土卡河大壩局部壩基不良地質(zhì)的處理

甘　毅

摘要：本文介紹了土卡河水電站大壩的工程概況，分析了大壩局部壩基不良地質(zhì)的處理方案，并提出施工方法。

關(guān)鍵詞：大壩；施工

1 工程概況

土卡河水電站位于云南省思茅市江城縣和紅河州綠春縣之間的界河李仙江上，是李仙江流域開發(fā)七個(gè)梯級電站中的最末一級。大壩位于左岸為混凝土重力壩，壩頂高程372m，最大壩高59.2m。

壩址地層主要為二疊系棲霞組砂質(zhì)頁巖、石英砂巖或三種巖性互層。第四系覆蓋層主要為河流沖積物和坡積物。左岸及河床以砂質(zhì)頁巖為主，右岸邊坡部位以石英砂巖及石英粉細(xì)砂巖為主，第四系堆積物分布于河床及兩岸邊坡處。

2008年2月在大壩局部壩基（壩下0+35～0+55，壩左0+36～0+65）發(fā)現(xiàn)3條規(guī)模較大的斷層，斷層主要走向NWW向，傾角以50°以上為主，破碎帶寬度30～50cm。巖層中夾泥層比較發(fā)育，主要順層分布，局部有切層現(xiàn)象。夾泥層厚度1～3cm，主要為層間剪切錯(cuò)動(dòng)形成的泥化結(jié)構(gòu)面。若不做處理將危及大壩安全運(yùn)行。

2 處理方案的選擇

通常壩基處理措施有：風(fēng)化破碎巖石的挖除、基坑形狀的控制、固結(jié)灌漿、接觸灌漿、防滲帷幕、壩基排水、斷層破碎帶與軟弱夾層的處理（包括用混凝土置換等）以及用預(yù)應(yīng)力加固基巖等。

根據(jù)壩址地質(zhì)條件和基巖的物理力學(xué)性質(zhì)，綜合考慮壩體和地基之間的相互關(guān)系（包括壩軸線的位置、壩體形狀與構(gòu)造等）、泄洪建筑物的布置、施工技術(shù)等因素，同時(shí)評價(jià)安全性、經(jīng)濟(jì)性、有效性指標(biāo)后，決定采用風(fēng)化破碎巖石的挖除→斷層破碎帶與軟弱夾層的處理→固結(jié)灌漿→預(yù)應(yīng)力錨索加固基巖綜合處理方案。

3 施工方法

3.1 風(fēng)化破碎巖石的挖除：

測量放樣，標(biāo)識出開挖范圍和位置，開挖采用1.6m3反鏟直接進(jìn)行挖裝，15t自卸汽車運(yùn)輸出渣。有地下水涌入時(shí)先挖集水坑或截水溝，待水位抽下后再清除覆蓋層及風(fēng)化破碎巖石。

3.2 斷層破碎帶與軟弱夾層的處理：先采用人工清理，將其撬挖、刷洗干凈；再沿?cái)鄬悠扑閹c軟弱夾層布設(shè)分布限裂鋼筋網(wǎng)，雙向間距為20cm，主筋（Φ25mm）盡量垂直破碎帶走向，分布筋（Φ20mm）隨坡就勢布置。鋼筋網(wǎng)之間的連接采用焊接搭接，搭接長度不小于10d，或采用綁扎搭接，搭接長度不小于35d；2m厚混凝土澆筑：立模緊固后澆筑混凝土，采用通倉平層澆筑，鋼筋密集區(qū)用 Φ50軟軸振搗器振搗密實(shí)。模板邊緣采取二次復(fù)振措施，保證混凝土內(nèi)實(shí)外光。

3.3 固結(jié)灌漿

施工程序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→鉆物探孔、抬動(dòng)觀測孔→灌前測試→鉆灌Ⅰ、Ⅱ序孔→鉆檢查孔、灌后測試→封孔；

工藝流程：測量放點(diǎn)→鉆物探孔→灌前物探測試→鉆抬動(dòng)觀測孔→抬動(dòng)觀測裝置安裝→鉆Ⅰ、Ⅱ序孔→裂隙沖洗簡易壓水→壓水實(shí)驗(yàn)→封孔→檢查壓水聲波測試；

