重力壩的地基處理

1、重力壩的地基處理教學文本水工建筑物教學資源庫項目組編寫2014 年年 9 月月目錄目錄1.教案計劃表.- 1 -2.2.教學實施教學實施 .- - 2 2 - -【步驟 1】復習鞏固和引入新課.- 2 -【步驟 2】課程介紹及知識講授.- 2 -【步驟 3】應用案例講解.- 6 -【步驟 4】實訓任務布置（或提問）.- 9 -【步驟 5】學生實訓.- 9 -【步驟 6】評價及反饋.- 9 -1.教案計劃表 表表 1 教案計劃表教案計劃表任務名稱重力壩的地基處理學時2項目名稱重力壩設計教學地點多媒體教室學生角色設計輔助人員知識目標技能目標態(tài)度目標教學目標 重力壩對地基的要求； 掌握壩基開挖清理的

2、主要技術要求（開挖深度、輪廓形狀、平整度等）； 理解固結(jié)灌漿的概念、作用，掌握固結(jié)灌漿布置與設計內(nèi)容； 理解帷幕灌漿的概念和作用，掌握防滲帷幕布置與設計內(nèi)容； 理解壩基排水布置與設計的作用與方法； 理解特殊軟弱帶的處理原則和方法。能根據(jù)壩基具體情況，進行重力壩的地基處理（包括：壩基開挖清理，進行固結(jié)灌漿和防滲帷幕灌漿，設置基礎排水系統(tǒng)，對特殊軟弱帶如斷層、破碎帶進行專門的處理等） 。 能按時到課，遵守紀律，積極學習 課下能積極完成工作任務 認真預習。能力訓練任務及案例 完成案例任務：根據(jù)給定的條件，對重力壩的地基處理進行設計教學重點、難點重點：重力壩對地基的要求，壩基開挖清理，進行固結(jié)灌漿和防

3、滲帷幕灌漿，設置基礎排水系統(tǒng)，對特殊軟弱帶的專門處理。難點：防滲帷幕灌漿設計。教學方法、手段案例法，講練結(jié)合法，黑板、多媒體課件，動畫。教學組織過程 復習舊課：重力壩的材料特性，壩體砼材料分區(qū)，混凝土重力壩的主要構造內(nèi)容和構造方法。導入新課：重力壩對地基的要求，壩基開挖清理，進行固結(jié)灌漿和防滲帷幕灌漿，設置基礎排水系統(tǒng)，對特殊軟弱帶的專門處理。然后，教師引入工程案例，提出問題讓學生根據(jù)已講的基礎知識分組討論解決問題，教師輔導評價，學生進行基礎知識的練習，教師輔導答疑，教師提供答案，評價此過程。教學條件工程案例；練習題；課程相關課件。作 業(yè)基礎試題（填空、選擇題等） 、技能訓練習題。2.教學實施

4、【步驟 1】復習鞏固和引入新課教學地點教師任務學生任務教學條件時間（分鐘）多媒體教室學習任務引入與教師互動回答多媒體課件10 復習鞏固：重力壩材料特性，壩體砼材料分區(qū)，混凝土重力壩的主要構造內(nèi)容和構造方法。 引入新課：1）重力壩對地基的要求有哪些？2）如何進行壩基開挖清理，進行固結(jié)灌漿和防滲帷幕灌漿，設置基礎排水系統(tǒng)，對特殊軟弱帶的專門處理？【步驟 2】課程介紹及知識講授教學地點教師任務學生任務教學條件 時間（分鐘）多媒體教室 重力壩對地基的要求； 掌握壩基開挖清理的主要技術要求（開挖深度、輪廓形狀、平整度等） ； 理解固結(jié)灌漿的概念、作用，掌握固結(jié)灌漿布置與設計內(nèi)容； 理解帷幕灌漿的概念和作

5、用，掌握防滲帷幕布置與設計內(nèi)容； 理解壩基排水布置與設計的作用與方法； 理解特殊軟弱帶的處理原則和方法。聽課，獲取有關知識和信息多媒體課件25 重力壩對地基的要求及處理方法重力壩對地基的要求及處理方法 重力壩對地基的要求1）具有足夠的強度，以承受壩體的壓力；2）具有足夠的整體性、均勻性，以滿足壩基抗滑穩(wěn)定和減少不均勻沉陷；3）具有足夠的抗?jié)B性，以滿足滲透穩(wěn)定，控制滲流量；4）具有足夠的耐久性，以防止巖體性質(zhì)在水的長期作用下發(fā)生惡化。 重力壩的地基處理方法：壩基開挖清理，基巖進行固結(jié)灌漿，防滲帷幕灌漿，設置基礎排水系統(tǒng)，對特殊軟弱帶如斷層、破碎帶進行專門的處理等。 地基的開挖與清理地基的開挖與清

