碾压混凝土坝“ 有限渗控” 措施及效果分析 来光 , 张志敏 , 王先忠 ( 河南省水利勘测有限公司, 河南 郑州 4 5 0 0 0 8 ) 摘要: 针对某碾压混凝土坝坝基岩体具强透水性, 高角度断层 , 裂隙和裂隙密集带等断裂构造发育, 高角度裂隙面, 层 面及缓倾角裂隙面中泥质充填, 且浅部没有相对隔水层这些工程地质难点, 结合水库长期运行监测资料, 对采取悬挂帷 幕、 坝基排水与水平铺盖相结合的封闭渗流控制措施的有效性进
2、行分析。评价认为 目前渗控措施有效, 渗漏量不大, 防 渗 效果较好 。在 当前过度 防渗 、 凸显垂直封 闭的大环境下 , 通过 对该水库 垂直 防渗 和水平铺盖 成功结合 的 实例 , 针 对性 提 出“ 有限渗控 ” 的设计理念 , 可以较好 地解决无限( 深 ) 透水边界渗控难题 。 关键词:垂直防渗;悬挂帷幕;有限渗控 ;渗控效果 中图分类 号 :T V 6 4 2 2 文献标志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 - 1 3 7 9 2 0 1 4 0 8 0 3 6 Ana l y s i s o f a Ro l l e r C
3、o mp a c t e d Co nc r e t e Da m S“Fi ni t e Se e pa g e Co nt r o l ”M e a s ur e a n d Ef f e c t L AI Gu a n g ,Z HANG Z h i rai n,W ANG Xi a n z h o n g ( -I e n a n Wa t e r S u r v e y C o L t d , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 8, C h i n a ) Ab s t r a c t :A r o l l e r c o mp a c t e d c o n
4、c r e t e d a m f o u n d a t i o n r o c k ma s s h a s f r a c t u r e s t r u c t u r e d e v e l o p me n t s u c h a s s t r o n g wa t e r p e r me a b i l i t y ,h i g h a n g le f a u l t ,fi s s u r e s a n d fi s s u r e s c o n c e n t r a t i o n a r e a s,i t a l s o h a s h i s h a n g
5、 l e f r a c t u r e,a r g i l l a c e o u s fil l i n g i n t h e l e v e l a n d l o w a n g l e d i p fi s s u re s u r f a c e a n d s h a l l o w l a y e r h a s n o r e l a t i v e wa t e r - r e s i s t i n g l a y e r Ac c o r d i n g t o t h e s e e n g i n e e rin g g e o l o g i c a l d i
6、 ffi c u l t i e s a n d c o mb i n e d wi t h t h e r e s e rvo i r o p e r a t i o n mo n i t o rin g d a t a f o r a l o n g t i me,i t a n a l y z e d t h e c l o s e d s e e p a g e c o n t r o l me a s u r e s e f f e c t i v e n e s s t h a t u s i n g h a n g i n g c u r t a i n a n d d a m
7、f o u n d a t i o n d r a i n a g e c o mb i n e d wi t h h o r iz o n t a l b e d d i n g a n d c o n s i d e r e d t h a t t h e c u r r e n t s e e p a g e c o n t r o l me a s u r e s w e r e e f f e c t i v e ,t h e a mo u n t o f s e e p a g e wa s n o t b i g a n d t h e s e e p a g e c o n t
