（水利工程专业论文）闸坝深厚覆盖层基础处理研究.pdf

下程坝f u 争业学位论史 摘要 闸坝深厚覆盖层基础处理研究 水利工程专业 研究生杨光伟指导教师张立勇叶发明 福章水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内的岷 江河段上， 乜站为低闸引水式丌发。正常蓄水位1 2 6 8 o m ，最大闸 高3 l m ，库容2 9 7 4 力- m 3 ，引水隧洞长1 9 5 7 k m ，装机3 6 0 m w 。 福堂水电站闸坝建于深厚覆盖层基础上，基础主要存在五大覆 盖层，总体属于多层复杂地基。由粗、细粒土相互迭置成层，层内 不同高程上有透镜状砂层分布，均一性较差，地基可能出现不均一 沉陷变形。地基中间隔存在第和第层两层浅扶黄色砂层，均系 堰塞湖相沉积物，电站处于8 0 地震设防区，在7 。、8 。地震情况下第 层砂层均有液化的可能；第层砂层均不液化，但在8 0 地震情况 下砂土抗液化的安全系数不高。 文中以在建的福堂水电站闸基基础处理为重点，对深厚覆盖层 基础处理进行研究、思索和探导，以期达到抛砖引玉的目的，并为 待( 在) 建工程起到一定的参考借鉴作用。 本文着重对防渗型式等基础处理进行了研究，对于闸基防渗措 施，研究了垂直防渗与水平铺盖防渗相结合的措施。混凝土防渗墙 穿过透水性强的冲积层，置于相对隔水层内。通过计算，分析地基 的变形情况，以便选择合理的结构型式和尺寸，确定施工进度和先 后顺序。根据计算结果，选择较为合理的地基处理措施，以保证水 闸的安全运用。 根据福堂电站工程设计的结构布置情况、地质参数及渗流计算 成果，对闸室和挡水坝稳定、应力进行了计算，其抗滑稳定安全系 s s 哆 v r 程坝i j 专业学位论义 数及应力标准均满足规范的要求。 采用a n s y s 结构分析软件，对闸坝结构和地基进行三维有限 元静力分析和动力响应分析。静力分析采用弹性和理想弹塑性材料 进行模拟，动力分析采用模念分析并结合动力反应谱法进行。分析 计算结构及地基在竣工期、运行期和地震作用下变形和应力分布状 况，并初步判断闸坝基础下伏砂层的动强度及液化的可能性。 基于基础处理各种方案的比较、闸坝基础渗流的训算结果、闸 坝基础沉降量的计算结果以及承载能力计算结果的综合分析，参考 借鉴其它工程的成果和计算分析成果，提出了综合解决闸坝基础防 渗、抗液化和不均匀沉降等问题的处理方案，该方案在各种组合工 况下主要建筑物的稳定、应力均能满足规程规范要求。基础不均匀 沉降问题也能得到较好控制，防砂层液化问题也基本解决，在工程 完建后增加基础压重的情况下，覆盖层基础中砂层的渗透破坏坡降 也大大提高。使得基础地层内及其层间部分超出地质建议指标的渗 透坡降不致对砂层造成破坏性的渗透破坏，覆盖层地基的渗透稳定 得以满足要求。 关键词：深厚覆盖层基础防渗渗透比降沉降砂层液化 一一一_ 2 r 程坝i ? 专业学位论文 c a b s t r a c t t h eg a t ed a mf o u n d a t i o nt r e a t m e n t i n v e s t i g a t i o no fd e e pa n d t h i c ko v e r b u r d e n w a t e r - c o n s e r v a n c yp r o j e c ts p e c i a l t y s t u d e n t ：y a n gg u a n g w e i t u t o r ：z h a n gl i y o n g y ef a m i n g f u t a n gp o w e rs t a t i o ni sl o c a t e di nt h em i a n gr i v e rs e g m e n to f w e n c h u a nc o u n t r yo fs i c h u a np r o v i n c e t h ep o w e rs t a t i o ni s d i v e r s i o nt y p ep o w e rs t a t i o no fl o wg a t ed a mw i t han o r m a ls t o r a g e l e v e lo f12 6 8 0m ah i g h e s tg a t ed a ml e v e lo f31m e t e r sa n d , a r e s e r v o i rc a p a c i t yo f2 ，9 7 4 ，0 0 0c u b i cm e t e r s , t h el e n g t ho fd i v e r s i o n t u n n e lo f w h i c hi