斧子口水利樞紐大壩基礎處理

莫樹元

（廣西桂林市防洪排澇工程管理處，廣西 桂林 541002）

斧子口水利樞紐大壩基礎處理

莫樹元

（廣西桂林市防洪排澇工程管理處，廣西 桂林 541002）

介紹了桂林市斧子口水利樞紐的工程概況及壩址的工程地質情況，根據大壩基礎地質條件，提出了斧子口水利樞紐大壩基礎處理的目的和要求，論述了大壩基礎的處理方案。

基礎處理；固結灌漿；帷幕灌漿；混凝土塞；斧子口水利樞紐

1 工程概況[1]

斧子口水利樞紐是桂林市防洪及漓江補水樞紐工程之一，樞紐位于漓江上游干流陸洞河上。正常蓄水位267 m，總庫容l.88億m3，屬大（2）型水庫。斧子口水利樞紐由攔河壩和發(fā)電廠房等建筑物組成，攔河壩采用碾壓混凝土重力壩，壩頂高程271.5 m，最大壩高76.5 m，壩頂寬7 m。壩頂總長239 m，由左、右岸非溢流壩段和溢流壩段組成，其中左、右岸非溢流壩段分別長123 m和77 m，溢流壩段長39 m，從左到右共分9個壩塊。溢流壩段布置3個帶胸墻式表孔泄洪，表孔溢流堰采用實用堰，堰頂高程250.5 m，單孔孔口尺寸9 m×13 m。溢流壩下游采用底流消能方式，消力池長68 m（含尾坎），凈寬35 m，池底高程197.50 m，池深10.5 m，尾坎頂高程208 m。

工程于2011年12月開工，目前河床壩段的大壩基礎已基本開挖完成，現正進行大壩混凝土施工。

2 大壩基礎地質條件［1］

河床高程一般204.37～206.22 m ，漂卵礫石層厚0～2.8 m，基巖頂板高程203.16～211.30 m，一般缺失強風化帶，弱風化帶厚4.6～10.9 m。壩基巖體上游側為D11中厚～厚層細砂巖夾礫巖及少量泥質粉砂巖，基本上為微風化巖體，完整性較好；下游側為D12中厚～厚層細砂巖及泥質粉砂巖、粉砂巖，為微風化巖體，完整性較好。壩段上游發(fā)育一小正斷層F4，產狀為N35°E，SE 60°，走向大致與巖層走向平行，傾向下游，斷層帶寬1～30 cm，灰色、黃色斷層泥及巖石碎屑、糜棱巖充填，至壩軸線處埋深大于65 m，傾角較陡，對壩基穩(wěn)定影響不大。壩基巖層均傾向下游略偏左岸，傾角30°～36°，壩基巖體D12中分布有1層層間擠壓破碎帶（粉砂質泥巖），層厚約1 m，溶蝕小孔洞發(fā)育，巖體破碎，出露于壩段最下游側，必要時需采取工程措施進行處理。

左岸為山坡，覆蓋層為殘坡積層含碎石粉質粘土，層厚0～7.3 m，270 m高程以下厚度一般較薄，局部出露D12紫紅色泥質粉砂巖夾細砂巖、粉砂巖，強風化帶厚5.0～24.5 m，弱風化帶厚9.4～26.0 m。地基巖體為D12中厚～厚層細砂巖、泥質粉砂巖及粉砂巖，為弱風化巖體，屬中硬巖，完整性較好，左壩肩局部為強風化巖體，屬軟質巖。壩基巖層均傾向下游略偏左岸，傾角30°～40°，壩基巖體D12中分布有2層層間擠壓破碎帶（粉砂質泥巖），上、下兩層厚度分別為0.8和0.4 m，溶蝕小孔洞發(fā)育，巖體破碎，必要時需采取工程措施進行處理。此外還發(fā)育一泥化夾層（NJ51），寬0.2～1 cm，黃色粘土充填，對大壩抗滑穩(wěn)定有一定影響。