鉆孔：固結(jié)灌漿孔按梅花型布置，孔排距3m，孔深3m，采用QZJ-100型潛孔鉆機(jī)鉆孔、分序加密法施工；

沖孔：鉆孔終孔后，用風(fēng)、水輪換洗孔；

壓力試驗(yàn)：灌前按總孔數(shù)10%的孔做簡易壓水試驗(yàn)；檢查孔按單點(diǎn)法做壓水試驗(yàn)；

灌漿材料：采用425號、細(xì)度為通過80μm方孔篩篩余量不大于5%的普通硅酸鹽水泥；

灌漿：采用單孔灌漿，Ⅰ序孔0.2MPa,Ⅱ序孔0.3MPa；水灰比1：0.4～0.5；

結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)吸漿量單孔≤0.4L/min，連續(xù)灌注30min后結(jié)束；

3.4 預(yù)應(yīng)力錨索加固基巖

施工程序?yàn)椋恒@孔→安裝錨墊板→澆筑外錨墩→錨索安裝→錨固段注漿→張拉自由段→注漿→孔口防護(hù)處理。

鉆孔。設(shè)計(jì)孔深30m，斜孔偏向上游15°傾角，采用GYQ-100快速鉆和MGJ-50錨桿鉆造孔，開孔直徑為140mm；鉆孔施工過程中，按孔深對返水量情況及巖石破碎情況等作好記錄，并按鉆孔進(jìn)尺每5m進(jìn)行一次孔向測量，若發(fā)現(xiàn)孔向發(fā)生偏差且不大于1.5度，及時(shí)糾正并進(jìn)行調(diào)整；鉆孔及孔壁上附著的粉塵、泥屑時(shí)，使用高壓空氣或水進(jìn)行徹底清洗，并待鉆孔完成并清洗干凈后，對孔口進(jìn)行暫時(shí)封堵，使碎屑、雜物不得進(jìn)入孔口。

錨索孔質(zhì)量缺陷處理。內(nèi)錨固段（一次注漿段）應(yīng)確保設(shè)在較新鮮完整的巖體中，當(dāng)根據(jù)取芯檢查不能認(rèn)定內(nèi)錨固段的巖體完整性時(shí)，采用預(yù)注砂漿方式進(jìn)行處理；當(dāng)砂漿待凝并有一定的強(qiáng)度時(shí)，然后掃孔取砂漿芯樣檢查，當(dāng)取出的完整砂漿芯樣長度大于或等于7.5m時(shí)，即可認(rèn)為內(nèi)錨固段裂隙已被封堵。預(yù)注砂漿的配比與一次注漿段的砂漿配比相同，預(yù)注砂漿量的大小，可根據(jù)內(nèi)錨固段巖體節(jié)理裂隙發(fā)育情況分析確定，一般情況下，可取1.2~1.5倍的內(nèi)錨固段理論注漿量。

當(dāng)內(nèi)錨固段遇不良地質(zhì)條件（如斷層、較發(fā)育的節(jié)理裂隙等）時(shí)，一般情況下采用加深錨索孔深度予以避開，對不具備加深孔深的條件或不適宜繼續(xù)加深孔深時(shí)，適當(dāng)減小孔深避開。

當(dāng)錨索孔內(nèi)錨固段節(jié)理裂隙發(fā)育，前述方法不能有效處理時(shí)，內(nèi)錨段可采用高壓固結(jié)灌漿加固處理，以提高內(nèi)錨段巖體的完整性和強(qiáng)度。

預(yù)應(yīng)力錨索的組裝。設(shè)計(jì)采用1500KN級預(yù)應(yīng)力錨索，由10根φ15.2鋼絞線組裝而成，組裝前對鋼絞線進(jìn)行檢查、下料及隔離處理。鋼絞線的外觀不得有死彎、明顯刻痕、松絲散絲等缺陷，若有上述情況應(yīng)截?cái)嗖挥?，對存在局部銹蝕的鋼絞線也不得使用。

將檢查合格的鋼絞線按“孔深+外錨墩高+千斤工作長度+工具錨高+0.3米”的長度進(jìn)行截取，截?cái)鄷r(shí)使用砂輪機(jī)切割。

把鋼絞線理順放齊，同時(shí)將兩根注漿PVC軟管并排放置，其中一根較鋼絞線短0.5M，另一根較鋼絞線短12M。組裝過程中應(yīng)檢查注漿管是否破裂，如破裂及時(shí)進(jìn)行更換。鋼絞線圍著注漿管捆扎。