s1 9 5 7k i l o m e t e r s ，i n s t a l l e dc a p a c i t yi s3 6 0 m w f u t a n gp o w e rs t a t i o ni sc o n s t r u c t e do nt h eb a s i so f d e e pa n dt h i c k o v e r b u r d e n ，t h ef o u n d a t i o n o fw h i c h ”m a i n l yc o n s i s to ff i v e o v e r b u r d e n sw h i c h ，i ng e n e r a l ，b e l o n gt om u l t i p l e ，c o m p l e xf o u n d a t i o n t h ef o u n d a t i o na r ef o r m e db yt h ei n t e r - l a y e ro ff i n ea n dc r u d ee a r t h ，i n t h ed i f f e r e n tl e v e lo ft h el a y e r ，a r ed i s t r i b u t e dl e n t i c u l a rs a n d ，w h i c h r e s u l ti nt h ep o o ru n i f o r m i t y t h ep o w e rs t a t i o ni ss i t u a t e di nt h ea r e a o f8 0e a r t h q u a k ef o r t i f i e dz o n e , t h ef o u r t hs a n dl a y e ra r ep r o b a b l y l i q u e f i e da n dt h es e c o n ds a n dl a y e ra r en o tl i q u e f i e di nt h es i t u a t i o no f 7 。、8 。e a r t h q u a k e h o w e v e rt h es e c u r i t yi n d e xo fa n t i l i q u e f y i n go f s e c o n ds a n di sn o tv e r y h i g hi nt h es i t u a t i o no f8 。e a r t h q u a k e i nt h i sp a p e r , b yf o c u s i n go nt h et r e a t m e n to fg a t ed a mf o u n d a t i o n o ff u t a n gp o w e rs t a t i o nu n d e rc o n s t r u c t i o n ，a n d f i n a l l yb yt h e r e s e a r c h e s ，c o n t e m p l a t i o na n de x p l o r a t i o nm a d eo nt h eb a s i ct r e a t m e n t o fd e e pa n dt h i c ko v e r b u r d e n ，w ei n t e n tt ou s et h e s er e s u l t st oo f f e r s o m er e f e r e n 6 ef o rt h er e l a t e dp r o j e c t s o u rr e s e a r c h e sa r ef o c u s e do nt h eb a s i ct r e a t m e n ta sa n t i - s e e p a g e s t y l ea n dr e l a t e dp r o b l e m s a sr e g a r d st h ea n t i s e 印a g em e a s u r e so f 3 t 程颁i ：专业学位论史 g a t e d a mf o u n d a t i o n ，t h ec o m b i n a t i o nm e a s u r e so fv e r t i c a l a n t i s e e p a g ea n dh o r i z o n t a lb l a n k e ta n t i s e e p a g ea r es t u d i e dh e r e c o n c r e t ea n t i