重力壩的地基處理

1、重力壩的地基處理教學(xué)文本水工建筑物教學(xué)資源庫(kù)項(xiàng)目組編寫2014 年年 9 月月目錄目錄1.教案計(jì)劃表.- 1 -2.2.教學(xué)實(shí)施教學(xué)實(shí)施 .- - 2 2 - -【步驟 1】復(fù)習(xí)鞏固和引入新課.- 2 -【步驟 2】課程介紹及知識(shí)講授.- 2 -【步驟 3】應(yīng)用案例講解.- 6 -【步驟 4】實(shí)訓(xùn)任務(wù)布置（或提問(wèn)）.- 9 -【步驟 5】學(xué)生實(shí)訓(xùn).- 9 -【步驟 6】評(píng)價(jià)及反饋.- 9 -1.教案計(jì)劃表 表表 1 教案計(jì)劃表教案計(jì)劃表任務(wù)名稱重力壩的地基處理學(xué)時(shí)2項(xiàng)目名稱重力壩設(shè)計(jì)教學(xué)地點(diǎn)多媒體教室學(xué)生角色設(shè)計(jì)輔助人員知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)態(tài)度目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 重力壩對(duì)地基的要求； 掌握壩基開(kāi)挖清理的

2、主要技術(shù)要求（開(kāi)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)內(nèi)容； 理解壩基排水布置與設(shè)計(jì)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(jìn)行重力壩的地基處理（包括：壩基開(kāi)挖清理，進(jìn)行固結(jié)灌漿和防滲帷幕灌漿，設(shè)置基礎(chǔ)排水系統(tǒng)，對(duì)特殊軟弱帶如斷層、破碎帶進(jìn)行專門的處理等） 。 能按時(shí)到課，遵守紀(jì)律，積極學(xué)習(xí) 課下能積極完成工作任務(wù) 認(rèn)真預(yù)習(xí)。能力訓(xùn)練任務(wù)及案例 完成案例任務(wù)：根據(jù)給定的條件，對(duì)重力壩的地基處理進(jìn)行設(shè)計(jì)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：重力壩對(duì)地基的要求，壩基開(kāi)挖清理，進(jìn)行固結(jié)灌漿和防

3、滲帷幕灌漿，設(shè)置基礎(chǔ)排水系統(tǒng)，對(duì)特殊軟弱帶的專門處理。難點(diǎn)：防滲帷幕灌漿設(shè)計(jì)。教學(xué)方法、手段案例法，講練結(jié)合法，黑板、多媒體課件，動(dòng)畫。教學(xué)組織過(guò)程 復(fù)習(xí)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(gòu)造內(nèi)容和構(gòu)造方法。導(dǎo)入新課：重力壩對(duì)地基的要求，壩基開(kāi)挖清理，進(jìn)行固結(jié)灌漿和防滲帷幕灌漿，設(shè)置基礎(chǔ)排水系統(tǒng)，對(duì)特殊軟弱帶的專門處理。然后，教師引入工程案例，提出問(wèn)題讓學(xué)生根據(jù)已講的基礎(chǔ)知識(shí)分組討論解決問(wèn)題，教師輔導(dǎo)評(píng)價(jià)，學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)的練習(xí)，教師輔導(dǎo)答疑，教師提供答案，評(píng)價(jià)此過(guò)程。教學(xué)條件工程案例；練習(xí)題；課程相關(guān)課件。作 業(yè)基礎(chǔ)試題（填空、選擇題等） 、技能訓(xùn)練習(xí)題。2.教學(xué)實(shí)施

4、【步驟 1】復(fù)習(xí)鞏固和引入新課教學(xué)地點(diǎn)教師任務(wù)學(xué)生任務(wù)教學(xué)條件時(shí)間（分鐘）多媒體教室學(xué)習(xí)任務(wù)引入與教師互動(dòng)回答多媒體課件10 復(fù)習(xí)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(gòu)造內(nèi)容和構(gòu)造方法。 引入新課：1）重力壩對(duì)地基的要求有哪些？2）如何進(jìn)行壩基開(kāi)挖清理，進(jìn)行固結(jié)灌漿和防滲帷幕灌漿，設(shè)置基礎(chǔ)排水系統(tǒng)，對(duì)特殊軟弱帶的專門處理？【步驟 2】課程介紹及知識(shí)講授教學(xué)地點(diǎn)教師任務(wù)學(xué)生任務(wù)教學(xué)條件 時(shí)間（分鐘）多媒體教室 重力壩對(duì)地基的要求； 掌握壩基開(kāi)挖清理的主要技術(shù)要求（開(kāi)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)內(nèi)容； 理解壩基排水布置與設(shè)計(jì)的作用與方法； 理解特殊軟弱帶的處理原則和方法。聽(tīng)課，獲取有關(guān)知識(shí)和信息多媒體課件25 重力壩對(duì)地基的要求及處理方法重力壩對(duì)地基的要求及處理方法 重力壩對(duì)地基的要求1）具有足夠的強(qiáng)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(zhǎng)期作用下發(fā)生惡化。 重力壩的地基處理方法：壩基開(kāi)挖清理，基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，防滲帷幕灌漿，設(shè)置基礎(chǔ)排水系統(tǒng)，對(duì)特殊軟弱帶如斷層、破碎帶進(jìn)行專門的處理等。 地基的開(kāi)挖與清理地基的開(kāi)挖與清

