汾河二库大坝基础加固及其深层抗滑稳定性分析

汾河二库大坝基础加固及其深层抗滑稳定性分析

林宗禹,任力强

(水利部山西水利水电勘测设计研究院,山西太原　030024)

　汾河二库;大坝;基础处理;稳定计算;稳定性评价

中图分类号:TV223121(225)　　　　文献标识码:B　　　　文章编号:100020860(2007)0520029203

1　工程概况

汾河二库位于太原市北郊区,是汾河上游干流上

一座以防洪和供水为主并兼有发电、旅游等综合效益的大型水利枢纽工程。水库建成后,可使流经太原市区的汾河河道设计防洪标准,由原来20年一遇提高到100年一遇,并可向太原市年增供水量0144亿m

3

岩,岩性坚硬,岩体完整性较好。

坝址主要有4组节理,其中最发育的①组,产状290°～305°/NE∠84°,延伸长,开裂宽度1～10mm,

最宽20mm,方解石充填胶结良好,节理多呈束状分布,束内节理间距5～20cm;②组节理,产状5～20°/SE∠75～80°为无充填的张性节理。

河床坝基岩体强风化厚度一般为015～115m,局部可达4m,两坝肩强风化层厚度一般为015～018m。河床坝基岩体中发育有3个卸荷回弹顺层破碎张裂面,在齿槽上游左侧高程分别为82517m(LZ6)、82816m(LZ3)、83014m(LZ1),张裂面宽1～3m,上、下盘岩石风化厚度10～20cm,呈棕黄色,充填原生薄片状碎石和岩屑,部分为岩屑夹泥或次生粉土、白云砂岩,裂隙充填不良。河床坝基发育有两条缓倾小断层(也称缓倾挤压破碎带):f1揭露于坝基偏左,桩号0+094～0+130处,发育于薄层条带白云岩和中厚层结晶白云岩中,其产状为46°/SE∠7°～10°,破碎宽度011～019m,充填原生碎石、岩屑和

城市用水。枢纽工程中的拦河大坝为全断面碾压混凝土重力坝,坝顶高程91210m,最大坝高88m。坝基开挖过程中,在上覆26～28m砂卵石层被挖除后,通过探井、岩芯取样及超声波测试孔等资料分析,发现坝基有缓倾挤压破碎带和卸荷回弹顺层破碎张裂面,从而降低了大坝的抗滑稳定性。鉴此,必须对坝基采取旨在提高稳定性的工程措施,并对控制大坝的坝基深层抗滑稳定进行核算和评价。

2　坝基工程地质条件

坝址位于悬泉寺短轴倾斜背斜西翼,岩层向上游倾斜,产状为NW315°/SW∠3～5°,岩层走向与坝轴线方向近于平行。河床坝基为上寒武地层,两岸为下奥陶地层。原河床面高程为85517m左右,下覆26～28m厚近代河流冲积层。坝基岩石上部为凤山组(∈3f-1),划分为三层:第一层(∈3f-1-1)为灰

错动夹泥、次生粉土,部分半充填,形成架空结构,在高程82410m以上,沿破碎带形成囊状强风化;f2揭露于桩号0+075,高程82410m左右,发育于中厚层结晶白云岩中,与f1大体平行,缓倾右岸,深入齿槽底面之下,该带的规模不及f1,宽度1～5cm,主要由片状碎石和碎屑夹泥组成,上盘岩体溶蚀张裂。

近坝基上、下游有斜穿河谷的F9、F10断层。其中F10断层紧临左河床坝段坝趾,其产状为300°～310°/SW∠75°～80°,追踪①组节理发育,断层带

色中厚层白云岩,岩性坚硬、均一、性脆,单层厚

015m左右,厚度1～113m;第二层(∈3f-1-2)为深灰色薄层条带白云岩,单层厚1～2cm,岩性较坚硬,易沿层面开裂成薄片,风化后颜色为灰黄色,厚度418～512m;第三层(∈3f-1-3)为深灰色中厚层结晶白云岩,岩性坚硬、性脆,单层厚015m左右,厚度3013m。

坝肩岩体大部分为冶理组和亮甲山组中厚层白云

WaterResourcesandHydropowerEngineeringVol138No15

　　　　　　　　　　收稿日期:2007203202

作者简介:林宗禹,男,教授级高级工程师,原副总工程师。

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林宗禹,等∥汾河二库大坝基础加固及其深层抗滑稳定性分析

总宽度为6～10m,在此带中主要有大体平行的4条10～50cm的小断层带组成的一个断层束,每一个小断层带的上游盘相对下游盘错动10～30cm,带间分布产状355°/NE∠84°。分支断层间距2m,这些小断层带由灰黄、棕黄色断层泥、泥夹角砾岩组成,带与带之间岩体破碎,呈强风化残积土,影响带宽3～6m。