s e e p a g ew a l la r ep e n e t r a t e dt h r o u g ht h ea l l u v i a ll a y e r w i t hh i g hw a t e rp e r m e a b i l i t ya n d p u ti nt h er e l a t i v ei m p e r m e a b l el a y e r i no r d e rt oc h o s et h er e a s o n a b l es t r u c t u r ea n ds i z ea n dd e t e r m i n et h e e x e c u t i o np r o g r e s sa n do r d e r , i t1 + sn e c e s s a r yt of i r s tc a l c u l a t et h e a r c h i t e c t u r ea n dt h e n a n a l y z et h ed e f o r m a t i o no ff o u n d a t i o n a c c o r d i n gt ot h e s ec a l c u l a t i o nr e s u l t s , p r o p e rm e a s u r e sa r ec h o s e nt o s e c u r et h ep r o p e ro p e r a t i o no fs l u i c e t ，a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r el a y o u to ff u t a n gp o w e rs t a t i o nd e s i g n ， g e o l o g i c a lp a r a m e t e r sa n dc a l c u l a t i o n 【r e s u l t so fs e e p a g e ，t h es t a b i l i t y a n ds t r e s so fg a t ec h a m b e ra n dr e t a i n i n gd a ma r ec a l c u l a t e d t h e s e c u r i t yi n d e xa n ds t r e s so fa n t i s l i d ec a nc a nm e e tt h er e q u i r e m e n to f c r i t e r i o n t h es t r u c t u r eo fd a ma n d ：f o u n d a t i o nw a sa n a l y z e di nt e r m so f 3 - d i m e n t i o n a l 。f i n i t ee l e m e n ts t a t i ca n a l y s i sa n dk i n e t i cr e a c t i o n a n a l y s i sb ya n s y ss o f t w a r e s t a t i ca n a l y s i sw a sa n a l o g u e db y e l a s t i c i t ya n di d e a l l ye l a s t i c p l a s t i c i t ym a t e r i a l ，w h i l ek i n e t i ca n a l y s i s w a sc a r r i e do u tb yt h ec o m b i n a t i o no fm o d a la n a l y s i sa n dk i n e t i c r e a c t i o na n a l y s i sh i e r a r c h i c a lm e t h o d b ya n a l y z i n ga n d c a l c u l a t i n gt h e s t r u c t u r ea n ds t r e s s 、d i s t r i b u t i o ns t a t u so ff o u n d a t i o nu n d e rt i m eo f c o m p l e t i o n 、o p e r a t i n gp e r i o da n de a r t h q u a k ec o n d i t i o n ，t h ei n i t i a l d e t e r m i n a t i o no nt h ek