6、理 開(kāi)挖深度。應(yīng)根據(jù)壩基應(yīng)力、巖石強(qiáng)度及完整性，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基的要求和地基加固處理的效果、工期和費(fèi)用等研究確定。1）凡 100 m 以上的高壩須建在新鮮、微風(fēng)化或弱風(fēng)化下部基巖上；2）10050 m 的壩可建在微風(fēng)化至弱風(fēng)化中部基巖上；3）壩高小于 50 m 時(shí)，可建在弱風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)可比河床部位適當(dāng)放寬。 輪廓形狀。壩基開(kāi)挖的邊坡必須保持穩(wěn)定；在順河方向，各壩段基礎(chǔ)面上、下游高差不宜過(guò)大，為有利于壩體的抗滑穩(wěn)定，可開(kāi)挖成略向上游傾斜；兩岸岸坡應(yīng)開(kāi)挖成臺(tái)階形，以利于壩塊的側(cè)向穩(wěn)定；基坑開(kāi)挖輪廓應(yīng)盡量平順，避免有高差懸殊的突變，以免應(yīng)

7、力集中造成壩體裂縫；當(dāng)?shù)鼗写嬖谟芯植抗こ痰刭|(zhì)缺陷（表層夾泥裂隙、風(fēng)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(shí)，也應(yīng)予以挖除。 其他。為保持基巖完整性，避免開(kāi)挖爆破振裂，基巖應(yīng)分層開(kāi)挖。當(dāng)開(kāi)挖到距設(shè)計(jì)高程0.51.0m 的巖層時(shí)，宜用手風(fēng)鉆造孔，小藥量爆破。如巖石較軟弱或小塊松動(dòng)的巖石，也可用人工借助風(fēng)鎬清除?；鶐r開(kāi)挖后，在澆筑混凝土前，需進(jìn)行徹底的清理和沖洗；對(duì)易風(fēng)化、泥化的巖體，應(yīng)采取保護(hù)措施，及時(shí)覆蓋開(kāi)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(duì)地基進(jìn)行加固處理，稱為固結(jié)灌漿（見(jiàn)圖 1） 。 固結(jié)灌漿的目的：提高基巖的整體性

8、和強(qiáng)度，降低地基的透水性。 部位：灌漿孔一般布置在應(yīng)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(gòu)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(gòu)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(dāng)無(wú)混凝土蓋重灌漿時(shí)，壓力一般為 0.20.4 MPa(24 kgcm2)，有蓋重時(shí)為 0.40.7 MPa，以不掀動(dòng)基礎(chǔ)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(shè)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(duì)密實(shí)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(jī)械或化學(xué)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(jìn)；3-壩頂鉆進(jìn)；4-灌漿平洞；5-排水孔；6-最高庫(kù)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(qiáng)度高，經(jīng)濟(jì)和施工方便等優(yōu)點(diǎn)）和化學(xué)灌漿（具有很好的灌注性能，能夠灌入細(xì)小的裂隙，抗?jié)B性好，但價(jià)格昂貴，又易造成環(huán)境污染，使用時(shí)需慎重）兩種。 構(gòu)造：1）防滲帷幕的深度：應(yīng)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(dāng)壩基下存在可靠的相對(duì)隔水層時(shí)，帷幕應(yīng)伸入相對(duì)隔水層內(nèi) 35m； 不同壩高所要求的相對(duì)隔水層的透水率 q (1m 長(zhǎng)鉆孔在 1MPa 壓水壓力作用下，1min 內(nèi)的透水量)應(yīng)采取下列不同標(biāo)準(zhǔn)：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(duì)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(yīng)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(shè)兩排，中壩設(shè)一排。當(dāng)帷

