3.1巖基開挖與處理

1、第三章 基礎工程 1、地基:承受建筑物荷載的巖土（包括基礎下的和基礎周圍的巖土) 。 2、基礎分為巖基和軟基(土和砂礫石地基）3、水工建筑物的地基要求： 有足夠的強度（承載力），一定的抗?jié)B能力，同時又要求地基有一定的整體性，均勻性，耐久性。而天然地基由于構造地質(zhì)和水文地質(zhì)的作用，往往存在不同形式和程度的缺陷，需要經(jīng)過人工處理 第一節(jié) 巖基開挖與處理 一、開挖：按照設計要求，將不能作為建筑物地基的缺陷巖層挖除，使水工建筑物修筑在堅實可靠的巖體上。 （一）巖基開挖標準的確定1.依據(jù)設計圖紙確定開挖長度、寬度。 2.依據(jù)施工規(guī)范確定開挖深度(風化程度）。3.首先滿足地質(zhì)要求，其次滿足結構要求。（二）

2、開挖作業(yè)前的準備工作1.完成施工測量控制網(wǎng)的設計和建立。2.依據(jù)設計文件、施工規(guī)范、現(xiàn)場條件和施工水平，編制石方開挖施工措施計劃。措施計劃內(nèi)容：（1）工程概況。（2）開挖施工布置圖。（3）開挖方法、程序和施工作業(yè)措施。（4）爆破方法和典型爆破參數(shù)。（二）開挖作業(yè)前的準備工作（5）邊坡和巖基保護措施。（6）出渣、棄渣措施和渣料利用計劃。（7）施工排水措施。（8）施工進度計劃。（9）施工設備和輔助設備配置計劃。（10）勞動力及材料供應計劃。（11）現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗計劃。（12）施工安全與環(huán)境保護措施。（13）施工組織管理機構與質(zhì)量控制措施。（三）開挖應遵循的基本原則和方法 1.及時排除基坑積水、滲水

3、、地表水，確保開挖在不受水的干擾下進行。 措施：在基坑開挖區(qū)周邊、裂隙發(fā)育帶設排水溝或集水井。一般設在永久建筑物邊線尺寸外。2.合理安排開挖程序，保證安全，提高效率 1）自上而下，先岸坡后河槽的原則。 2）分層開挖，逐層下降。3）爆破開挖要形成臨空面4）注意開挖卸荷造成地層應力的重分布，避免形成新的不穩(wěn)定巖體。 1壩頂線； 2原地面線； 3安全削坡； 4開挖線；5開挖層 3.合理確定基坑開挖范圍與形態(tài)1）建筑物的地基開挖以后要求基巖面平整，并盡可能向上游傾斜或形成臺階 . 壩基開挖形態(tài) （a）鋸齒形； （b）臺階形 1原基巖面；2基巖開挖面 2）原基巖面高差過大（岸坡壩段）要開挖成一定寬度的平

4、臺。平臺寬度約占壩段的1/2至1/3。 3）開挖范圍比永久建筑物的平面尺寸略寬，主要滿足機械的運行、道路的布置、施工排水、立模與支撐的要求。放寬的范圍一般從幾米到十幾米不等。4.建基面保護層開挖1）重力壩建基面巖性規(guī)定：壩高70m以上：達到微風化或弱風化巖下部壩高3070m：達到微風化至弱風化巖上部2）保護層開挖一般要求：對于建基面1.5m以上的一層巖石 稱為保護層。保護層一般分二層開挖，要采用手風鉆鉆孔、少藥量、火花起爆。對于軟弱破碎的基巖，應留出2030cm的撬挖層。 5.開挖驗收標準1）無活石、無反坡；2）起伏差控制在2030cm內(nèi)；3）無浮渣；4）無積水；5）無水銹；6）涌水要妥善處理

5、（引、排、堵）。6.做好開挖和利用石碴的綜合平衡規(guī)劃 1.優(yōu)點：充分利用開挖的土石料，不僅可以大大減少棄渣用地，而且可以同時進行相關的工程項目，節(jié)約大批建設資金。如：用基坑出渣修筑土石付壩和圍堰；用基坑石料制作混凝土骨料；盡量作到料盡其用。2.棄渣場地的規(guī)劃，應注意以下幾點： 棄渣場地作為施工總平面的布置，統(tǒng)籌規(guī)劃，即方便施工，又節(jié)省出渣費用。不能惡化水流條件：影響圍堰防滲閉氣，抬高尾水和堰前水位，阻滯河道水流，影響水電站，泄水建筑物的正常運行影響渡汛安全等，有害物質(zhì)的廢渣不準堆在河床中。力求少占或不占耕地，以免影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)盡量作到棄渣一次到位，避免二次搬運，以節(jié)約資金，降低工程造價。 二、斷