i n e t i cs t r e n g t ha n dl i q u e f i e dp o s s i b i l i t yo f u n d e r l y i n gs a n dl a y e rb e n e a t ht h ed a mf o u n d a t i o na r eo b t a i n e d o nt h eb a s i so fc o m p a r i s o no fd i f f e r e n tp l a n ，c a l c u l a t i o nr e s u l t so f s e e p a g eo fd a mf o u n d a t i o na n dt h ec a l c u l a t i o nr e s u l t so fg a t ed a m f o u n d a t i o ns e t t l e m e n tv a l u ea n dt h ei n t e g r a t e da n a l y s i so ft h e c a l c u l a t i o nr e s u l t so fl o a d s u p p o r t i n gc a p a c i t y , w i t ha d d i t i o n a l r e f e r e n c et oo t h e rp r o j e c t ，t h er e s o l u t i o n st ot h e a n t i - s e e p a g e ， 4 t 程坝f j 专业学位论上 a n t i - l i q u e f a c t i o na n du n e v e ns e d i m e n t a t i o no ff o u n d a t i o nw e r ep u t f o r w a r d t h eb a s i cu n e v e ns e t t l e m e n tp r o b l e mw e r ec o n t r o l l e dw e l l ， a l s ot h ea n t i - l i q u e f i e dp r o b l e mo f s a n dl a y e rn e a r l yw a ss o l v e di nt h i s p l a n w h e ni n c r e a s i n gt h eb a s i cg r a v i t ya f t e rt h ep r o j e c tc o m p l e t i o n ， t h ep r o p o r t i o n a ll o w e r i n go fs e e p a g ed a m a g eo fs a n di no v e r b u r d e n f o u n d a t i o na r eg r e a t l yi m p r o v e d w h i c ha v o i dt h ed a m a g et ot h e s e e p a g eo fi n t e r l a y e ra n di n n e rl a y e ro ff o u n d a t i o n ，w h i c hi ss u r p a s s t h es u g g e s t e ds t a n d a r d ，t h e r e f o r et h em e e tt h es e e p a g es t a b i l i t yo f o v e r b u r d e nf o u n d a t i o nc a nm e e tt h er e q u i r e m e n t k e yw o r d s ：d e p t ha n dt h i c ko v e r b u r d e n f o u n d a t i o na n t i 。s e e p 8 9 。 s e e p a g eg r a d i e n t s e t t l e m e n t s a n dl a y e rl i q u e f a c t i o n 5 t 程顺l + 专业学位论文 1 综述 我国地域辽阔，江河众多，可供利用的水利资源丰富，在已建的工程中， 有较多的闸坝、中低重力坝、土石坝和堆石坝等都建在较深厚的覆盖层基础之 上。一方面因挖除覆盖层工程量大、施工难度大、影响工期，不经济，另一方 面因其经过合理设计以及采取必要的工程处理措施后，能满足建筑物对基础的 要求，无必要彻底清除。平原地区修建的水闸等水利工程较多，积累了较为丰 富的工程经验，山区河流所建工程多以发电为主，且河床基础地质成因相对复 杂，有许多值得进一步探索和研究的内容。