6、理 開挖深度。應根據(jù)壩基應力、巖石強度及完整性，結(jié)合上部結(jié)構對地基的要求和地基加固處理的效果、工期和費用等研究確定。1）凡 100 m 以上的高壩須建在新鮮、微風化或弱風化下部基巖上；2）10050 m 的壩可建在微風化至弱風化中部基巖上；3）壩高小于 50 m 時，可建在弱風化層中部或上部基巖上。同一工程中，兩岸較高部位的壩段，其利用基巖的標準可比河床部位適當放寬。 輪廓形狀。壩基開挖的邊坡必須保持穩(wěn)定；在順河方向，各壩段基礎面上、下游高差不宜過大，為有利于壩體的抗滑穩(wěn)定，可開挖成略向上游傾斜；兩岸岸坡應開挖成臺階形，以利于壩塊的側(cè)向穩(wěn)定；基坑開挖輪廓應盡量平順，避免有高差懸殊的突變，以免應

7、力集中造成壩體裂縫；當?shù)鼗写嬖谟芯植抗こ痰刭|(zhì)缺陷（表層夾泥裂隙、風化囊、斷層破碎帶、節(jié)理密集帶、巖溶充填物及淺埋的軟弱夾層等）時，也應予以挖除。 其他。為保持基巖完整性，避免開挖爆破振裂，基巖應分層開挖。當開挖到距設計高程0.51.0m 的巖層時，宜用手風鉆造孔，小藥量爆破。如巖石較軟弱或小塊松動的巖石，也可用人工借助風鎬清除?；鶐r開挖后，在澆筑混凝土前，需進行徹底的清理和沖洗；對易風化、泥化的巖體，應采取保護措施，及時覆蓋開挖面。 壩基的固結(jié)灌漿壩基的固結(jié)灌漿 概念：在重力壩工程中采用淺孔低壓灌注水泥漿的方法對地基進行加固處理，稱為固結(jié)灌漿（見圖 1） 。 固結(jié)灌漿的目的：提高基巖的整體性

8、和強度，降低地基的透水性。 部位：灌漿孔一般布置在應力較大的壩踵和壩趾 圖圖 1 固結(jié)灌漿孔的布置（單位：固結(jié)灌漿孔的布置（單位：m）附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)。 構造：灌漿孔呈梅花形布置，孔距、排距和孔深根據(jù)壩高、基巖的構造情況確定，一般孔距 34 m，孔深 58 m。帷幕上游區(qū)的孔深一般為 815 m，鉆孔方向垂直于基巖面。當無混凝土蓋重灌漿時，壓力一般為 0.20.4 MPa(24 kgcm2)，有蓋重時為 0.40.7 MPa，以不掀動基礎巖體為原則。 帷幕灌漿帷幕灌漿 概念：帷幕灌漿是在靠近上游壩基布設一排或幾排深鉆孔，利用高壓灌漿充填基巖內(nèi)的裂隙和孔隙等滲水通道，在基巖中

9、形成一道相對密實的阻水帷幕（圖 2） 。 帷幕灌漿的目的：降低壩底的滲透壓力，防止壩基內(nèi)產(chǎn)生機械或化學管涌，減少壩基和繞滲滲透流量。圖圖 2 防滲帷幕沿壩軸線的布置圖防滲帷幕沿壩軸線的布置圖1-灌漿廊道；2-山坡鉆進；3-壩頂鉆進；4-灌漿平洞；5-排水孔；6-最高庫水位；7-原河水位；8-防滲帷幕底線；9-原地下水位線；10-蓄水后地下水位線 帷幕灌漿材料：有水泥漿（水泥漿具有結(jié)石體強度高，經(jīng)濟和施工方便等優(yōu)點）和化學灌漿（具有很好的灌注性能，能夠灌入細小的裂隙，抗?jié)B性好，但價格昂貴，又易造成環(huán)境污染，使用時需慎重）兩種。 構造：1）防滲帷幕的深度：應根據(jù)基巖的透水性、壩體承受的水頭和降低壩