8、 r o l e f f e c t i s b e t t e r I n t h e c u r r e n t s i t u a t i o n o f e x c e s s i v e s e e p a g e c o n t rol a n d s t r e s s i n g o n v e rti c a l c l o s e a n d t h r o u g h t h i s r e s e r v o i r s u c c e s s f u l i n s t a n c e s o f v e rti c a l s e e p ag e c o mb i
9、 n a t i o n w i t h h o ri z o n t a l b e d d i n gi t p u t f o r w a r d t h e d e s i g n c o n c e p t of ” fin i t e s e e p a g e c o n t r o l ” wh i c h c o u l d w e l l s o l v e t h e i n fi n i t e( d e e p )p e r m e a b l e b o u n d a r y s e e p a g e c o n t r o l p rob l e m Ke y
10、 w o r d s :v e r t i c a l s e e p a g e c o n t r o l ; h a n gin g c u r t a i n ;fi n i t e s e e p a g e c o n t r o l ;s e e p a g e c o n t r o l e f f e c t 某水库位于豫西 的淮河上游支流上, 控制流域面积 2 3 0 k m , 总库容 1 2 亿 m , 属综合利用大( 2 ) 型工程, 工程等级为 等 , 枢纽主要建筑物为 2级。大坝坝型为全 断面碾压混凝 土 重力坝 。坝顶高程 1 1 2 5 m, 最 大坝高 4
11、0 5 IT I , 坝顶 长 6 4 5 m。 大坝坝基 主要位 于弱风化石 英沙岩之 上 , 受构造 、 风化影 响, 节 理裂隙发育, 坝基岩体透水率大, 多为中等 一强透水 , 且相对隔 水层埋藏很深 , 坝基存在较严重的渗漏和渗透变形等地质缺 陷, 施工中采用悬挂帷幕结合水平铺盖封闭措施, 水库建成 后, 经 1 0余 a渗漏及变形监测资料分析, 悬挂帷幕有效性较 好 , 渗漏量不大, 从工程实例说明对透水性岩体坝基采取悬挂 帷幕和水平铺盖仍不失为一种经济可行的渗控措施。 1 基础工程地质条件 1 1 地层岩性 坝基基岩主要为震旦系上统崔庄组( Z 3 C) 页岩、 板岩和三 1 2
12、0 教堂组( z s ) 石英沙岩地层, 崔庄组页岩、 板岩位于坝基两侧, 三教堂组石英 沙岩总厚 度大 于 1 2 5 IT I 。覆 盖层岩性 较杂 , 基 岩 面的起 伏基 本与地形起 伏一致 , 主要 为第 四系 中、 上更 新统 冲 积棕黄色及褐黄色壤土, 夹灰白色淤泥质壤土透镜体。土体结 构密实, 含铁锰质结核及钙质网状薄膜 , 局部地段底部有沙卵 石, 分布于、 级阶地上, 厚约 1 0 m。全新统地层由近代河流 冲洪积及人工堆积组成。坝址区底部为沙砾石, 局部夹薄层淤 泥质黏土, 厚 71 0 m; 中部为淤泥质壤土, 灰黑 一灰褐色, 可 塑, 河床部位薄 , 向右岸逐渐增厚
13、, 厚 37 i n ; 顶部为原水库人 工覆盖, 系粉质壤土, 灰黄 一棕黄色, 结构密实, 局部已被水流 冲蚀, 厚 1 2 m。库区内下部的沙卵砾石最厚达 1 0 i n ; 中部 收稿 日期 : 2 0 1 4 一O 卜1 6 作者简介 : 来光( 1 9 7 1 一) , 男 , 青 海西 宁人 , 高级工程 师, 主要 从事 水利水 电工 程地质研 究工作。 通信作者: 张志敏( 1 9 7 2 一) , 男, 山西河津人, 高级工程师, 主要从事水利水电 工程地质研 究工作 。 E- ma i l :la i g u a n g r r 1 6 3 c o n 人 民 黄 河2
14、0 1 4年第 8期 为壤土夹淤泥质壤土, 厚 5 m左右; 顶部为薄层库淤黏土层夹 粉 土层 , 厚度小 于 1 m。大坝 附近覆 盖层 一般 厚 23 m, 最 大 厚 5 m。 坝址区地层为单斜构造 , 岩层走向为 N W2 8 5 。 2 9 5 。 , 倾向 S W、 倾角 2 5 。 一 3 O 。 。 坝址地段主要含水层为基岩裂隙潜水和第四系松散沉积 物孔隙潜水。含水层岩性主要为三教堂组中上部石英沙岩, 其 下之崔庄组页岩和板岩为相对隔水层。两岸地下水略高于河 水位, 故地下水补给河水, 但水力坡降平缓, 约 1 1 3 0 。河床局 部地段基岩裂隙水有承压现象, 承压水位高程为