尽管在覆盖层基础上已建成并投入 运行了许多引水发电工程，但系统地介绍这类工程基础处理及防渗等工程处理 措施的专业文献并不多，水电工程因其本身地域性差异性大，各电站地质情况 千变万化，可以找寻的共同点不多，也没有一条较为适用的普遍规律可言，所 以深厚覆盖的基础处理和防渗技术是一个较为突出和值得研究的问题。 我国西南地区的岷江、大渡河、雅砻江、会沙江、嘉陵江、雅鲁藏布江等 河流可开发的水能资源十分丰富。但河床覆盖层均较为深厚，一般4 0 - - - 7 0 m ， 有的深达百米以上。覆盖层分布规律性差，结构和级配变化大，且常有粒径 2 0 - 一3 0 c m 的漂卵石或间有l m 以上的大孤石，伴随架空现象，透水性强：层内 亦夹有粉细砂及淤泥，组成极不均一。在上述覆盖层上建坝所遇到的关键技术 问题，迫切需要认真研究。 目前，国内外对深厚覆盖层的勘探和取样技术、工程特性试验、建坝试验 研究、变形应力计算、防渗加固处理等方面都积累了比较多的经验。建国以来， 我国大力发展水利水电事业，己先后在覆盖层上兴建了不少闸坝和土石坝。如 六十年代初在4 4 m 深覆盖层上兴建了密云水库斜墙土坝，坝高6 6 m ；在3 7 m 深覆盖层上兴建了下马岭电站混凝土重力坝，坝高3 3 m ；七十年代在4 5 m 深覆 盖层上修建了映秀湾电站混凝土闸坝，闸高1 7 9 m ；在3 4 m 深覆盖层上修建了 碧口电站粘土心墙堆石坝，坝高l o l m ：九十年代在8 8 5 m 深的覆盖层上建成 了太平驿电站闸坝，闸高1 8 1 m ；铜街子电站在左岸深槽7 0 余米覆盖层上修建 的堆石坝体等。 基础处理的主要技术措施有：混凝土防渗墙、灰浆防渗墙、泥浆槽防渗墙、 下程f i | j ji 专业学位论史 粘土截水槽、混凝土铺盖、粘土铺盖、灌浆帷幕、高压旋喷、固结灌浆、振冲 加固、换土垫基、沉井、板桩、齿墙等措施。一些天然地基不宣直接作为建筑 物的基础，就需要进行人工地基处理，采用人工地基，常会增大工程造价和施 工工程量，故在工程实际中一般优先考虑使用天然地基，而需要采用人工地基 时应先经过方案比较其经济合理性，并考虑采用一种或多种地基处理方法。 福堂电站于2 0 0 1 年6 月f 式开工兴建，将于2 0 0 3 年底投产发电。该电站 闸坝基础覆盖层深厚，且有两层砂层在不同深度存在，渗透性较强，所以本电 站的基础防渗问题尤为突出，也是本工程基础处理工作中最为重要的一个环节。 映秀湾电站和太平驿电站与福堂电站都同属岷江流域，为该河段首尾相接 的梯级电站，两电站在基础处理上的一些经验对于福堂电站基础处理有着较为 重要的借鉴意义；南桠河三级电站是南桠河上的一个梯级电站，该电站闸坝同 样建在较深厚的覆盖层上，尽管其防渗墙为全封闭式，但其运行后的监测成果 对其它建在覆盖层上的电站闸坝有一定的参考作用；而小天都电站与福堂电站 属于两个不同流域上的水电站，但小天都电站的闸坝基础也建在深厚覆盖层上， 其基底覆盖层深度与福章电站基底覆盖层深度差别不大，同样在覆盖层基础中 存在两层砂层，小天都电站覆盖层基础处理的研究分析以及相应的处理措施对 于福堂电站也有很重要的映证和参考作用。 本文中以在建的福堂水电站闸基基础处理为重点，结合同流域已建并投入 运行的映秀湾电站、太平驿电站基础处理实施经验及监测成果、不同流域的南 桠河三级电站的监测成果和f 待( 在) 建的小天都电站的计算分析成果等，对深 厚覆盖层基础处理进行研究、思索和探讨，以期达到抛砖引玉的目的，并为待( 在) 建工程起到一定的参考借鉴作用。 2 福堂电站工程概况 福堂水电站地处四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内，系沙坝水库电站 混合式开发的一期工程，位于岷江干流上游，尾水接已建成发电的太平驿水电 站。电站采用低闸、长引水洞、地面厂房式丌发，主要任务是发电。电站装机 3 6 0 m w ，水库j 下常蓄水位1 2 6 8 o o m 时，总库容2 9 7 万m 3 ，调节库容2 2 0 力 t 程坝i 专业学位论文 m 3 ，具有同调节特性。 电站由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽三大部分组成，拦河闸坝位于汶川 县玉龙下游约0 8 k m 处，沿岷江左岸傍山经引水隧洞( 长约1 9 6 4 k m ) 、调压室、 压力管道引水至福堂坝沟上游的地面厂房发电，尾水直接注入岷江，闸址、厂 址公路里程相距约2 1 k m 。福堂水电站作为沙坝水库电站混合式开发的一期工 程，具有工程规模适中、投资少、工期短、见效快，可以提前发电，提前受益， 正好可以弥补沙坝水库电站需要大量资金投入、需要时间深入研究等不足，符 合远景和现实兼顾的原则。