此外,为增强大坝的整体抗滑能力,根据坝址地形特点,将坝体下部1/3高度做成整体坝,即对高程85710m以下的坝体横缝(溢流表孔坝段两侧0+09912及0+14712两条横缝)进行并缝灌浆,施工中缝面埋设灌浆管路系统,并设有齿槽。

4　大坝抗滑稳定复核计算

主要对控制大坝抗滑稳定的坝基薄弱层面进行复核计算。

411　抗滑稳定计算的边界条件

3　大坝基础处理

河床坝段长117m(桩号0+068～0+185),基岩

面高程约为83010m左右,坝基开挖后,建基面高程82810m左右,建基面总体看属层状结构,弱风化,中部Ⅲ类岩体。坝基除进行固结灌浆外,主要采取以下处理措施。311　坝基下游侧设齿槽

左河床坝基岩石较软弱,且发育有缓倾挤压破碎带及顺层卸荷回弹张裂面,为提高大坝抗滑稳定性,在左河床桩号0+073～0+14712,坝基段下游侧增设齿槽,槽底宽2510m,深入张裂面LZ6以下2m左右,底高程82410～82415m,齿槽底置于∈3f-1-3中厚层结晶白云岩。根据坝基倾向上游的缓倾薄弱层面的形态,在坝基下游侧设置齿墙可减少基岩开挖量。结合下游F10断层的处理,可增强下游岩体的抗力作用。同时,在水库高水位蓄水运行后,由于下游侧坝基应力较大,也能更好地发挥齿槽底面以下厚层结晶白云岩的抗滑能力强的优势。

从坝基开挖揭露的岩性看,右河床坝基岩体及构造形状均较左岸坝基岩体好,为减少坝基岩石开挖,尽快进行大坝混凝土浇筑,右河床坝基段未做齿墙,局部风化破碎岩体要求予以清除。312　对F10断层进行挖除并回填混凝土为发挥下游岩体的抗力作用,对紧临左岸坝基下游的F10断层(桩号0+072～0+120)的断层带岩体进行挖除并回填C15混凝土,断层带清除至高程82410m。313　对F10断层带进行固结灌浆

为提高F10断层带岩石的整体性,增强岩体的抗力作用,对河床段F10断层进行固结灌浆,共布置7排,孔排距均为3m,孔底深入至高程81915m。314　坝基固结灌浆孔内插入钢筋束

在坝基固结孔内插入用3<25钢筋点焊成的钢筋束,在齿槽部位的钢筋束长315m,其他部位为7m长,固结灌浆孔孔径90mm,灌浆完成后,孔内灌注M30水泥沙浆。

30

大坝坝轴线走向为NW314°42′42″,岩层走向NW315°,倾角SW∠3°～5°。坝基发育的①、②组高倾角节理,可构成坝基上游拉裂面。坝基岩石中发育的f1缓倾挤压破碎带及LZ3、LZ6卸荷回弹顺层张裂面均可构成坝基深层滑动面,而以LZ6最为不利。大坝河床中部设有净宽36m的溢流表孔段,在其两侧各布置两孔泄流底孔,出口断面尺寸为518m×6m。根据水工模型实验,底孔在宣泄设计洪水时,挑距65m,冲坑底高程84010m。表孔在宣泄设计洪水时,挑距5214m,冲坑底高程84111m。当底孔、表孔全部开启下泄校核流量洪水时,冲坑最深处在坝址下游120m处,坑底高程83310m左右。总体来看,在宣泄大洪水时,形成的冲坑远离坝址,而泄小流量洪水时,冲坑距坝址较近,但坑也较浅,因此,对大坝稳定影响不大。

对于左岸f10已挖除且又回填混凝土,并对断层进行固结灌浆的坝段,在抗滑稳定计算中,考虑下游岩体的抗力作用,其他未处理坝段,按压缩空间考虑。412　岩石力学参数

曾委托中国科学院地质研究所,在坝基固结灌浆后对大坝基岩进行现场大孔径取芯样做物理力学试验,对结构面做了中型抗剪及复位抗剪试验,提出的岩石力学参数作为复核坝基深层抗滑稳定的主要依据。

413　计算成果

对于左岸考虑抗力作用的坝段,按双斜滑动面分析计算,以等稳定系数法计算的成果为主要依据,同时对被动抗力法也作了计算。对于其他坝段按单斜滑动面的抗剪断公式进行核算。计算结果列于表1。

5　大坝抗滑稳定性评价

(1)对大坝沿坝基薄弱层面的抗滑稳定分析计算

表明,其抗滑稳定安全系数一般接近或略高于国内类

(下转第33页)

