10--常见工程地质问题及其处理一

第二章-常见工程地质问题及其处理（一）第四节 常见工程地质问题及其处理本节主要知识点：软基处理的主要方法、特点及适用条件；库区渗漏地质条件分析，坝区渗漏地质条件分析，水库岩溶渗漏和各种防渗措施；滑坡体的处理；其他地质缺陷的处理，包括断层破碎带的处理、喀斯特地区地基处理等。一、软基处理（一）软基处理的特点及适用条件软基处理的目的是使得水工建筑物基础满足沉降和稳定的要求。鉴于软土地基承载力低，压缩性大，透水性差，不易满足建筑物基础设计要求，故需进行工程处理。（二）软基处理的主要方法对水工建筑物的基础所在区域软土地基进行工程处理，往往成为提高基础的强度和稳定性、缩短建设工期、降低工程造价和确保工程质量的关键因素之一。下面介绍常用的六种软土地基处理方法，包括排水固结法、桩基法、换填法、灌浆法、加筋法和强夯法，见表2-4-1。二、渗漏及处理库坝区渗漏是指库水沿岩石孔隙、裂隙、断层、溶洞等向库盆以外或通过坝基（肩）向下游渗漏水量的现象。水库的作用是蓄水兴利，在一定的地质条件下，水库蓄水期间及蓄水后会产生渗漏。对任何一座水库来说，在未采取有效的工程处理措施的情况下，如果存在严重的渗漏现象，将会直接影响到该水库的效益。而坝区的渗漏，在不少情况下往往导致坝基产生渗透变形，威胁到大坝的安全。所以，库坝区渗漏问题是非常重要的工程地质问题，也是常遇到的问题。（一）库区渗漏地质条件分析水库渗漏的情况基本上有两种：一种是集中渗漏；另一种是面状渗漏。1.地形地貌条件在许多情况下，地质方面大的集中渗漏通道，在地形地貌上总有一定的反映。因此，找出地形对渗漏的不利地段，就可以提供一些相关现象和应该注意的环节，使之能够进一步从地质和水文地质方面去调查产生水库渗漏的可能性。2.岩性条件不同的岩性，对水库渗漏有着决定性的影响。按岩石性质，岩层有透水的和隔水的两大类。能够起防渗作用的是微弱透水或基本不透水的岩层。如图2-4-1（a）所示。因此，凡是可以起隔水层作用的岩层，都要查明其厚度、分布范围、产状、裂隙发育程度等，以确定其是否能起防渗作用以及防渗程度和效果。基岩一般都比较坚硬致密，孔隙率小。库水如果要通过基岩发生渗漏，主要取决于各种裂隙和溶洞存在情况，以及沉积岩的层面充填情况。在第四纪松散沉积层中，对水库渗漏有重大意义的是未经胶结的砂砾（卵）石层，这些砂砾石、砾石、卵石层，空隙大、透水性强，如果库区存在这些强透水层并沟通库区内外，就可以成为水库渗漏的通道。3.地质构造与水库渗漏有密切关系的地质构造，主要有断层破碎带或断层交会带，裂隙密集带，背斜及向斜构造、岩层产状等。断层的存在，特别是未胶结或胶结不完全的断层破碎带，都是水库渗漏的主要通道。有的断层贯通大坝上下游，造成水库渗漏。背斜构造和向斜构造与水库渗漏的关系，主要应从两个方面来分析：一方面是背斜和向斜核部伴生的节理密集带或层间剪切带可能成为渗漏的通道；另一方面主要由透水层与隔水层相互配合和产状情况来决定。图2-4-1是向斜构造与水库渗漏的关系，图2-4-1（a）为有隔水层阻水的向斜构造，库水被页岩所阻，这种情况一般不会产生渗漏。而图2-4-2（b）虽然是向斜构造，但透水的石灰岩因无隔水层阻水，且又与邻谷相通，这种情况库水一般都会沿喀斯特通道渗漏。4.水文地质条件库区的水文地质条件是水库能否发生渗漏的重要条件之一，尤其是库岸有无地下水分水岭，以及地下水分水岭的高程，对水库的渗漏具有决定性的意义。（二）坝区渗漏地质条件分析坝区裂隙岩体的渗漏条件除岩体的岩性特征外，起主导作用的是岩体中各种成因类型结构面的发育程度和溶蚀空隙（洞及其开启性、充填情况、连通情况。河谷地貌特征也是影响透水性强弱和入渗、排泄条件的重要因素。1.岩性及地质结构特征裂隙岩体在形成和演化过程中，受岩性、构造变动和表生地质作用等的控制和影响，结构面网络的发育往往错综复杂，致使其渗透性呈现非均一性和各向异性。