单元9重力坝的地基处理

1、水工建筑物,重力坝设计,主讲人： 吴伟民 教 授 专业带头人 高级工程师 一级建造师 土木工程师,三峡混凝土实体重力坝,故县混凝土实体重力坝,潘家口水库宽缝重力坝,伊泰普混凝土空心重力坝,涌溪碾压混凝土重力坝,南告浆砌石重力坝,本项目包括以下教学内容,重力坝设计,水利水电建筑工程,重力坝设计,重力坝的地基处理,1. 重力坝对地基的要求,2. 坝基的开挖与清理,3. 坝基的加固处理,4. 坝基的防渗和排水,5. 应用案例,6. 实训任务,7. 课堂小结与训练点评,8. 作业布置,教学任务,能根据坝基具体情况，进行重力坝的地基处理（包括：坝基开挖清理，进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，

2、对特殊软弱带如断层、破碎带进行专门的处理等）。,（1） 重力坝对地基的要求； （2） 掌握坝基开挖清理的主要技术要求（开挖深度、轮廓形状、平整度等）； （3） 理解固结灌浆的概念、作用，掌握固结灌浆布置与设计内容；,教学目标,任务1、重力坝对地基的要求,1.天然基岩缺陷：,岩石中的裂隙，其两侧岩石没有明显的位移。节理一般是闭合的。,风化、节理、裂隙、断层。,风化：,风化作用（又称侵蚀，风化）是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的全过程。,节理：,满足材料强度和地基承载力；满足整体性和均匀性，抗滑稳定、不均匀沉降；抗渗性和耐久性；,

3、岩层在内动力作用下断裂并沿断裂面发生位移的一种构造变动形成破碎带和软弱夹层等缺陷。,裂隙：,裂隙是指固结的坚硬岩石（沉积岩，岩浆岩和变质岩）在各种应力作用下破裂变形而产生的空隙。裂隙一般是有张开度的。,断层：,2.处理后的地基应满足下列要求,开挖方向： 顺水流方向（坝体横方向）：控制上下游高差、挖成略向上游倾斜的锯齿状。,岩基向下游倾斜时，应开挖成带钝角的大台阶状。,任务2、坝基的开挖与清理,目的：将坝体座落在坚固、稳定的地基上。,开挖范围：覆盖层，风化层、破碎层（两岸基岩、中坝、低坝要求可降低）,垂直水流方向（坝体纵方向）：侧向稳定，两岸基岩面，开挖成足够宽的台阶状。,清理和冲洗：浇混凝土前

4、，松动的岩块、凸出的尖角，封堵勘探钻洞、探井、探洞，清洗表面尘土、石粉等。,局部缺陷处理：靠近坝基面的缓倾角、软弱夹层，埋藏不深的溶洞、溶蚀面等局部的地质缺陷应予以挖除。,新基岩保护：风化的页岩、粘土岩，留0.20.3m的保护层，待浇筑混凝土前再挖除。,坝基加固的目的：整体性和弹性模量；不均匀变形； 强度；渗透性。,当基岩在较大范围内节理裂隙发育或较破碎而挖除不经济时，可对坝基进行低压浅层灌水泥浆加固，这种灌浆称为固结灌浆。固结灌浆可提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。,任务3、坝基的加固处理,（一）固结灌浆（浅层灌浆）,布置：梅花形和方格形,（二）坝基断层破碎带的处理,（1）垂直河流方

5、向的陡倾角断层破碎带； （2）顺河流方向的陡倾角断层破碎带； （3）缓倾角破碎带，斜塞和水平塞(刚性骨架)，斜井和平洞，混凝土塞或混凝土拱。,（1）设置混凝土塞； （2）设混凝土深齿墙； （3）预应力锚索加固； （4）设钢筋混凝土抗滑桩。,（三）软弱夹层的处理,（1）作用：降低渗透压力，减少渗流量，防止坝基管涌。 （2）材料：(膨胀)水泥浆(优先采用)和化学浆(灌浆快，抗渗性强，价格贵)。 （3）位置：布置在靠近上游坝面的坝轴线附近 （4）范围：自河床向两岸延伸，至最高水位线与原地下水位线交点处 （5）孔距：1.5-4.0m （6）钻孔方向：铅直（常用）向上游倾斜不大于10的。,任务4、坝基的

6、防渗和排水,（一）帷幕灌浆（水库最高库水位以下水的防渗）,（7）深度：河床深，两岸渐浅。 坝基内透水层浅时，穿透水层，进入相对隔水层35m。 相对隔水层较深时，常用（0.30.7）坝高。 多排：中间排达设计深度，其余取设计深度1/2-1/3，坝踵处设补强孔 （8）排距：比孔距略小。 （9）厚度：满足抗渗稳定。 （10）排水孔与排水平洞：最高水位以上的水通过排水孔和排水平洞排出。 （11）灌浆时间：坝基固结灌浆和有盖重后。 （12）灌浆压力：孔底应大于（23）H，表层段大于(11.5) H 。,防渗帷幕和排水孔幕布置 1-坝基灌浆排水廊道；2-灌浆孔； 3-灌浆帷幕：4-排水孔幕 5-100排水