15、9 0 9 9 m, 水头 高3 6 7 0 m, 高出地面0 7 0 m, 涌水量为6 6 7 m L s 。 1 2 岩土体工程性质 ( 1 ) 物理力学性质。坝基为石英沙岩, 岩石单块强度甚高, 单轴抗压强度为 2 3 5 43 4 9 2 M P a , 干单轴抗压强度平均为 2 4 8 MP a , 湿单轴抗压强度为 2 3 3 8 M P a , 属坚硬岩 。j , 但断裂 发育, 坝基岩体强度远低于岩块强度, 坝基岩体大致可归纳为 块状结构、 层状结构、 镶嵌结构、 破碎结构四种类型。 ( 2 ) 渗透性。根据压水试验结果, 坝基岩体透水率普遍偏 大, 多属强透水带。大体以基岩以
16、下 6 0 m, 即高程 1 5 m为分 界, 上部的岩体透水率多数大于 1 0 L u , 最大值达 9 2 9 L u , 下部 岩体的透水率多数大于 2 L u 。而在基岩面以下 1 3 0 m深部, 仍 达不到该工程设计要求相对隔水层 3 L u的标准。河床基岩透 水性可分为左侧 、 中部 、 右侧 3段 , 灌浆过程中 7 、 8 两坝段 I一灌浆孑 L 出现特大渗透率, 深度分布于 9 0 2 4 8 m, 透水 率高达5 6 2 5 L u ( 特大 L u值在勘察和固结灌浆时均未遇到) , 它们与上、 下段呈突变关系, 数值可差成百上千倍, 反映了地层 渗透性极不均一, 并受某
17、些大裂隙的控制。 坝址地段河床冲积层总厚度为 9 5 01 4 0 0 m, 上部为透 水性较弱的壤土, 可视为相对隔水层, 下部为沙卵砾石层, 厚 5 8 0 8 5 0 m。根据5个钻孔的抽水试验可知 , 沙卵石层的渗 透系数 ( K) 变化 较大 , K=9 6 4 4 8 0 0 m d , 属 强透水 层 。 库区第四系覆盖层及原水库人工铺盖渗透系数 i :l1 0 11 0 c m s , 具微 一弱透水性 J , 连续性较好 。 2 地质缺陷 “ 有限渗控”封闭设计 坝址区存在坝基断裂构造以及断裂构造产生的不均匀变 形、 断层带抗滑稳定性 I 4 j 、 坝基渗漏和渗透稳定性等工
18、程地 质问题。针对以上地质缺陷, 应采取综合有效的处理措施。 2 1 坝基断裂构造、 抗滑稳定问题及处理 2 1 1 建基 面处理 建基面开挖深度一般为 37 m, 位于弱风化带上, 基础在 剥离覆 盖层之后 , 对基岩 的开挖 应分 层进 行 , 底部 应预 留保 护 层。当坝基开挖接近或达设计深度时, 验收标准除遵照施工地 质规范 要求外, 规定以下四项具体标准: 岩石风化程度分类 为弱风化 ; 单轴抗压强度满足 6 0 MP a ; 岩体纵波波速 ( 声波测 试) 为3 0 0 0 m s ; 回弹锤击数4 0击。 2 1 2 基础 固结灌浆 为增强坝基岩体的整体性 , 提高岩体的弹性模
19、量, 增强坝 体深层抗滑稳定性能, 对坝基全断面进行固结灌浆。灌浆孔 距 、 排距均为3 m, 深度为5 m, 但距帷幕中心线各 2 m的两排 孔以及位于断层带、 裂隙密集带的孔深为8 m, 根据坝基岩体的 完整性, 可略做调整。 固结灌浆 要求在坝基浇上一层 1 5 2 0 m厚的基础 昆 凝土( 常态混凝土) 后分三序次进行。5 m深的灌浆孔一次灌 注, 压力为0 3 MP a , 孑 L 深 8 m的分二段灌注, 上部 3 m压力为 0 3 MP a , 下部 5 m压力为 0 5 MP a 。灌后坝基岩体的纵波速度 为 3 5 0 0 m s以上; 岩体的吕荣值 3 , 灌注后不能满足
20、上述标 准时须重新钻灌。 坝基表面在浇筑混凝土前 , 先预浇筑一薄层高标号水泥砂 浆, 并按规定浇好底层混凝土, 以增强在建基面处理及坝基 固 结灌浆工程措施后表层的抗滑稳定性。 原始坝基岩石坚硬 , 但受构造影响, 多呈碎裂结构或镶嵌 碎裂结构, 一般属 A A, , 局部断层带为 AV。施工时对 坝基岩体进行了固结灌浆试验 , 灌浆后波速提高较大, 一般达 3 5 0 0 m s , 整体上坝基工程地质分类应提高到 A。 一A: 。 2 2 坝基渗漏、 渗透稳定性问题及处理 为防止坝基断层带产生集中渗流和渗透压力增大问题 , 工 程上应采取加强处理措施, 坝基渗流控制结合库内水平铺盖, 主
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