水利工程论文-洪家渡面板堆石坝基础开挖及处理设计.doc

水利工程论文-洪家渡面板堆石坝基础开挖及处理设计摘要：洪家渡面板堆石坝处于高山峡谷岩溶地区，面板堆石坝高179.5m，河床宽高比2.38。在坝基开挖设计中，通过认真研究趾板区的地形地质条件，将趾板上部高边坡、趾板基础及趾板下游的堆石体边坡开挖统筹考虑，一次开挖完成。在坝基处理中，根据开挖揭露的多种不良地表形态和地质缺陷，制定了相应措施，满足了工程要求。这些设计方法和处理措施将为岩溶峡谷地区修建面板堆石坝积累有益的经验。关键词洪家渡面板堆石坝基础开挖处理设计关键词：洪家渡面板堆石坝基础开挖处理设计1概述洪家渡水电站为“西电东送”首批开工项目的启动工程，在峡谷地区修建高面板堆石坝是该水电枢纽的显著特点。面板堆石坝高179.50m，坝顶长427.79m，河床宽高比为2.38，坝体填筑方量约900万m3。在我国对峡谷地区修建高面板堆石坝尚少设计和施工经验情况下，洪家渡面板堆石坝针对两岸陡高边坡坡的特点，将高边坡开挖与趾板基础和坝基开挖较好的结合起来，实现了趾板一次定线开挖到位，无需二次定线；并率先在高面板堆石坝中采用了4.5+X的等宽窄趾板技术，减少高边坡的开挖。在施工过程中，根据开挖揭露的复杂地表形态和地质缺陷，制定了切实可行的处理措施。目前洪家渡面板堆石坝趾板及坝基开挖已完成，坝体经济断面已填筑到挡100年一遇洪水渡汛高程，坝体已填筑高57m，实施表明，坝基开挖所采取的设计方法和处理措施是积极可行的。2地形地质条件坝址区间河段长约1.5km，河流流向由S45W转向S45E，形成向西凸出的直角河湾。右岸支流底纳河以伏流形式在转弯端点流入干流，转弯点以上左岸为2530的顺向坡，各引水建筑物进水口均位于此缓坡带；右岸为高190m左右、坡角7585的陡壁。坝址位于河弯下游，坝址河谷为不对称“V”型谷，两岸山高300400m左右，由于岩性软硬相间，在左岸形成高达100m以上之灰岩陡壁，其间为宽80120m的泥页岩缓坡；右岸为2540度的缓坡。枯期河水位976.50m，水面宽约30m，水深34m，河床中线地面高程970976m，水下地形平缓，河床无深槽。坝区从上游至下游，出露地层为三叠系下统的永宁镇组的第一段（T1yn1），夜郎组的第三段九级滩段（T1y3）、第二段玉龙山段（T1y2）及第四系。T1yn1为厚层、中厚层夹薄层灰岩，厚210237m；T1y3为泥页岩夹泥质灰岩，厚7585m；T1y2为薄至中厚层灰岩，厚275305m；第四系为厚18m的河床冲积砂卵砾石层（Qal）与厚145m的坡积、崩积碎石、块石夹粘土层（Qdl+col）。坝区岩层为单斜构造，岩层走向N6070E，与河流约成70交角，倾向NW，倾角2555。对坝基及边坡有影响的主要有F3、F6、F8、F13等4条断层，其特性见表1。坝肩主要发育裂隙2组，其中走向NE、NW向各1组，以陡倾角为主。卸荷裂隙主要分布在两岸地层T1yn1、T1y2灰岩陡壁上，主要沿N7080W与N1030W两组构造裂隙发育，水平深度1215m，对左岸坝肩高边坡稳定有影响。表1坝基断层特性表编号属性产状破碎带宽（m）备注F3逆断层N5760ENW37400.10.5发育于左坝肩陡壁，出露线斜切岩层向上游逐渐降低，至河床趾板处插入河床。F6正断层N3980ESE45850.82发育于号冲沟口及左岸坝轴线附近F8平移正断层N4589ESE418014发育于坝轴线右坝肩，斜切河谷向左岸延伸。沿断层带及其附近发育岩溶管道系统，如K40溶洞、K80-2溶洞等。F13逆断层N3060ESE40600.64发育于右岸号冲沟、左岸PD21号平硐上游侧陡壁。坝肩及坝基分布T1yn1、T1y2两大层可溶岩层，岩溶较发育，岩溶形态以溶洞、溶沟溶槽、溶蚀裂隙为主，沿断层带岩溶发育。地下水主要表现为岩溶裂隙流及岩溶管道流，两岸地下水均高于河水位，属地下水补给河流类型。两岸T1yn1与T1y2岩体风化程度微弱，微风水平深度1015m，岸坡铅直深度520m，局部断层交汇处、缓坡地带风化深度有所增加。T1y3泥页岩风化强烈，分强、弱、微三带，强风化水平厚度510m，弱风化水平厚度1530m，微风化水平厚度1520m，强弱微局部达3545m。