11、幕由兩排灌漿孔組成時(shí)，可將其中的一排鉆至設(shè)計(jì)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(dāng)相對(duì)不透水層距地面較近時(shí)，帷幕可伸入岸坡與相對(duì)不透水層相銜接。當(dāng)兩岸相對(duì)不透水層很深時(shí)，帷幕可以伸到原地下水位線與最高庫(kù)水位相交點(diǎn) B 附近，如圖 2 所示。在最高庫(kù)水位以上的岸坡可設(shè)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(jìn)行，灌漿壓力由試驗(yàn)確定，通常在帷幕孔頂段取 1.01.5 倍的壩前靜水壓強(qiáng)，在孔底段取 23 倍的壩前靜水壓

12、強(qiáng)，但應(yīng)以不破壞巖體為原則。 壩基排水設(shè)施壩基排水設(shè)施為了進(jìn)一步降低壩底揚(yáng)壓力，需在防滲帷幕后設(shè)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(shè)在基礎(chǔ)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(shè)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(shè)施布置壩基排水設(shè)施布置圖圖如基巖裂隙發(fā)育，還可在基巖表面設(shè)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(dāng)壩基中存在斷層破碎帶或軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)，則需要進(jìn)行專門的處理。處理方式應(yīng)根據(jù)軟弱帶在壩基中的位置、走向、傾角的陡緩以及對(duì)強(qiáng)度、防滲和穩(wěn)定的影響程度而定。 對(duì)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(jìn)行加固，如圖 4 所示?；炷寥菍⑵扑閹诔烈欢ㄉ疃群蠡靥罨炷粒蕴岣叩鼗植康某休d能力。當(dāng)破碎帶的寬度小于 23m 時(shí)，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(shí)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(duì)于傾角較緩的斷層破碎帶，除應(yīng)在頂部做混凝土塞外，還應(yīng)沿破碎帶開(kāi)挖若干個(gè)斜井和平洞，用混凝土回填密實(shí)，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(yīng)用

15、案例講解教學(xué)地點(diǎn)教師任務(wù)學(xué)生任務(wù)教學(xué)條件時(shí)間（分鐘）多媒體教室背景資料介紹聽(tīng)課，獲取有關(guān)知識(shí)和信息多媒體課件背景資料5教學(xué)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(jìn)行重力壩地基處理。 地形條件經(jīng)勘測(cè)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(kù)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(kāi)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(guò)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(fēng)化、半風(fēng)化、全風(fēng)化及殘積層。河床部位為半風(fēng)化花崗巖，具有足夠的抗壓強(qiáng)度。兩岸風(fēng)化較深呈帶狀，殘積層較少，僅見(jiàn)于左岸 181m 高程以上，厚度約 2m。全風(fēng)化層厚 58m，半風(fēng)化右岸深 713m，左岸 9m，巖石力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)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(gòu)成(代號(hào) F1)，裂隙帶寬 0.57.3m，對(duì)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(duì)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(yán)重，單位吸水量0.010.05L(minm)，河床中基巖深達(dá) 20m 左右，兩岸深為 l0m 以上，見(jiàn)圖 8、60。表表 2 壩址基巖力學(xué)性質(zhì)表壩址基巖力學(xué)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(jiān)硬巖石，對(duì)建筑物無(wú)安全之虞。 據(jù)上所述，壩址區(qū)巖性堅(jiān)固，主要是節(jié)理裂隙發(fā)育，清基時(shí)斷層帶須盡力挖除，局部較深可做混凝土塞；同時(shí)因滲漏較嚴(yán)重，深度達(dá) 1020m，需加強(qiáng)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(xùn)練內(nèi)容： 閱讀壩址綜合地形地質(zhì)圖；

18、 對(duì)壩址地基提出處理措施。解：解：基礎(chǔ)處理 1）壩基開(kāi)挖：壩基面在主河槽挖至 143.00m 高程，原設(shè)計(jì)挖到半風(fēng)化巖石，實(shí)際工程開(kāi)挖到此高程已是微風(fēng)化層。岸坡開(kāi)挖由技施設(shè)計(jì)具體制定。F1斷層開(kāi)挖后用混凝土填塞。2）固結(jié)灌漿：在應(yīng)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(jìn)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(shí)際施工時(shí)可視現(xiàn)場(chǎng)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(duì)隔水層，并使防滲帷幕設(shè)計(jì)深度伸入相對(duì)隔水層內(nèi) 35m 單位吸水量 =0.030.05L(minm)，從而達(dá)到減小滲透壓力的目的，故帷幕設(shè)計(jì)深度為 130.00m 高程。只設(shè)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(shí)測(cè)減小揚(yáng)壓力效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)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(shè)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(dá) 133.0m 高程(滿足中壩不應(yīng)