根据都江堰灌区总体规划，沙坝水库属远景( 2 0 3 0 年) 完建工程，届时福堂水电站约1 4 引水洞段、调压室系统及厂区枢纽将并 入沙坝，首部枢纽等其余部分或被淹没或者弃用，福堂电站首部枢纽近期开工 建设，4 - - 5 年后投产，发挥效益时间只有约3 0 年时间。因此，首部枢纽设计应 在电站安全运行的前提下，尽量简化布置，节省工程量和投资。 工程总布置的首要关键问题是在顺直河段上合理布置首部枢纽，根据岷江 固有的山区性多泥沙河流特点，为妥善解决发电引水与排沙、排污的矛盾，在 首部枢纽水工建筑物的布簧中遵循了“侧向耿水、正向冲沙”及“表层取水、 底层防沙及冲沙”的原则，并采取合理的水库运行方式。 闸址区河道顺直，河流由北向南流经闸址区，河段地处高山峡谷区，河谷 横断面呈不对称“v ”形，河床覆盖层深厚( 最深约9 2 5 m ) ，两岸出露基岩为花 岗岩。闸址多年平均流量3 4 5 m 3 s ，径流主要由降雨形成，5 1 0 月为丰水期， 1 1 月次年4 月为枯水期。径流年际变化小，年内变化大。河流产沙主要源于 大海子汶川区间地表土冲蚀、沿河两岸塌方及冲沟泥石流等，多年平均含沙 量o 5 6 7 k g m 3 ，多年平均汛期含沙量0 6 9 7k g m 3 ，为一典型的多泥沙河流。 电站枢纽为i i 等大( 2 ) 型工程，闸坝主要建筑物按10 0 年一遇洪水标准设计 ( 相应流量3 3 3 0m 3 s ) 、按1 0 0 0 年一遇洪水标准校核( 相应流量5 0 0 0m 3 s ) ，地震 设防烈度8 度。整个首部枢纽由左至右分别为左岸侧向取水闸( 5 孔，每孔宽 8 5 m ，底板顶高程1 2 5 1 5 m ) ，左岸挡水坝，排沙闸( 1 孔，宽6 m ，底板顶高程 1 2 4 7 m ) ，表孔溢流坝( 1 孔，宽1 1 m ，顶高程1 2 6 5 o m ) ，冲沙闸( 1 孔，宽6 m ， 底板项高程1 2 4 9 5 m ) ，泄洪闸( 4 孔，每孔宽1 2 m ，底板顶高程1 2 5 0 5 m ) 和右岸 挡水坝。拦河闸闸顶高程1 2 7 0 5 m ，闸轴线长1 8 7 0 m ，正常蓄水位1 2 6 8 0 m ， t 程1 0 ； i 。专业学位论文 最大闸( 坝) 高度3 1 o m 。首部枢纽布置见附图1 、图2 、图3 。 4 5 6 斗 i 引 i 。 叩i 熹5 豢| 牲 l l ；乱 ；l i i j = ! m 盟 喜；5 l 蝴弘 蓄 懂垂j i = 悔辱i 氍 砂l；q 昌 j 川 f f j 1 暨 譬【喜 1 奄 ； 目日 刊l i i f 蠹 ll i l l 孽1 3 闸址区工程地质、水文地质特性 3 1 工程地质情况 福掌电站闸址区属典型的高山峡谷地貌，区域性茂汶活动断裂东支在闸 | | = 上游约6 0 0 m 处剁切右岸l 【i 体，其对工程场地地震烈度达8 度。沿江两岸陡竣， 谷坡物理地质作f t j 慢烈，常见崩塌、滑坡等边坡失稳现象，支沟泥石流发育并 有一定的规模性。闸址处横河符呈不对称“v ”型，右岸1 2 8 0 m 、左岸1 3 0 5 m 高程以下为崩坡积堆积，谷坡坡度2 0 。2 5 。；以上基岩裸露，谷坡在6 0 。以j ：， 出露基岩主要为晋宁澄江期岩浆岩之第四期狄白色中细粒花岗岩( r 2 ( 4 1 ) 组成。 枯水期河水位1 2 5 3 o m ，水面宽5 0 8 0 m ，f 常蓄水位1 2 6 8 o m ，河谷宽约1 5 0 m 。 闸址覆盖层深厚，结构层次较复杂。根据物探及钻孑l 揭露，河床覆盖层厚 3 4 - 9 2 5 m ，按其结构、成因和组成，可划分为6 层，其中闸基下有5 层，各层 自下而上简述如下： 第层，含( 漂) 碎( 卯) 石层( a l + p l q 3 。) ，冲、洪积混合堆积，分布于河床底 部，下伏基岩，层厚一般2 5 5 0 m 。块卵石成份以花岗岩、闪长岩为主，偶见 狄岩、辉绿岩，碎( 卵) 石粒径一般2 5 6 c m 和l o 2 0 c m ，块( 漂) 石粒径一般 2 0 3 5 c m ，最大可达1 3 0 c m ，充填浅狄黄色粉质砂土及狄色细砂。此层结构不 均一，较密实，透水性中强，局部架空处透水性强。 第层，粉质砂及粉质土层( 1 q 4 9 ) ，浅黄色，堰塞湖相沉积，分布于谷底 中部，铺满整个河谷，层厚一般6 7 5 1 l m ，局部厚仅2 m 。闸轴线一带，横河 向的河床中间部位较厚，往两侧逐渐减薄；顺河向往上游或下游呈减薄之势。 同时，部分钻孔进尺及岩芯采取率反映出，8 。地震下液化可能性较小。 第层，漂卵石层( a l q 4 9 ) ，现代河床冲积层，分布于河床中上部，一般厚 2 0 2 5 m 。