坝基覆盖层为河床冲积层砂卵砾石和两岸坡积层碎石、块石夹粘土，变形模量较低，一般不能满足堆石坝对地基的要求，需要全部挖除。3趾板及坝基边坡开挖设计3.1趾板开挖设计3.1.1趾板基础开挖设计河床及两岸趾板均布置T1yn1灰岩上，趾板基础座落于微风化线上层，河床及岸坡较缓部位根据微风化线确定趾板嵌深。对于陡岸坡特别是左岸坝轴线上游80m范围，堆石体边坡按1：0.5开挖，沿岸坡向上延伸为趾板基础。趾板型式为趾板面等高线垂直于趾板基准线的平趾板，为减少趾板以上高边坡的开挖，趾板各段均为等宽趾板，宽度为4.5m。趾板开挖一般以趾板的“X”线进行控制，但当河峡窄、两岸陡竣，两岸趾板的走向与河谷走向交角小时，“X”线往往位于趾板以外的边坡内，不便于施工开挖控制。洪家渡趾板设计通过建立坝体的三维坐标系统，直接给出了沿“Z”线趾板基础条带的上下游端点的座标和高程用于开挖控制；“Z”点为面板底面线与趾板下游端面线的交点，是坝体填筑时上游面的起始控制点，各段趾板“Z”点相连形成“Z”线。趾板变厚和转折处采用局部小斜坡进行连接，亦直接提供角点座标进行精确开挖控制。实践表明，效果较好。3.1.2趾板下游侧岸坡开挖设计趾板下游岸坡的坡度是影响周边缝变形的重要因素，混凝土面板堆石坝设计规范（SL228-98）对此作了专门的规定，其坡度不宜陡于1：0.5。洪家渡面板堆石坝趾板下游岸坡开挖结合两方面进行设计：一是岸坡总坡度按不陡于1：0.5设计；二是趾板下游设防渗区，作为等宽窄趾板满足渗径长度的补充段。防渗区布置形式为：在坝体横剖面上，河床部位趾板基础下游设30m的水平段，岸坡部位防渗区段长20m；当趾板基础后防渗区地形不能满足以上要求时，需用贴坡混凝修补坡面，使其满足要求；在坝体填筑时，垫层料和过渡料游延伸至水平段形成反滤。防渗区基础进行孔深4m的固结灌浆、锚杆2522m（L=4m）、和15cm的挂网喷C20聚丙烯纤维混凝土处理。尽管对陡岸坡采取了削坡和混凝土贴坡处理措施，但仍有部分坡段较陡，为减小堆石体变形的梯度，靠陡岸坡设置了低压缩性的特别碾压区。趾板下游侧岸坡开挖以平切图进行控制，在平切图中，岸坡趾板基础后根据趾板外侧岩体厚度，以平行于河谷中心线或与该线成15角方向开挖长20m的防渗板段，其后再以30或45角与岸坡连接。3.1.3趾板以上边坡开挖设计趾板以上开挖边坡为永久边坡。左岸边坡条带高110150m，为逆向坡，稳定性好，边坡按15m一级马道垂直开挖，马道宽3.75m，总坡比为1：0.25；为防止施工爆破和二次卸荷隙影响陡高边坡的稳定性及保证运行期面板堆石坝的安全，边坡上部采用150t级预应力锚索进行锁口加固。右岸边坡条带高60m左右，为不完全顺向坡，采用斜坡开挖，坡度为1：0.2，每隔15m设宽3m的马道，总坡比为1：0.4。趾板以上开挖边坡的坡面形状结合趾板进行布置。在趾板定线后，开挖边坡马道布置由低向高推进，马道随趾板的转折呈折线布置，各级马道相互平行，马道转点在平面上的连线为一直线；上下级马道端头与趾板基础内边线间以三角形斜坡段连接，三角形斜坡段为马道布置的起始控制段，按设计坡比定出马道与趾板走向的夹角后，便可平行下级马道推出该级马道的布置。一般情况下，为了避免边坡出现稳定性差的凸形坡，三角形斜坡段的坡比为设计总坡比。由于左岸坝轴线部山体较高，趾板及坝基开挖后，坝轴线部位边坡在立面上形成错台，通过稳定分析，坝顶高程以上坝轴线部位边坡向河床偏转30过渡到原始边坡。3.2坝基开挖设计趾板区的坝基结合趾板开挖一次开挖成型，坝轴线上游陡岸按不陡于1：0.5边坡开挖。在坝体轮廓范围内，九级滩泥页岩坡面，需清除表层覆盖层及强风化层的松散岩体，基面岩体湿抗压强度达1015MPa；灰岩地段，清除表层覆盖层至层状岩层，对溶蚀破碎带、溶沟、溶槽内充填物进行清除，用铁锹挖不动即可；覆盖层清除后的达标基面，边坡应保持稳定状态。没有覆盖层的地方需清除表面松动石块、凹槽内积土和突出的岩石，以及树根草皮。4坝基处理设计4.1坝基地质缺陷处理在坝基坑及两岸边坡开挖中，揭露出的主要地质缺陷为：溶沟溶槽及溶洞，主要出现在灰岩中；破碎带，主要指断层、溶蚀及裂隙等不规则凹陷破碎带；涌（泉）水，在九级滩页岩（T1y3）中主要表现为裂隙性渗水，在九级滩页岩（T1y3）与