水保工程学-第十章水土保持工程施工

第十章目录第十章水土保持工程施工..........................................................................................................1第一节地基处理..................................................................................................................1一、地基处理的目的和要求..........................................................................................1二、地基设计..................................................................................................................3三、地基处理的主要措施..............................................................................................5第十章水土保持工程施工第一节地基处理一、地基处理的目的和要求中小型砌石坝地基的要求主要有以下几方面：1.稳定要求在各种荷载可能组合情况下，坝体及地基必须是稳定的。荷载组合中需考虑长期作用（如渗压、风化作用等）以及反复交变作用（如水荷、温荷变幅较大部位）对地基的不利影响。坝的抗滑稳定问题可分为两种类型：沿坝体与基谷接触面滑动以及基岩内的深层滑动。在坝基以下一定深度范围内没有鸭子软弱夹层或特殊构造的情况下，一般多考虑接触面滑动的稳定问题。各坝型的稳定分析方法及稳定安全系数要求，都有具体规定。2.防渗要求包括库、坝区渗漏量和地基渗漏稳定两方面。前者要求库、坝区渗漏量在允许范围之内，一般应根据工程规模、等级、来水量、运用情况以及地基渗透性和处理难易程度、耗费多少等综合考虑而定。如工程等级不高、来水量较丰的，允许渗漏量可稍大些；反之，工程规模较大、效益显著、地位重要、或来水量有限、或为高水头电站等，允许渗漏量则应控制严些。一般中小型工程要求水舞蹈年总渗漏量不超过来水量的3%～5%。对于一般地基，控制渗漏量问题不大；但在岩溶地区筑坝，有可能遭致大量漏水，甚至蓄不起水，往往成为工程成败的主要问题。绝大多数砌石坝是修建在岩基上。火成岩和坚硬的沉积岩岩基一般不存在渗透稳定问题，只在个别沉积岩中含易溶盐（如石膏等）或岩基裂隙发育、充填物胶结不好的特殊情况下才有可能。另外，有的砌石坝坝基为结构疏松、强度较低的半岩质沉积岩（如砂质较重的泥岩、粉砂细砂岩、页岩等），或坚硬岩层中含有类似性质和相当厚度的软弱夹层时，在渗透水流作用下，有可能发生管涌、流土等渗透变形，危及坝基稳定。对于上述类型的坝基，为保证枢纽安全运行，渗透稳定分析是十分必要的。特别要预计到地长期高压渗流作用下，坝基岩层物理化学性质改变后对渗透稳定的影响。3.强度要求在正常、非常荷载组合作用下，基岩强度指标必须满足设计规定的要求。强度要求与工程规模、等级、坝型、坝高、荷载组合情况、具体部位等都有关。一般坚硬基岩（如火成岩、变质岩、岩质沉积岩等）的饱和抗压强度（或称湿压强度）较高，大多为600～2000kg／cm2，或更低。一般岩石的抗剪强度远低于抗压强度；抗拉强度则更低，多在10kg／cm2以下。工程实际中，是将上述极限强度除以安全系数所得的允许应力作为基岩可以承受的应力控制指标。但是取用安全系数是牵涉面较广的复杂问题，由于目前尚无砌石坝设计规范，中小型工程多凭经验选定。坝基抗压强度安全系数大致取值范围为10～20，抗剪、抗拉强度安全系数取值或与抗压相同，或小一些。中小型工程坝基所取允许压应力范围大致为20～50kg／cm2；允许剪应力4～5kg／cm2；允许拉应力2～3kg／cm2。高坝坝基允许压应力有所降低，允许剪应力4～5kg／cm2，拉应力一般不允许出现。坝基软弱构面的抗拉强度一般很低，常认为是不能承受拉力的。4.控制变形要求基岩在应力作用下，将发生变形。坝基、坝肩的变形往往又影响坝体应力分布，对于超静定结构的拱坝，影响尤为显著。砌石坝根据坝型、坝高、工程规模、等级、具体地形地质条件及运行情况，对于地基变形控制都有一定要求。具体讲有两方面，一是要求绝对变形量不能过大，如拱坝坝头压缩变形量应有控制；二是不均匀变形也应控制，尽可能地减少或避免。后者尤其需要注意，因不均匀变形最易导致地基及坝身裂缝，对防渗及稳定都很不利；而前者过大多易形成不均匀变形，也应重视。5.其他除以上主要要求外，砌石坝还因其枢纽布置、具体地形地质条件等情况，对地基有其他方面的要求，如下游防冲、岸坡稳定等，不一一列举。在确定砌石坝坝址及坝轴线时，应力求在摸清主要地质问题的基础上，尽可能避开复杂软弱的不良地基。但是实际地质条件往往复杂多样，这时应权衡利弊，利用其长，履行其短，即选定适当的结构措施和地基处理方案，使地基的某一方面或几方面满足相应要求。地基处理的作用及目的，便是通过适当的处理措施，使地基满足砌石坝的要求。