漂卵石成份以花岗岩为主，偶见辉绿岩及灰岩，卵石粒径一般2 5 c m 和1 0 1 8 c m ，最大可达7 0 c m 。磨圆度较好，充填灰色中细砂及灰黄色粉质砂土。 结构不均一，较松散，具中等强透水性，局部架空处透水性极强。 第层，微含粉质砂土及含砂粉质土层( 1 q 4 。) ，浅灰黄色，堰塞湖相沉积， 分布于河床上部，层厚一般2 3 5 m 。局部厚0 1 7 m ，基本铺满整个河谷。类似 下程f 峨l 。专业学位论文 第层，局部为粉质砂土与卵砾石土堆积。7 。地震时处于液化临界状态，8 。 地震下属液化砂。 第层，漂卵石层( a l q 4 ) ，系漫滩及现代河床冲积层，分前i 在漫滩及谷床 顶部，一般厚6 1 1 m 。漂卵石成份以花岗岩、闪长岩为主，偶见辉绿岩及狄岩， 卵石粒径一般2 5 c m 和l o 1 7 c m ，漂石粒径一般2 0 2 7 c m ，最大1 2 m ，磨圆 度较好，充填深灰色r l 细砂。结构不均，较松散，透水性t i 等强，局部透 水性极强。 第层，块碎石土层( c o l + d l q 4 “为近源谷坡崩坡堆积。 闸址岩体及各类土体的物理力学性能建议指标见表3 1 、表3 2 所列。 l 鎏 萎t 室 q旨 曩? q 三 1 7 芒 _ h u 。= 墨 a 墨t 塞 囊? 壹 r q n 一 一 型 = h 一 基 室一量 _垃1 曩一 ￥ 一 一 二 二 ，苌i n 翟 昌 书 q吨 曩 一 p _ 一 喧 乙l 迂 蒜 高 暑。碧善z 兽 銎z 菩 暮t 誊 刨 c 5 z 堇 疆 gu 。 乇 窖 容 扣 高 一，q答z 兽。苫 螺 -_ 罟t 量 j k u j 暮答 。警z 量 癸 求 g 冬丑 兽。謦 型 映搿 舌 o o ? 一( - 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- - 1 5 ) x 1 0 - ： 细网虢k 枞 翰七殒砂3 37 9 ( 2 4 - - 3 3 8 ) , d 0 - 压重觏f 总之，闸区河床覆盖层是具有统一水力联系的、非均质的各向异性的潜水 含水层，、层有相对抗渗作用，、具有良好的透水性，谷底完整 花岗岩是隔水底板。 3 3 闸基渗漏及渗透稳定评价 闸基属多层地基，闸基渗漏主要沿中强渗透层、层和基岩表部 风化卸荷带渗漏：闸基、层透水性较弱，库水沿、层向下游的渗漏量 较小。 闸基、一层抗渗强度较低，其允许坡降0 1 0 1 5 ，局部架空0 0 7 ， 渗透变形破坏形式以管涌为主，尤其在闸下游渗流出口部位，渗透坡降往往大 于允许坡降，应采取渗透出口的反滤或压重保护。另外，、层细粒土与、 、层粗粒土的渗透系数相差了1 0 0 倍以上，其接触面上可能存在接触冲刷、 接触流土及接触管涌等问题。为此，闸基渗流控制应结合各层土体的透水性及 允许坡降，进行可靠的防渗处理，确保闸基土体的抗渗稳定性。出于基础覆盖 层深厚，如采用全封闭式防渗墙，其造价高昂，施工难度也相当大，而在基础 中下部存在一层相对隔水层，在一般工程处理措施中应优先考虑利用这一相对 隔水层作为防渗的依托层，以降低工程造价。考虑到全封闭防渗墙实施的可能 t 程倾i 专业学位论史 性小，采用悬挂式防渗墙为主的防渗型式是较为合理的，并结合土工试验成果、 渗流计算成果和基础处理设计，经技术、经济论证比较后，合理选定适合本工 程首部枢纽的防渗型式。 左、右挡水坝及坝肩基础花岗岩体，弱风化、卸荷、裂隙发育张丌，其透 水性较强，可能构成坝基( 肩j 渗漏或绕渗，可结合闸基覆盖层防渗，合理选定 帷幕灌浆深入两岸的水平长度和深入最高水位以下岩体的垂赢深度范围。 3 4 现场原位土工试验 在施工阶段，为确认闸址建基面第层( a l q 9 ) 的物理力学参数，按照土 工试验规程s l 2 3 7 - 1 9 9 9 进行土分类和按照土工试验规程s d l 2 8 8 4 、8 6 、 8 7 在现场进行了1 8 组物性试验。使用z 3 0 载荷试验设备，采用堆载法，对闸 基及取水口持力层不同点位进行了3 组现场大型原位载荷试验，其物理性成果 与承载能力有较好的相关性；采用原装样管涌试验，在载荷试验点附近又进行 了3 组现场管涌试验，同样其物理性成果与管涌试验成果相关性较好。试验成 果见表3 - 4 。 物理性试验主要是配合现场大型载荷试验和现场管涌试验进行，根据现场 载荷试验的成果资料，与室内压缩试验和抗剪强度试验的成果对比分析表明， 作为闸坝和取水口基础持力层的第层( a l q 。) 具有较高的承载能力，变形模量 较大，抗剪强度高，压缩性低，存在局部不均匀。根据现场管涌试验资料，与 室内管涌试验资料对比分析后表明，现场试验渗透性为弱透水性，室内为弱 中强透水性；抗渗坡降现场成果优于室内成果。