6、層破碎帶處理(一)斷層處理1.斷層：巖層或巖體受力而產(chǎn)生斷裂，并沿斷裂面兩側(cè)發(fā)生顯著位移的斷裂構造稱為斷層。斷層兩側(cè)常形成強度較低的巖體破碎發(fā)育帶稱為斷層破碎帶。2.危害：地基強度、承載力、抗?jié)B性降低，危害大壩安全。3.處理方法1）對于埋深淺的斷層破碎帶多采用明挖換基。即將破碎帶一定深度（斷層寬度的1.52倍）兩側(cè)破碎風化的巖石清除，回填砼，必要時鋪設限裂鋼筋和進行接觸灌漿。2）對于寬度較大，埋深較深的斷層破碎帶，設置砼塞（砼塞的寬度一般要取斷層寬度的11.5倍），增加該部位的固結灌漿或帷幕灌漿。 圖 陡傾角斷層破碎帶處理 1灌漿廊道；2混凝土塞；3斷層破碎帶；4水平混凝土塞 5固結灌漿；6帷

7、幕灌漿；7排水孔 （二）緩傾角軟弱夾層的處理1. 概念：傾向下游的水平節(jié)理稱緩傾角；軟弱夾層主要是指基巖層面或裂隙面中強度較低，已泥化或遇水容易泥化的夾層。2.危害：產(chǎn)生滑動和滲漏。3.處理方法 1）加深開挖，在壩踵及壩址設置兩段齒槽。2）設置抗剪樁或抗剪鍵槽。3）采用預應力錨索加固。4）適當改進壩體結構。如利用上游水重增加穩(wěn)定。圖 緩傾角夾層處理 1灌漿廊道；2上游齒槽；3下游齒槽；4軟弱夾層；5排水孔；6灌漿帷幕 圖 抗剪樁錨固地基1帷幕灌漿廊道；2抗剪樁；3軟弱夾層；4排水孔；5灌漿帷幕 圖 預應力錨索錨固 1灌漿帷幕；2排水孔；3下游排水孔； 4預應力錨索；5軟弱夾層；6沖刷坑（三）巖

8、溶處理1.巖溶：可溶性巖層長期受地表水或地下水溶蝕和溶濾作用后，所產(chǎn)生的一種自然現(xiàn)象。主要是白云巖和石灰?guī)r。2.危害：削弱地基承載力，形成滲水通道。3.處理方法1）直接挖出回填砼；適用于較小、較淺的溶槽、溶洞。2）洞挖回填置換并灌漿；適用于深長的溶槽或溶洞。3）修截水墻、回填砼塞、高壓灌漿；適用于有貫通性地下空腔的溶洞。4）高壓噴射灌漿；適用于大型、內(nèi)含松散物質(zhì)的溶洞。第二節(jié) 軟基開挖與處理 一、砂礫石地基的處理方法1.修建截水槽：在壩基沿壩軸線方向開挖一條溝槽，槽底直達巖基，槽內(nèi)回填土料。2.設水平鋪蓋：鋪蓋長度L=（35）H作用水頭。采用水平鋪蓋防滲時，在下游必須做相應的減壓排水工程，以降

9、低滲透壓力和提高允許滲透比降，防止發(fā)生管涌和流土等滲透破壞。一、砂礫石地基的處理方法3.筑混凝土防滲墻：中小型工程墻厚0.50.8m，防滲墻頂部插入防滲體內(nèi)部24m，其周圍34m范圍采用高塑性粘土填筑，防滲墻兩端插入防滲體610m。4.砂礫石灌漿： 可灌比M15， 灌水泥漿； 可灌比M=10-15，灌水泥粘土漿 可灌比M=5-10， 灌高細度水泥粘土漿二、淤泥壩基處理流砂：開挖基坑時，由于原地下水位與基坑內(nèi)水位相差懸殊，因此，形成的動水壓力也大，可能使?jié)B流攜帶泥沙從基坑底部向上噴冒，在邊坡上形成管涌、流土現(xiàn)象，即流砂現(xiàn)象。在滲流水作用下土顆粒群體運動，稱為“流土”。填充在骨架空隙中的細顆粒被滲