右岸覆蓋層厚0～1.5 m，局部出露D12紫紅色泥質粉砂巖夾細砂巖、粉砂巖，強風化帶厚0～9.7 m，弱風化帶厚10.9～48.0 m。建基面巖體為D12中厚～厚層細砂巖、泥質粉砂巖及粉砂巖，為弱風化巖體，屬中硬巖，完整性較好。壩基巖層均傾向下游略偏左岸，傾角30°～40°，壩基巖體D12中分布有2層層間擠壓破碎帶（粉砂質泥巖），層厚均約為1 m，溶蝕小孔洞發(fā)育，巖體破碎，必要時需采取工程措施進行處理。F5斷層位于壩線下游，在左、右岸壩線下游沖溝和右岸PD2平洞中出露，破碎帶寬0.6～3.0 m，由斷層角礫巖、壓碎巖、透鏡體組成，泥質膠結，物理力學性質差。在左岸斷層距壩線較遠，對壩基影響不大；右岸斷層與壩軸線相交，斜穿右壩肩，最有可能出露于7～8＃壩塊下游側、9＃壩塊中部及下游側，斷層及破碎帶寬2～3 m，對壩基穩(wěn)定有較大影響，需進行專門的加固和防滲處理。

正常蓄水位以下，分布有D12、D11層基巖，不存在明顯滲漏的巖性，D12位于兩岸壩肩，D11層分布于河床。屬中等透水的強風化巖體基本挖除，弱風化巖體屬中等～弱透水，微風化巖體屬弱透水，兩岸山體地形雄厚，不存在繞壩滲漏和向鄰谷滲漏問題，弱風化巖體及微風化巖體上部透水率稍大，存在滲漏問題。為防止庫水沿壩基滲漏，防滲帷幕線應進入相對隔水層3 Lu線以下5 m，兩岸封閉至庫水位以上。

3 大壩基礎處理的目的和要求

斧子口水利樞紐大壩基礎存在的主要缺陷為擠壓破碎帶、軟弱夾層、斷層破碎帶及溶蝕小孔洞等。由于大壩為碾壓混凝土重力壩，且最大壩高達76.5 m，屬于高壩，要求基礎落在微風化至弱風化中部基巖上，大壩對基礎要求比較高，因此需對大壩基礎進行處理。大壩基礎處理的主要目的是：通過對壩基缺陷的處理，提高大壩基礎的承載力和抗?jié)B性，使大壩基礎的抗?jié)B性達到規(guī)范對壩基滲透穩(wěn)定的要求；增強大壩基礎的整體性、均勻性和剛度，以更好的滿足大壩抗滑穩(wěn)定的要求和減少不均勻沉降；同時可以減小壩底和基巖內的揚壓力。

4 大壩基礎處理方案

根據斧子口水利樞紐大壩基礎地質條件及大壩對基礎的要求，進行壩基處理的主要內容為灌漿和斷層（破碎帶）處理。

4.1 灌漿

灌漿包括固結灌漿和帷幕灌漿。

4.1.1 固結灌漿

壩基固結灌漿可增強基巖的整體性，減少不均勻變形，提高基巖的變形模量，并可補強開挖爆破和地基卸荷回彈造成的基巖損傷和巖體卸荷，降低基巖的滲透性。

壩基固結灌漿范圍為上游區(qū)不小于0.1倍壩高，下游區(qū)不小于0.15倍壩高。重力壩設計規(guī)范規(guī)定：固結灌漿孔的孔距、排距可采用3～4 m，或根據開挖后的地質條件由灌漿試驗確定；固結灌漿深度應根據壩高和開挖以后的地質條件確定，可采用5～8 m；斷層破碎帶及其兩側影響帶或其他地質缺陷應加強固結灌漿。根據各壩段壩高和壩基地質條件情況，將大壩固結灌漿分3種：只存在層間擠壓破碎帶地質條件較好的左岸非溢流壩段（1#～5#壩塊）壩基上游區(qū)、下游區(qū)和壩基中部的灌漿深度均為3 m，灌漿孔距、排距為4 m×4 m；壩高最高且可能受F5斷層破碎帶影響的6#、7#壩塊壩基下游區(qū)灌漿深度均為5 m，灌漿孔距、排距為3 m×3 m；6#、7#壩塊壩基上游區(qū)和F5斷層破碎帶穿過的8#、9#壩塊壩基灌漿深度均為8 m，灌漿孔距、排距為3 m×3 m。實際開挖后可根據基巖裂隙發(fā)育情況調整孔距及孔深，斷層及軟弱夾層部位固結灌漿深度采用5～10 m，孔距3 m。固結灌漿剖面圖如圖1所示。