7、钢管； 6-100三通：7-75预埋钢管；8-坝体,主孔，一排，深（0.3-0.7）H,入隔水层3-5m，孔距1.5-3m,次孔，1-2排，为主孔 （1/2-2/3）,排水孔幕：主排水孔幕和辅助排水孔幕。 主排水孔幕参数： 主排水管组成：预埋钢管（坝体部分）、坝基钻孔（帷幕灌浆之后） 位置:坝体上游、防渗帷幕下、距大于2m，也有在坝趾处的（下游水深时） 下倾： 1015夹角 间距： 23m,（二）坝基排水,孔径：150200mm 孔深:(0.40.6)H帷幕、不宜小于10m（高中坝）。 辅助排水孔幕参数： 位置：在纵向排水廊道内 排数：高坝一般可设23排；中坝可设12排。 孔距：约35m,孔深

8、：612m。,坝基排水帷幕：距防渗帷幕下游2m，孔距2-3m，孔深为防渗帷幕的0.4-0.6,坝基排水系统 1-灌浆排水廊道；2-灌浆帷幕；3-主排水孔幕； 4-纵向排水廊道；5-半圆混凝土管； 6-辅助排水孔幕；7-灌浆孔d,辅助排水孔：1-2排，高坝2-3排，孔距3-5m,坝址位于燕山期花岗岩侵入体边缘，可大致分为新鲜岩石和微风化、半风化、全风化及残积层。河床部位为半风化花岗岩，具有足够的抗压强度。两岸风化较深呈带状，残积层较少，仅见于左岸181m高程以上，厚度约2m。全风化层厚58m，半风化右岸深713m，左岸9m，岩石力学性质见表2-25。 坝址岩层，节理裂隙发育，影响较大的有如下几组

9、： 1）横切河床走向北西1520，倾向北东，倾角4555由数组大致平行的剪切裂隙构成(代号F1)，裂隙带宽0.57.3m，对坝址有较大影响。 2）河床右侧最发育者有三组：第一组走向北东3545，倾向北西，倾角3265；第二组走向北西5280，倾向西南，倾角3080；此两组对坝的稳定不利。第三组走向北西28，倾向北东，倾角60，由于节理发育，所以渗漏较严重，单位吸水量0.010.05L(minm)，河床中基岩深达20m左右，两岸深为l0m以上，见图2-47,任务5、应用案例,坝址工程地质条件,坝段河流向南西，泄流挑出至坝基下游3454m范围内，冲刷 坑处均为坚硬岩石，对建筑物无安全之虞。 据上所

10、述，坝址区岩性坚固，主要是节理裂隙发育，清基时断 层带须尽力挖除，局部较深可做混凝土塞；同时因渗漏较严重，深 度达1020m，需加强固结灌浆及帷幕灌浆，以防止渗漏。,工程地质横剖面图,1）坝基开挖：坝基面在主河槽挖至143.00m高程，原设计挖到半风化岩石，实际工程开挖到此高程已是微风化层。岸坡开挖由技施设计具体制定。F1断层开挖后用混凝土填塞。 2）固结灌浆：在应力较大的坝踵和坝趾附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内进行固结灌浆。灌浆孔呈梅花形布置，孔距为3 m，帷幕上游区的孔深一般为10m，其他部位孔深为6m，钻孔方向垂直于基岩面。灌浆压力为0.20.4 Mpa，实际施工时可视现场情况调整

11、。 3）坝基帷幕灌浆：在坝址地质剖面图上找出相对隔水层，并使防渗帷幕设计深度伸入相对隔水层内35m 单位吸水量=0.030.05L(minm)，从而达到减小渗透压力的目的，故帷幕设计深度为130.00m高程。只设一排防渗惟幕，钻孔斜向上游，倾角控制在5以内(和垂线夹角)。帷幕灌浆在廊道内施工，孔距一律为3m，若以后实测减小扬压力效果达不到设计要求时再加密。帷幕厚度取(0.70.8)C，C为孔距，因此，帷幕厚度为2.12.4m。,解：基础处理,4）坝基排水：坝基主排水孔设在防渗惟幕下游2m处，间距为0.8倍帷幕孔距，即为2.4m，孔径15cm，深度达133.0m高程(满足中坝不应小于10m的要求

12、)。次排水孔在厂房坝段设置两排，孔距为4m，孔深至137.0m高程，主排水管所排出的水直接进入帷幕灌浆（排水）廊道，次排水管的渗水由横向排水沟(管)排向下游。,（1）廊道设置：每隔1530m设一层，距上游（0.050.1）H,取5m。 分两层 : 基础廊道高程为5m,宽度为3.0m高为3.5m；坝体廊道高程 为35m,宽度为2m 高为2.5m。,（2）坝体防渗设置：防渗层厚（1/101/20）H=52.5m，取3m，坝体排 水管幕，管径15cm，间距为2m。,（3）坝基防渗帷幕设置：帷幕灌浆孔深至-13m，钻孔方向斜向上游10， 孔距为1.54m，帷幕厚度为5m。,（4）坝基主排水管幕设置：主排水孔孔深（0.40.6）H,至-6m，钻孔方向斜向下游10，孔距为2m，管径20cm。,案例,任务6、实训任务,任务7、课堂小结与训练点评,重点 （1）坝基开挖的形状、尺寸、齿墙的构造； （2）固结灌浆布置与设计（包括：灌浆孔的位置、孔径、布置、的深度）； （3）防渗帷幕灌浆孔布置与设计（包括：灌浆孔的位置、孔径、布置；帷幕的深度、厚度）； （4）坝基排水孔的位置、深度、孔径。 难点 （1）坝基开挖的形状与尺寸的