10、水帶走，稱為“管涌” .二、淤泥壩基處理處理方法：1.置換法；這種方法用于軟土層在2-3m以內(nèi)，較為經(jīng)濟。 2.加固法：加蓋重、打沙井、預壓加固；3.垂直鋪塑。第三節(jié) 防滲墻施工混凝土防滲墻是水工建設中較普遍采用的一種地下連續(xù)墻，是透水性土基防滲處理的一種有效措施?；炷练罎B墻是利用專用的造槽機械設備成槽，并在槽孔內(nèi)注滿泥漿，以防孔壁坍塌，最后用導管在注滿泥漿的槽孔中澆注混凝土并置換出泥漿，筑成墻體。墻體既可以做成剛性的，也可以做成塑性、柔性的。一、成槽技術各種混凝土連續(xù)墻施工工藝的區(qū)別，主要在于成槽方法和排渣方法的不同。在成槽方面，有鋸槽法和挖掘法。鋸槽法中，有往復射流式開槽、鏈斗式開槽、液

11、壓式開槽；挖掘法所用機具中，有抓斗、沖擊、回轉(zhuǎn)鉆或兩者并用的鉆具。在出渣方面，有正循環(huán)、反循環(huán)的泥漿出渣和不循環(huán)出渣。正循環(huán)是指通過管道把泥漿壓送到槽孔底，泥漿在管道的外面上升，把土渣攜出地面；反循環(huán)是指泥漿從管道外面自然流到槽孔內(nèi)，然后在槽孔底與土渣一起，被抽到地面上來；不循環(huán)是指用抓斗挖槽，泥漿處于不循環(huán)狀態(tài)。（一）鋸槽法成槽 1往復射流式開槽機成槽施工圖3 往復式射流開槽機1.牽引繩 2.牽引機 3.主減速機 4.曲軸 5.滑動元件 6.搖臂 7.刀桿8.卷揚機 9.刀架（大臂） 10.反循環(huán)泥漿管 11.噴嘴 12.刀齒13.后行走輪 14.大架 15.主機架 16.鐵鞋 17.轉(zhuǎn)盤

12、18花蘭絲 圖 往復式射流開槽機造槽成墻工作原理圖1.地基 2.噴水嘴 3.刀齒 4.刀桿 5.大臂 6.反循環(huán)泥漿管7.注滿泥漿槽孔 8.隔離體 9.漏斗導管 10.已澆混凝土1往復射流式開槽機成槽施工往復式射流開槽機最適合于砂壤土、粉土地層的作業(yè)。由于運用了鋸的切割作用、犁的翻土作用、高壓水（泥漿）的射流沖擊作用，所以對砂壤土、粉土地層特別有效。該機擁有100多個射流噴嘴，出口流速達到20/s，鋸、犁和射流的共同作用切開土體，由反循環(huán)抽砂泵迅速排出粗顆粒液體和沉渣，從而成槽。同時由循環(huán)水（泥漿）形成漿液，起到固壁作用。 2鏈斗式開槽機成槽施工 其最大優(yōu)點是對粘性土、直徑小于15cm的砂石土

13、層作業(yè)特別有效。 圖313 鏈斗式開槽機造槽成墻工作原理圖1.地基 2.挖斗 3.鏈條 4.大臂 5.注滿漿液槽孔6.隔離體 7.漏斗導管 8.已澆混凝土 9.吊繩3液壓開槽機成槽施工液壓系統(tǒng)使液壓缸的活塞桿做垂直運動，帶動工作裝置的刀桿做上下往復運動，刀桿上的刀排緊貼工作面切削和剝離土體，被切削和剝離的土體及切屑，由反循環(huán)排渣系統(tǒng)強行排出槽孔，作業(yè)中使用泥漿固壁，開槽機沿墻體軸線方向全斷面切削，不斷前移，從而形成一個連續(xù)規(guī)則的條形槽孔。液壓開槽機可以在各種土層中進行連續(xù)開槽作業(yè)，負載能力90160KN，最大成槽深度45，開槽寬度0.180.4，排渣粒徑小于8cm，一般地層開槽效率1314m2