水利水电技术　第38卷　2007年第5期

樊建锋∥格宾网在汾河太原城区段治理美化二期工程中的应用

具备更好的安全稳定性,对地基承载力要求不高,降

低地基处理费用;(2)采用双绞六边形柔韧结构,不易断裂;(3)格宾网采用热镀锌钢丝,具有耐久性,外涂PE树脂,还具有抗腐蚀性;(4)抗冲刷能力较强,能承受最大水流速可达6m/s;(5)能有效地抵抗地震的冲击力;(6)格宾结构具有透水性特点,可将土中水分有效排出,能有效解决孔隙水压力带来的不利影响;(7)块石间的孔隙被土填充后,有利于自然植物的生长,具有美化环境,改善生态,还可以作为观光景点,具有环境保护作用;(8)导入了生态环境的理论,能有效减小对环境的不利影响;(9)施工简便,蜂巢格宾网箱体可按设计意图,工厂化生产制作半成品,施工现场则按设计图进行组装定型,铺成护坡或砌垒成箱笼挡土墙,操作简便、受气候干扰小,且适宜于机械化操作,既可保证施工质量又可加快工程进度;(10)可以充分利用当地建材资源,降低工程造价;(11)能解决冬季北方地区蓄水后的冰冻问题。

有两种,一种是连续缠绕,另一种是按一定间距绑扎,绑扎间距一般为200～300mm,可根据设计要求选择绑扎方式。

(3)将组装好的笼体安装在所需的位置上,并与相邻的笼体绑扎连接,将准备好的石块或卵石填入笼中,要作适当的码排,以达到较高的密实度,石块直径一般须大于网目的两倍,石块要选用抗风化能力强的石料。用拉筋来保持笼体形状的规整,拉筋间距一般在300mm左右。

(4)石块填充完毕后,盖上笼盖,整齐笼子边缘,并绑扎连接,如采用分体式笼盖,则需等全部笼子填充后再铺设笼盖,并沿笼体和隔片边缘依次绑扎,可根据情况对笼体进行覆土绿化。

5　结　语

由于格宾网在太原市第一次引进和实施,在技术和施工方法上还有不完善的地方,有待于在以后的设计和施工实施过程中改进和完善,工程上达到技术可行、经济合理。格宾网防护以其透水性和表面可绿化性,使格宾网在水土保持、环境保护、水利工程、公路铁路工程、治理山体滑坡或产生泥石流等防护工程中都有很好的应用前景。在施工过程中建议进一步收集第一手资料,在不断改进施工工艺和技术参数的情况下,取得更好的整治效果。

(责任编辑　林雁庆)

4　格宾笼的组装施工格宾笼和护垫一般是折叠后数件捆扎运到施工现场。笼盖可分为分体式和连体式两种方式。

(1)将每一组石笼或护垫在施工点附近的平整场地上打开,整平折叠的部位,并应避免损伤笼体和网线表面保护层;

(2)用绑丝将笼体组装成矩形状,绑扎方法一般

(上接第30页)

表1　大坝沿坝基软弱层面抗滑稳定安全系数

断　　　　　　面

荷载组合

0+073

K′1

K′2

0+086140+170160+12312

K′

0+160

K

K′

0+175

K

K′

K′K′K′K′1212

向结构面并不太发育,两侧坝段

的基岩侧面尚可提供相当的抗剪断力。实际上根据计算,当两侧坝段基岩侧面提供3117kPa抗剪断力时,即可达到现行《混凝土重力坝设计规范》规定的安全系数。

(3)在坝基抗滑稳定分析中,诸如在固结灌浆孔中插入钢筋束、在坝体下部1/3高度

基正常蓄水位本设计洪水位

31163116

2191223153169311821912231531693117218031093135316231122181133138316331072168317331093132186

21492150214521412122

11331135112711251117

31623162314131523118

11231125111911161111

313313331163122196

校核洪水位3101

校

坝基排水部分失效3107核

地　　震2185

);K′　注:K用抗剪强度公式计算;K′采用单1采用被动抗力法(计C′2采用等稳定系数法(计C);K′斜滑动面抗剪断强度公式计算。

似工程普遍采用的安全系数值。从一个方面也说明根据坝基工程地质条件采取的坝基处理措施是必要的,也是较为合理的。

(2)个别断面如0+12312计算的抗滑稳定安全系数,虽然较低,但其代表的坝段只有15m,而坝基顺河

水利水电技术　第38卷　2007年第5期

以下做成整体坝等旨在提高大

坝抗滑稳定性的工程措施在计

算中均未予以反映,但它仍不失为一定的抗滑稳定安全储备。

由此,总体评价大坝在设计条件下,坝体处于抗滑稳定状态。

(责任编辑　陈小敏)

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