10、底滲透壓力的要求確定。 當壩基下存在可靠的相對隔水層時，帷幕應伸入相對隔水層內(nèi) 35m； 不同壩高所要求的相對隔水層的透水率 q (1m 長鉆孔在 1MPa 壓水壓力作用下，1min 內(nèi)的透水量)應采取下列不同標準：壩高在 100m 以上，q =l3Lu；壩高在 10050m 之間，q =35Lu；壩高在 50rn 以下，q =5Lu(Lu 讀：呂容)。如相對隔水層埋藏很深，帷幕深度可根據(jù)降低滲透壓力和防止?jié)B透變形的要求確定，一般可在 0.30.7 倍水頭范圍內(nèi)選取。 2）防滲帷幕的排數(shù)、排距及孔距：應根據(jù)壩高、作用水頭、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件確定。在一般情況下，高壩可設兩排，中壩設一排。當帷

11、幕由兩排灌漿孔組成時，可將其中的一排鉆至設計深度，另一排可取其深度的 l2 左右。帷幕灌漿孔距為 1.53.0m，排距宜比孔距略小。3）帷幕灌漿范圍：需要從河床向兩岸延伸一定的范圍，形成一道從左到右的防滲帷幕。 當相對不透水層距地面較近時，帷幕可伸入岸坡與相對不透水層相銜接。當兩岸相對不透水層很深時，帷幕可以伸到原地下水位線與最高庫水位相交點 B 附近，如圖 2 所示。在最高庫水位以上的岸坡可設置排水孔以降低地下水位，增加岸坡的穩(wěn)定性。 帷幕灌漿必須在澆筑一定厚度的壩體混凝土作為蓋重后進行，灌漿壓力由試驗確定，通常在帷幕孔頂段取 1.01.5 倍的壩前靜水壓強，在孔底段取 23 倍的壩前靜水壓

12、強，但應以不破壞巖體為原則。 壩基排水設施壩基排水設施為了進一步降低壩底揚壓力，需在防滲帷幕后設置排水系統(tǒng)，如圖 3 所示。壩基排水系統(tǒng)一般由排水孔幕和基面排水組成。主排水孔一般設在基礎灌漿廊道的下游側(cè)，孔距 23m，孔徑1520cm，孔深常采用帷幕深度的 0.40.6 倍，方向則略傾向下游。除主排水孔外，還可設輔助排水孔 l3 排，孔距一般為 35m，孔深為 612m。 圖圖 3 壩基排水設施布置壩基排水設施布置圖圖如基巖裂隙發(fā)育，還可在基巖表面設置排水 1-主排水孔；2-輔助排水孔；3-壩基縱向排水廊道；廊道或排水溝、管作為輔助排水，并在壩基上布 4-半圓形排水管；5-橫向排水溝；6-灌漿

13、廊道置集水井，匯入滲水后用水泵排向下游。 壩基軟弱破碎帶的處理壩基軟弱破碎帶的處理 當壩基中存在斷層破碎帶或軟弱結(jié)構面時，則需要進行專門的處理。處理方式應根據(jù)軟弱帶在壩基中的位置、走向、傾角的陡緩以及對強度、防滲和穩(wěn)定的影響程度而定。 對于走向與水流方向大致垂直、傾角較大的斷層破碎帶（主要是承載能力不足） ，常采用混凝土梁(塞)或混凝土拱進行加固，如圖 4 所示?；炷寥菍⑵扑閹诔烈欢ㄉ疃群蠡靥罨炷?，以提高地基局部的承載能力。當破碎帶的寬度小于 23m 時，混凝土塞的深度可采用破碎帶寬度的 12 倍，且不得小于 1m。 若破碎帶的走向與水流方向大致相同、傾角較大的斷層破碎帶，則須同時做

14、好壩基加固和防滲處理，常用的方法 圖圖 4 陡傾角斷層處理陡傾角斷層處理有鉆孔灌漿、混凝土防滲墻、防滲塞（圖 5）等。 對于傾角較緩的斷層破碎帶，除應在頂部做混凝土塞外，還應沿破碎帶開挖若干個斜井和平洞，用混凝土回填密實，形成斜塞和水平塞組成的剛性骨架（圖 6） ，封閉破碎物，增加抗滑穩(wěn)定性和提高承載能力。 圖圖 5 混凝土防滲塞混凝土防滲塞 圖圖 6 緩傾角斷層破碎帶處理緩傾角斷層破碎帶處理1-灌漿廊道；2-回填混凝土；3-灌漿帷幕； 1-平洞回填；2-斜井回填；3-阻水斜塞；4-破碎帶；5-混凝土防滲塞；6-井壁固結(jié)灌漿 4-表面混凝土梁（塞） ；5-破碎帶；6-帷幕灌漿孔【步驟 3】應用