在張拉段與內(nèi)錨固段的交接處用鉛絲捆牢，內(nèi)錨固段每隔1.0M放置一對支架，在內(nèi)錨固段端頭安裝上導(dǎo)向帽，使整個(gè)內(nèi)錨固段呈棗核狀。

預(yù)應(yīng)力錨索的安裝。錨索孔造孔驗(yàn)收合格后，為防止塌孔立即進(jìn)行錨索安裝。錨索推送在搭設(shè)牢固的腳手架上進(jìn)行，采用人工運(yùn)輸和安裝；當(dāng)推送受阻，立即拉出已推送入孔的錨索并進(jìn)行掃孔后，再行就位。

外錨墩施工。外錨墩混凝土澆筑前，應(yīng)先清除孔口周圍及建基面上的碎石及泥土，然后綁扎鋼筋、立模，并同時(shí)安裝向筋、定位管及固定錨墊板。錨墊板可作為外錨墩端面模板固定在定位管端部，錨墊板必須與定位管軸線垂直。

外錨墩采用早強(qiáng)混凝土澆筑，強(qiáng)度等級：C30。澆筑時(shí)應(yīng)加強(qiáng)振搗，以確?；炷恋木鶆蛎軐?shí)，并注意養(yǎng)護(hù)，一般澆筑12小時(shí)后即可拆模。

注漿。錨索內(nèi)錨固段注漿在錨索孔質(zhì)量缺陷處理完畢，錨索推送就位后，可進(jìn)行內(nèi)錨固段注漿，即一次注漿。內(nèi)錨固段水泥砂漿強(qiáng)度等級C35。水泥采用普通硅酸鹽水泥，水灰比為1：0.4。

錨索自由段注漿在錨索張拉完畢并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后，進(jìn)行自由段注漿，即二次注漿。自由段水泥砂漿強(qiáng)度等級C30。要求注漿至錨索孔口返漿為止，以保證自由段注漿飽滿、密實(shí)，達(dá)到保護(hù)錨索體的目的。

為防止堵管，水泥和砂都應(yīng)過篩。篩孔孔徑為2.5-3mm。配制漿體時(shí)，各種摻入材料的比例按重量嚴(yán)格計(jì)量；灰漿攪拌必須使用機(jī)械進(jìn)行強(qiáng)制拌合，攪拌時(shí)間取決于攪拌機(jī)的類型，但最低不應(yīng)少于2min；漿液要隨拌隨用，超過初凝時(shí)間的漿液要廢棄。

張拉。當(dāng)內(nèi)錨固段砂漿和外錨墩混凝土均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可進(jìn)行錨索張拉。張拉千頂?shù)妮S線必須與錨索軸線一致，錨環(huán)、夾片和錨索體張拉部分不得有泥砂、銹蝕層或其它污物。

錨索整體張拉前，先進(jìn)行單股鋼絞線的預(yù)張拉，單股鋼絞線的最大預(yù)張拉力取單股鋼絞線設(shè)計(jì)張拉力的10%。預(yù)張拉按兩級進(jìn)行，每級一個(gè)循環(huán)，共兩個(gè)循環(huán)。

索張拉時(shí)，加載速率平緩，速率宜控制在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力什的0.1/min左右。卸荷載速率宜控制在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力什的0.2/min。

錨索整體張拉共分三級進(jìn)行，第一級張拉力為600KN。第二級張拉力為1200KN，第三級張拉力為1725KN，當(dāng)達(dá)到各級張拉力時(shí)，均持荷5min。當(dāng)?shù)谌墢埨Ψ€(wěn)定后，鎖定錨索。

錨索張拉錨定后，應(yīng)對孔口部位的錨索及外錨頭進(jìn)行保護(hù)。采用C30砼進(jìn)行封堵，水泥采用低熱微膨脹水泥。

結(jié)語

土卡河大壩局部不良壩基處理于2008年4月底完工，期間經(jīng)歷了2008年汛期洪水的考驗(yàn)，目前大壩已投入商業(yè)運(yùn)行，安全監(jiān)測數(shù)據(jù)表明大壩未發(fā)生位移。