14、/h。 圖314液壓開槽機造孔成墻工作原理圖1.鋸齒型刀排 2.地基 3.主機 4.刀桿 5.注滿泥漿的槽孔6.隔離體 7.漏斗導管 8.已澆混凝土（二）挖掘機具成槽 1修筑導向槽（1）導向槽的作用 1）導向作用2）定位作用3）泥漿保持作用4）孔口保護作用 （2）導向槽的形式圖315 導向槽的形式A.直板型 B.倒型 C.型 D.槽型2成槽機具挖掘成槽機具又稱挖槽機，有沖擊鉆機、抓斗式成槽機、回轉(zhuǎn)鉆機。（1）沖擊鉆機成槽常用的鉆頭有十字型鉆頭和空心鉆頭，適合于各種土質(zhì)情況作業(yè)。另外，配有接渣斗和撈渣筒等專用工具。布孔原則是，主孔孔徑等于墻厚，兩個主孔的中心距為2.5倍孔徑（邊到邊為1.5倍孔徑

15、），墻厚一般為6001200mm 圖316 CZ型沖擊鉆機造孔A. 鉆主孔 B. 劈打副孔1.主孔 2.副孔 3.孔內(nèi)注滿泥漿（2）抓斗式成槽機成槽液壓抓斗式成槽機比沖擊鉆機具有更大的適用性。它可以在堅硬的土壤與砂礫石中成槽，能挖出最大直徑m左右的石塊，成槽深度可達60。抓斗式成槽機成槽是一種與鉆機配合的先鉆后抓法，也叫兩鉆一抓法或鉆抓成槽法。 圖317 GDW3型抓斗式成槽機成槽1.行走支撐機構 2.主電機 3.支撐滑輪 4. 收放機構 5.沖抓挖斗（2）抓斗式成槽機成槽反循環(huán)鉆成孔是對砂士層較適宜的成孔方式，可鉆挖地下水位以下的厚細砂層。缺點：很難鉆挖比鉆頭吸泥口口徑大的卵石(15cm以上

16、)層；土層中地下水壓力較大或有流動狀態(tài)的水時，施工較困難；廢泥水處理量大，鉆挖出來的土砂中水分多，棄土影響環(huán)境。 二、泥漿固壁（一）泥漿的作用穩(wěn)固槽壁作用懸浮攜渣作用冷卻潤滑作用（二）泥漿固壁原理re泥漿密度r水密度r0土的密度rw土的飽和密度k土的側(cè)壓力系數(shù)三、混凝土灌注 地下連續(xù)墻是在泥漿下（或水下）灌注混凝土。泥漿下灌注混凝土的施工方法主要有剛性導管法和泵送法，可根據(jù)工程條件進行選擇。其中剛性導管法最為常用，要點是：泥漿下混凝土順豎向?qū)Ч芟侣?，利用導管隔離泥漿（或環(huán)境水），導管內(nèi)的混凝土依靠自重壓擠下部導管出口的混凝土，并在已灌入的混凝土體內(nèi)流動、擴散上升，最終置換出泥漿，保證混凝土的整

17、體性。 圖 混凝土導管灌注示意圖A.待澆 B.壓球 C.提升導管 D 灌注 A. B. C. D 圖 導管布置圖（單位：m）1導墻；2受料斗；3導管；4混凝土；5泥漿 灌注混凝土注意的問題(1)開灌前，先向?qū)Ч軆?nèi)放入一個能被泥漿浮起的隔水栓（球），開灌時先注少許水泥砂漿，緊接著注入混凝土，然后稍向上提升導管，同時要保證導管內(nèi)充滿混凝土并能在隔水栓（球）被擠出后，埋住導管底部 。(2) 灌注應連續(xù)進行，導管也需不斷提升，若因意外事故造成混凝土灌注中斷，中斷時間不得超過30min。灌注混凝土注意的問題 (3)混凝土面上升速度不應大于2m/h，導管埋深16，混凝土的坍落度為1822cm，擴散半徑為1