圖1 固結灌漿剖面圖

固結灌漿孔基巖段深度小于6 m時，可采用全孔一次灌漿法；大于6 m時，可選用自上而下分段灌漿法、自下而上分段灌漿法、綜合分段灌漿法或孔口封閉灌漿法，并應得到設計、監(jiān)理單位的認可。

固結灌漿宜在有混凝土覆蓋的情況下進行，鉆孔灌漿必須在相應部位的混凝土達到50%設計強度后方可開始。河床壩段壩塊在澆筑1 m厚常態(tài)混凝土墊層后進行固結灌漿，采用無蓋重灌漿，固結灌漿壓力可采用0.2～0.4 MPa；其他岸坡壩段的固結灌漿可以結合壩體碾壓混凝土施工進行，混凝土蓋重平均厚度按4 m考慮，施工過程中可根據實際施工進展情況調整混凝土蓋重厚度，但需經監(jiān)理工程師和設計單位同意方可進行，本部位采用有蓋重灌漿，灌漿壓力可采用0.4～0.7 MPa。灌漿壓力需根據現場試驗選定的施工參數進行調整。

壩基固結灌漿前，應選擇與大壩基礎巖石條件相似的地區(qū)進行灌漿試驗，通過試驗選定灌漿的施工參數，固結灌漿施工工藝及參數可依開挖揭露地質情況及固結灌漿試驗而調整。壩基固結灌漿孔離伸縮縫或結構邊緣的距離最小為1 m，不足時孔位需根據現場實際情況調整。

4.1.2 帷幕灌漿

壩基的帷幕灌漿是把水泥漿通過鉆孔灌入巖石的裂隙中，形成一道帷幕，其主要作用為：可以減小壩基和繞壩滲漏，防止?jié)B漏水流對壩基及兩岸邊坡穩(wěn)定產生不利影響；在帷幕和壩基排水的共同作用下，使壩基揚壓力和壩基滲漏量降至允許值以內。

根據壩址區(qū)水文地質情況，防滲帷幕設主、副共兩排，排距1 m，孔距2 m。主帷幕灌漿范圍為樁號壩0-044～壩0+289 m，總長333 m；副帷幕灌漿范圍為樁號壩0+202～壩0+289 m，總長87 m。由于本工程壩基下存在可靠的相對不透水層，且埋深較淺，因此防滲主帷幕采用封閉式帷幕：壩高大于50 m時，防滲主帷幕伸入透水率為3 Lu的相對隔水層以下5 m，壩高小于50 m時，防滲主帷幕伸入透水率為5 Lu的相對隔水層以下5 m。左、右兩岸壩頭部位的防滲主帷幕從壩頭往兩岸的山體內延伸至相對隔水層處，與壩基的防滲主帷幕形成一道封閉的防滲體系。左壩頭防滲主帷幕沿壩軸線向山體延伸37 m，右壩頭防滲主帷幕向山體延伸45 m。左、右壩頭各設一條灌漿平洞，分別長37 m和45 m，城門洞形，斷面尺寸為3 m×3.5 m。防滲副帷幕布置在右岸主帷幕的下游側，副帷幕灌漿深度達到3 Lu或5 Lu的相對隔水層即可。帷幕灌漿剖面圖如圖2所示。