15、案例講解教學地點教師任務學生任務教學條件時間（分鐘）多媒體教室背景資料介紹聽課，獲取有關知識和信息多媒體課件背景資料5教學內(nèi)容及要求：案例案例 11：根據(jù)前面各“單元”所給的已知條件和以下工程的壩址地形地質(zhì)條件，進行重力壩地基處理。 地形條件經(jīng)勘測調(diào)查，壩址確定在峽谷出口處，這樣峽谷上游是一巨大的山間盆地，具有形成水庫的良好條件（如圖 7 所示） ，峽谷筑壩工程量小，峽谷出口后是地形開闊的平原，河岸邊可布置生活區(qū)。壩址處有上、下兩條壩軸線可供選擇，通過分析，上壩線比下壩線稍好，故采用上壩線。圖圖 7 7 壩址地形圖壩址地形圖 壩址工程地質(zhì)條件壩址位于燕山期花崗巖侵入體邊緣，可大致分為新鮮巖石和

16、微風化、半風化、全風化及殘積層。河床部位為半風化花崗巖，具有足夠的抗壓強度。兩岸風化較深呈帶狀，殘積層較少，僅見于左岸 181m 高程以上，厚度約 2m。全風化層厚 58m，半風化右岸深 713m，左岸 9m，巖石力學性質(zhì)見表 2。壩址巖層，節(jié)理裂隙發(fā)育，影響較大的有如下幾組：1）橫切河床走向北西 1520，傾向北東，傾角 4555由數(shù)組大致平行的剪切裂隙構成(代號 F1)，裂隙帶寬 0.57.3m，對壩址有較大影響。2）河床右側(cè)最發(fā)育者有三組：第一組走向北東 3545，傾向北西，傾角 3265；第二組走向北西 5280，傾向西南，傾角 3080；此兩組對壩的穩(wěn)定不利。第三組走向北西 28，傾

17、向北東，傾角 60，由于節(jié)理發(fā)育，所以滲漏較嚴重，單位吸水量0.010.05L(minm)，河床中基巖深達 20m 左右，兩岸深為 l0m 以上，見圖 8、60。表表 2 壩址基巖力學性質(zhì)表壩址基巖力學性質(zhì)表圖圖 8 壩址綜合工程地質(zhì)圖壩址綜合工程地質(zhì)圖壩段河流向南西，泄流挑出至壩基下游 3454m 范圍內(nèi)，沖刷坑處均為堅硬巖石，對建筑物無安全之虞。 據(jù)上所述，壩址區(qū)巖性堅固，主要是節(jié)理裂隙發(fā)育，清基時斷層帶須盡力挖除，局部較深可做混凝土塞；同時因滲漏較嚴重，深度達 1020m，需加強固結(jié)灌漿及帷幕灌漿，以防止?jié)B漏。圖圖 9 工程地質(zhì)橫剖面圖工程地質(zhì)橫剖面圖訓練內(nèi)容： 閱讀壩址綜合地形地質(zhì)圖；

18、 對壩址地基提出處理措施。解：解：基礎處理 1）壩基開挖：壩基面在主河槽挖至 143.00m 高程，原設計挖到半風化巖石，實際工程開挖到此高程已是微風化層。岸坡開挖由技施設計具體制定。F1斷層開挖后用混凝土填塞。2）固結(jié)灌漿：在應力較大的壩踵和壩趾附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)進行固結(jié)灌漿。灌漿孔呈梅花形布置，孔距為 3 m，帷幕上游區(qū)的孔深一般為 10m，其他部位孔深為 6m，鉆孔方向垂直于基巖面。灌漿壓力為 0.20.4 Mpa，實際施工時可視現(xiàn)場情況調(diào)整。3）壩基帷幕灌漿：在壩址地質(zhì)剖面圖上找出相對隔水層，并使防滲帷幕設計深度伸入相對隔水層內(nèi) 35m 單位吸水量 =0.030.05L(minm)，從而達到減小滲透壓力的目的，故帷幕設計深度為 130.00m 高程。只設一排防滲惟幕，鉆孔斜向上游，傾角控制在 5以內(nèi)(和垂線夾角)。帷幕灌漿在廊道內(nèi)施工，孔距一律為 3m，若以后實測減小揚壓力效果達不到設計要求時再加密。帷幕厚度取(0.70.8)C，C 為孔距，因此，帷幕厚度為 2.12.4m。4）壩基排水：壩基主排水孔設在防滲惟幕下游 2m 處，間距為 0.8 倍帷幕孔距，即為 2.4m，孔徑 15cm，深度達 133.0m 高程(滿足中壩不應