18、.52.0m 。R=5.15SVR混凝土擴散半徑，S混凝土塌落度，V混凝土澆筑上升速度，.經(jīng)驗系數(shù)灌注混凝土注意的問題（4）當達到距槽口4-5m時，由于導管內(nèi)混凝土壓力減小，混凝土擴散能力減弱，易發(fā)生堵管或夾泥漿層。此時應加強排漿與稀釋，同時抬高漏斗等措施。（5）混凝土澆筑結束后，槽頂應高于設標高50cm，以確保防滲墻的質(zhì)量。四、接頭處理鋸槽法造槽成墻，分隔槽段常采用隔離體法，隔離體有鋼性隔離體和土工布袋隔離體兩種。挖掘法造槽灌注地下連續(xù)墻，一般劃分為若干槽段進行灌注施工，相鄰兩槽段的銜接部分稱為接頭，常用的接頭方式有鉆鑿式和預留式兩種。 四、接頭處理（）套打一鉆法：一期槽孔混凝土灌注成型后，

19、在其端部套打部分成型混凝土，供二期槽孔內(nèi)灌注混凝土及接頭用。該法的特點是施工簡便，適用于各種地層，但工程量增加，接頭質(zhì)量不易保證。（）雙反弧法：雙反弧接頭是在兩鄰槽孔間留下約一鉆孔長度，待兩鄰槽孔間混凝土灌注成型后，從預留長度處，用雙反弧鉆頭鉆除四個角，孔內(nèi)灌注混凝土接頭。這種接頭適于一般粘土或砂礫石地層，孔深一般不超過40，若超過40時，必須有相應的措施。 四、接頭處理（）接頭管法施工方法是在一期槽孔兩端下入接頭管，待混凝土澆注后，拔出接頭管形成接頭孔，孔內(nèi)灌注混凝土。接頭管適用于各種地層，其深度根據(jù)起拔能力決定，一般用于孔深40以內(nèi)，墻厚0.60.8m的連續(xù)墻。 （）拉管法由接頭管衍生的接

20、頭形式，當孔深較大時全孔深的接頭管起拔困難，可在一期槽孔內(nèi)灌注時，在孔底1520范圍下接頭管，上部用鋼絲繩或細鋼管牽引，當灌注混凝土達初凝時，上提接頭管一段距離，再灌注混凝土，重復做到槽孔內(nèi)灌注滿混凝土，最后將管全部拔出形成接頭，供二期槽孔內(nèi)灌注混凝土用。第三節(jié) 土工膜施工技術一、概述目前，國內(nèi)外通常采用聚氯乙烯( PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)、氯化聚乙烯(CPE)等原料，制造土工合成材料，形成了八大系列產(chǎn)品，如土工織物、土工膜、土工網(wǎng)、土工格柵、土工席墊、土工織物模袋、土工復合材料及相關產(chǎn)品等。目前，國內(nèi)外堤壩滲流控制中所應用的土工合成材料，主要是相對不透水的土工膜和透水反濾的土工織物

21、。 1.特點土工膜用于壩基垂直防滲的施工技術簡稱為垂直鋪塑。由于塑料類土工膜具有優(yōu)良的物理力學性能，價格便宜，施工方便迅速，適應變形能力強，有良好的不透水性，其本身滲透系數(shù)一般小于 10-11cm/s；壽命長，在地下良好的保護狀態(tài)下，其工作壽命至少在30年以上。因而應用于許多水利工程。2.基本原理首先用鏈斗式或往復式開槽機，在需防滲的土體中垂直開出槽孔，并以泥漿穩(wěn)固槽壁，然后將與槽深相當?shù)木頎钔凉つは氯氩蹆?nèi)，倒轉(zhuǎn)軸卷，使土工膜展開，最后進行膜兩側(cè)的填土，即形成防滲帷幕?；靥顣r，先在槽底回填粘土，厚度不小于m，目的是密封接頭。接著回填與壩基土質(zhì)相同的土，待其下沉穩(wěn)定后，往槽內(nèi)繼續(xù)填土壓實，再將出槽后的土工膜與建筑物防滲體系妥善連接，并做好防止建筑物變形的構造。 圖 工程施工流程圖 二、垂直鋪塑防滲技術適應范圍 （1）透水層深度一般在12以內(nèi)。（2）透水層中大于5cm的土粒含量不超過10（以重量計），其少量大石塊的最大粒徑不超過15cm，或不超過開槽設備允許的尺寸。（3）透水層中的水位能滿足泥漿固壁的要求。（4）透水層底為符合防滲要求的巖石層或不透水層。（5）透水層中流砂夾層或純中粗砂段所占比例很少，不超過防滲深度的1/3，泥漿能夠固壁。三、下膜施工1下膜形式一是重力