圖2 帷幕灌漿剖面圖

帷幕灌漿段長度可采用5～6 m，特殊情況下可適當縮減或加長，一般不得大于10 m，壩體混凝土和基巖的接觸段應先行單獨灌漿并應待凝，接觸段在巖石中的長度不得大于2 m。帷幕灌漿壓力應通過試驗確定，在帷幕孔第1段取1.0～1.5倍壩前靜水頭，以下各段可逐漸增加，孔底段可取2～3倍壩前靜水頭但灌漿時不得抬動壩體混凝土和壩基巖體，河床壩段灌漿壓力可取1.5～2 MPa，兩岸壩段灌漿壓力可取1.0～1.5 MPa，兩岸灌漿平洞內灌漿壓力可取0.3～1.5 MPa，灌漿壓力需根據現場試驗選定的施工參數進行調整。

壩基帷幕灌漿前，應進行帷幕灌漿試驗，通過試驗選定灌漿的施工參數。灌漿施工需嚴格按照施工規(guī)范進行，同一地段的基礎灌漿應在固結灌漿并經檢查合格后才能進行帷幕灌漿。主副帷幕灌漿均分為三序進行，先進行主帷幕灌漿，再進行副帷幕灌漿。灌漿施工過程中應加強周邊廊道和巖體的安全檢測，以免灌漿壓力太大而破壞，同時還應注意在鉆基礎帷幕灌漿孔的時候避免打斷底板的鋼筋。

4.2 斷層（破碎帶）處理

根據壩基地質情況對左岸、右岸的泥化夾層、破碎帶以及右岸F5、f5斷層與破碎帶相互切割的區(qū)域，進行局部深挖并回填混凝土塞進行處理，底部固結灌漿深度加深至10 m，灌漿孔距3 m。對于壩基下的軟弱夾層，通過深層抗滑穩(wěn)定驗算，對大壩的抗滑穩(wěn)定影響較小，不需采取特別的處理措施，因此對壩基下的軟弱夾層采用局部深挖，再回填混凝土塞進行處理，同時對壩基進行固結灌漿。混凝土塞的深度采用1.5倍斷層破碎帶的寬度。

在斷層破碎帶或軟弱夾層與防滲帷幕相交處，加深帷幕灌漿深度至斷層破碎帶或軟弱夾層以下（4）安全凈距校驗方面。通過三維空間測距、硬碰撞模擬帶電距離空間、軟碰撞模擬帶電距離空間的方法進行三維安全凈距校驗，克服了二維圖紙和設計人員個人思維局限性，不需畫斷面圖即可校驗任意點的帶點距離，而當需要進行帶電距離校驗的位置為空間上的直線或曲線時，二維圖紙無法準確的測量距離，而三維設計可直接測量，可有效地避免因安全凈距不滿足規(guī)范要求而造成的設計失誤。

（5）碰撞檢查方面。對于傳統的二維設計模式，各專業(yè)負責各自的設計范疇，極易發(fā)生溝通不到位，或考慮不周全而導致碰撞問題的發(fā)生。通過對三維圖元進行碰撞檢查，可最大限度地減少各專業(yè)之間設計成果的碰撞沖突，并可降低設計變更及設代成本，減少了各專業(yè)間會簽的程序，極大地提高了設計效率。

三維設計模塊豐富完善三維設計的功能，更加突出三維設計可視化、數字化、智能化的優(yōu)勢，有利于提升設計質量和設計工作的效率。

[1] 李穎瑾.三維設計在變電站中的應用探討論研究[J].中國電業(yè)（技術版），2012（04）:32-34.

（責任編輯：劉征湛）

Application of 3D-aided design module in substation project

LI Jun-lin
（Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

During design of BenguelaSu 220kV substation Project in Republic of Angola,on the basis of engineer?ing data base and 3D model,3D-aided design module was adopted to further improve and optimize the conductor,earthing and lightning protection system,and to check collision between equipment and structures according to rele?vant specifications.

Aided design module;3D model;BenguelaSu 220 kV substation

TV543

B

1003-1510（2016）01-0043-03

2015-00-00

莫樹元（1965-），男，廣西興安人，廣西桂林市防洪排澇工程管理處工程師，主要從事水利水電工程建設及管理工作。