一般地说，厚层、坚硬性脆的岩石，受各种应力作用易产生破裂结构面，裂隙延伸长而张开性较好，故透水性较强，如石灰岩、石英砂岩和某些岩浆岩；薄层、塑性较强的软岩石所产生的破裂结构面往往短而闭合，透水性较弱，如泥页岩、凝灰岩等；可溶盐岩类的各类结构面又控制了岩溶发育，使岩体透水性更为强烈，且非均一性和各向异性更为显著。2.河谷地貌条件河谷地貌对坝基渗漏的影响、主要表现在岩层产状与河谷方向的关系方面。在倾斜层状岩层区，纵谷、斜谷和横谷具有不同的入渗和排泄条件，它们主要影响渗径的长短。总之，裂隙岩体的岩性及各类结构面，是控制坝区渗漏的主导因素，其次则是河谷地貌和覆盖条件。（三）坝基帷幕灌浆帷幕灌浆是将浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成连续的阻水帷幕，以减小渗流量和降低渗透压力的灌浆工程。坝基帷幕灌浆通常布置在靠近坝基面的上游（图2-4-3），是应用最普遍、工艺要求较高的灌浆工程。帷幕顶部与坝体连接，底部深入相对不透水岩层一定深度，以阻止或减少坝基中地下水的渗透；并与位于其下游的排水系统共同作用，还可降低渗透水流对坝基的扬压力。1.施工的条件与施工次序。基岩帷幕灌浆通常应当在具备了以下条件后实施：（1）灌浆地段上覆混凝土已经浇筑了足够厚度，或灌浆隧洞已经衬砌完成。上覆混凝土的具体厚度，各工程规定不一，龙羊峡水电站要求为30m，也有的工程要求为15m，应视灌浆压力的大小而定。（2）同一地段的固结灌浆已经完成。（3）基岩帷幕灌浆应当在水库开始蓄水以前或蓄水位到达灌浆区孔口高程以前完成。混凝土坝岩基帷幕灌浆都在两岸坝肩平洞和坝体内廊道中进行。土石坝岩基帷幕灌浆，有的先在岩基顶面进行，然后填筑坝体；有的在坝体内或坝基内的廊道中进行。其优点是与坝体填筑互不干扰，竣工后可监测帷幕运行情况，并可对帷幕补灌。帷幕灌浆的钻孔灌浆按设计排定的顺序，逐渐加密。基岩帷幕灌浆通常由一排孔、两排孔或多排孔组成。由两排孔组成的帷幕，一般应先进行下游排的钻孔和灌浆，然后再进行上游排的钻孔和灌浆；由多排孔组成的帷幕，一般应先钻灌下游排，再钻灌上游排，最后钻灌中间排。同一排孔多按3个次序钻灌。灌浆方法采用全孔分段灌浆法。原则上说，各排各序都要按照先后次序施工，但是为了加快施工进度、减少窝工，灌浆规范规定，当前一序孔保持领先15m的情况下，相邻后序孔也可以随后施工。坝体混凝土和基岩接触面的灌浆段应当先行，单独灌注并待凝固。在幕体中钻设检查孔进行压水试验是检查帷幕灌浆质量的主要手段，质量不合格的孔段要进行补灌，直至达到设计的防渗标准。2.灌浆压力灌浆压力是指装在孔口处压力表指示的压力值。灌浆压力是灌浆能量的来源，一般地说，使用较大的灌浆压力对灌浆质量有利，因为较大的灌浆压力有利于浆液进入岩石的裂隙，也有利于水泥浆液的泌水与硬结，提高固结强度；较大的灌浆压力可以增大浆液的扩散半径，从而减少钻孔灌浆工程量（减少孔数）。但是，过大的灌浆压力会使上部岩体或结构物产生有害的变形，或使浆液渗流到灌浆范围以外的地方，造成浪费；较高的灌浆压力对灌浆设备和工艺的要求也更高。决定灌浆压力主要有以下因素：灌浆压力与防渗帷幕承受水头的大小密切相关。通常建筑物防渗帷幕承受的水头大，帷幕防渗标准也高，因而灌浆压力要大。反之，灌浆压力可以小一些。（1）根据混凝土重力坝设计规范（NB/T35026-2014）规定，防渗帷幕灌浆压力宜通过试验确定，通常在帷幕孔顶段取1.01.5倍坝前静水头，在孔底段取2.03.0倍坝前静水头，但灌浆时不得抬动坝体混凝土和坝基岩体。（2）地质条件若是岩石坚硬、完整，灌浆压力可以高一些，其他地质条件下灌浆压力应当小一些。一般情况，灌浆孔下部比上部的压力大，后序孔比前序孔压力大，中排孔比边排孔压力大，以保证幕体灌注密实。灌浆开始后，一般采用一次升压法，即将压力尽快升到设计压力值。当地基透水性较大，灌入浆量很多