也表明覆盖层基础经扰动后其 抗渗能力有较大减小，故施工时要求尽量减少对基础覆盖层的扰动是利于闸坝 基础持力层的。 1 4 州 。翠巅星监激车涮掣嗣乓幂寰嵌受讯划杂燕子嘴。捌牮罢g叶。暴箍叫兰躲洲鞋柬翟瑚g刊篷辖赫廿谁一g强霉终篷送卜牯期捌牮划莲g嚣挂辑蜮逍收 一孥堪梧柩晕隧甍卜。划捌篷憔甚岳秣强峰鞭士翟礴眷星罨磐誊蟮簧签岸 要墓 岳 拄啦：s 髻 嚣 签 5 髦 盘 兰 未 ：；星 一 螽 垛 蚓 斑 坷 犁 d 厶 釜至 制 = 瑶： 盘 嚣 j 争 五 * 蝽 j 童 d l 卜卜 墨兰 i i i 丑 辩 善蚓蝰 蝴釜涮 捌 磐g星 g 雷燕蕉 蛙 ll 口 鼎鲻 芒暴 ! * 签厘星 由 熏 怅眯餐饵墨窑f骢冥妲赫刮k烬嚼 寸n 鞯 t 程顺i 。专业学位论文 4 闸基处理及防渗设计 福堂水电站闸址基础覆盖层深厚( 层厚3 4 0 - 9 2 5 m ) ，结构层次复杂( 闸 基下共分5 层) ，各层粒度、结构及密实度各异，并有架空结构和可能液化沙土 分布。可行性阶段曾进行了大量的现场钻探、物探以及竖井、槽探工作，但钻 孔成孔和取芯情况均不理想，现场渗透变形试验也未能成功，对闹址区工程地 质、水文地质揭示和评价仍基于常规的判断和认识，缺乏工程针对性。 鉴于首部枢纽主要建筑物均建在地层结构及水文地质条件较复杂的深厚 覆盖层上，特别是运行后在长期的渗流作用下，基础条件的变化，设计研究中 主要考虑基础防渗、地基变形和地震引起的砂层液化等问题。在工程结构设计 时，进行了多方案组合和敏感性参数计算、分析和讨论，但存在一些不同意见， 仍需进行深入研究，上阶段采耿的是利用深齿槽截断可能液化砂层层进行闸 基基础处理、水平铺盖加垂直悬挂式防渗墙进行防渗的方案。该方案由于闸坝 上层基础呈水平强透水，深齿槽开挖可能导致层砂层发生流土破坏，齿槽施 工有一定难度：在渗流研究报告计算分析中，认为基础地层内渗透坡降超过地 质建议参数值，间基渗透稳定局部不能满足。 可见，福堂水电站拦河闸闸基基础处理和防渗设计，是本工程的一个关键 技术难题，进行有关专门题研究论证非常必要。同时，施工应重视水平铺盖和 垂直防渗墙的施工质量也是一个关键。 4 1 基础处理设计 1 9 9 8 年4 月，国家电力公司水利水电规划设计管理总局会同四j i f 省计委、 建委共同主持了福堂水电站可行性设计审查会，以及1 9 9 8 年1 2 月，中国国际 工程咨询公司受国家计委的委托，对福堂水电站进行咨询评估，同意工程设防 等别、洪水标准、地震烈度及选定闸线和枢纽稚置方案，鉴于闸址河床覆盖层 深厚，且地震烈度高( 8 。) ，为满足闸基抗滑稳定要求和对第层砂层进行抗液 6 t 程坝卜争业学位论文 化处理，基本同意在闸室上、下游设置深齿墙切断砂层的封闭处理方案；要求 下阶段研究齿墙丌挖中的边坡稳定并加强排水，同时研究挖除层砂层、置换 基础的处理方案，并与深齿墙方案进行技术经济比较。 在地基处理过程中，由于采用人工地基，常会增大工程造价和施工工程量， 所以一般优先考虑使用天然地基，确需进行人工处理地基，经过方案比较和充 分论证后，选用较为经济合理的处理措施。福堂电站闸基覆盖层深厚，结构及 组成复杂，层厚分布变化幅度较大，存在不均匀沉陷问题：同时，第层砂层 埋深较浅，强度指标低，在8 。地震下有可能发生液化，当采用保留层砂层方 案，因闸底板建基高程最低离砂层顶面仅2m 左右，基础软弱面承载力和不均 匀变形存在一定问题。 根据福堂可行性阶段拦河闸闸基基础处理及防渗设计的有关资料和闸 坝首部枢纽优化设计成果，以及可行性研究报告审查意见和咨询意见，施工时 设计采用了挖除第层方案，即在原可行性阶段齿墙方案的底板下挖除覆盖层 第层，开挖高程为1 2 3 9 5 m ，深入第层约0 5 l m ，闸室底板厚度1 l m ；为 节约投资和适应建筑物变形要求，在满足结构自身需要外，在1 2 4 5 5 m 高程以 下( 上游防渗墙部位齿槽除外) 一律采用低标号混凝土( c 1 0 ) 回填。 根据招标设计阶段福堂电站首部枢纽水工模型试验研究报告成果，在 校核洪水流量下，下游右侧墙体基础淘刷较严重，在护坦长度不宜延长的情况 下，对护坦米端( 拦) o + 1 2 0 m 下游约5 0 m 护坡基础进行加深( 基础高程 1 2 4 2 o o m ) 处理，并在护坡坡脚外侧采用钢筋石笼保护基础免受冲刷；根据试 验最大冲坑深度6 8 6 m 范围，并参考太平驿闸坝近年来的运行情况( 仅遭遇 常年洪水，冲坑深度较浅) ，施工阶段设计优化后将沉井的设计底高程由 1 2 3 2 o m 提高至1 2 3 5 o m ，相应沉井宽度由l o o m 减为7 o m 。 由于闸室基础开挖须穿过第层进入第层，基坑排水时可能发生管涌破 坏，故在紧邻闸室上游约2 0 m 铺盖范围，对铺盖基础进行固结灌浆处理，灌浆 t