上述对地基几方面的要求，各具其特点和作用，但又是相互联系的。如强度、变形、防渗等都与保证坝基稳定有重要的直接关系。往往某方面要求满足了，另一方面要求也自然满足；忽视了某方面要求，其他方面要求也达不到。因此在考虑地基处理时，应将这几方面要求看作是互有联系的、统一的整体。二、地基设计砌石坝的地基设计主要包括清基、坝体与基岩连接、灌浆、排水几方面。（一）清基基坑设计开挖线须结合规模、坝型、地形地质条件、枢纽运用要求等综合考虑确定，一般应注意以下几点：（1）清基深度的要求对工程的安全性、经济性影响都大，应结合具体情况慎重确定。当基岩岩性软弱、风化严重、且便于开挖时，可将风化层彻底清除，达到新鲜基岩。对于岩性坚硬、风化层难于彻底清除的岩石，可酌情要求清基达微风化层或弱风化层。（2）基坑开挖时应尽可能注意开挖后轮廓的平顺，避免基坑地形突变，以防应力集中而招致大坝裂缝。如受地形条件所限，陡坎不可避免时，可采取其他相应措施，如设缝、接触灌浆等。（3）坝基开挖时，分布在一定深度范围内的软弱夹层或局部软弱带应力求彻底清除，以消除隐患。（4）支墩坝及拱坝的坝体嵌入基岩深度，需结合应力及稳定要求而定。拱坝坝肩清基，原则上应按径向开挖。当岸坡较陡，完全径向开挖工程量很大时。可结合工程规模及稳定要求适当放宽。（二）坝体与基岩连接l.采用垫座或垫层与基岩连接，在此基础上再砌筑坝体。这种方式在实际工程中经常采用，多用于地形不规整或岩性软弱、不均匀的情况。垫座宜采用混凝土，以利于基坑阻水，坝基应力均匀扩散，增强坝与地基结合，提高坝的抗滑稳定性。2.当工程地质条件较好，基岩完整坚硬，基坑规则，且基坑阻水问题易于解决时，也可将砌石坝体直接与基岩连接。但基坑修整完毕后，应先铺一层水泥砂浆，然后砌石，以利结合。（三）坝基灌浆主要有帷幕灌浆、固结灌浆、接触灌浆和回填灌浆。1.帷幕灌浆帷幕的作用是在岩体中构成比基岩相对透水性更小的地段，以防止渗漏和降低扬压力。是否设置帷幕，应根据地基透水性及工程要求来定。当坝基只有局部渗漏区时，可不搞全帷幕。2.固结灌浆固结灌浆的主要作用是改善基岩的力学性能。通过灌浆使基岩密实，从而加强整体性，以提高承载能力和弹模。3.接触灌浆当坝基岩面的坡度超过45°时，为加强坝体与岩面的结合，可进行接触灌浆。在坡度较缓的河床部分，为加强坝体与基岩的连结，也可进行接触灌浆。4.回填灌浆为填塞因混凝土收缩所引起的接触带缝隙，可进行回填灌浆，方法与接触灌浆类似。（四）坝基排水坝基排水的主要作用是减少渗透压力以利稳定。当有防渗帷幕时，排水多设置在帷幕后2～4m范围内，一般设置1～2排。排水孔孔深约为帷幕深度的0.4～0.6倍。三、地基处理的主要措施修建砌石坝应力求把地质勘探工作认真做好，避免出现重大的地基缺陷。但是，坝址地基条件客观上一般不可能完美无缺，往往需对地基进行处理，使其满足工程要求。在地基处理设计和施工中，做好前期地质勘探工作、获得可靠的第一性资料，是避免盲目性、争取主动性的重要方面。（1）根据地基等条件选择适宜的坝型、布置长构造地基与它上面的建筑物是有机的、统一的整体。对于不良地基，选择适宜的上层建筑与之适应和协调，是一种带根本性的主动改善措施，常可收至事半功倍、经济安全的效果。当河床基岩抗剪强度低时，避免采用重力坝；岸坡岩石软弱破碎时，避免采用拱坝。（2）清除该法采用较普遍，对于断裂发育、风化断裂发育、风化严重、局部软弱夹层以及岩溶地带等都适用。一般效果较好，也是目前中小型工程处理不良地基比较彻底和切实可行的方法。对消除隐患、保证工程安全起着重要的作用；对于重力坝坝基、拱坝坝肩来说，尤为重要。清除的程度应根据地基情况、坝型类别、工程规模和等级适当掌握，不可一律要求。如对于岩性较坚硬的花岗岩、灰岩、凝灰岩，中小型工程一般清到微风化或弱风化程度，不必要求完全达到新鲜基岩。在目前机械化程度还够高的情况下，这种清除方法固然切实可行，但往往费工较多，回填工程量较大，增大了投资和延长了工期，因此需全面综合考虑。（3）混凝土塞或砌石体塞该法适用范围较广，可处理断层破碎带、裂隙密集带、软弱夹层、溶洞等，效果较好，技术也不复杂。混凝土塞一般可同时起到防渗、控制变形、改善应力、增强抗滑稳定的作用。（4）混凝土、钢筋混凝土或砌石体垫座应用也较普遍。混凝土、钢筋混凝土垫座一般可起到防渗、改善应力、减少变形或防止不均匀沉陷、有利于基坑阻水及加强坝体与基岩结合、增强抗滑稳定等作用，有的还可兼作灌浆平台。砌石体垫座防渗作用及整体性较混凝土差，但较经济，如需要时可先在基坑内浇一层混凝土与基岩连结后，再于其上做砌石垫座。（5）灌浆中小型工程因设备条件限制，以往采用灌浆方法的不多，近几年所建工程已逐渐重视灌浆措施，一般效果较好。帷幕灌浆是防止坝基渗漏、降低扬压力的有效措施，可用来处理断层破碎带、裂隙发育带或岩溶地基的坝基渗漏问题，以及某些软弱地基的渗漏和渗透稳定问题。固结灌浆多用于处理断裂发育、风化严重、基岩完整性较差的地带。中高拱坝基岩所受荷载较大，也较集中，如完整稍差，有条件时可对整个坝基进行固结灌浆，特别是坝肩拱座附近。（6）排水中高重力坝或拱坝多采用坝基排水设施头减少渗透压力以利稳定。（7）深嵌砌石拱坝坝肩软弱或软弱夹层时多采用此法，效果也好。深嵌可提高坝肩稳定性，也有延长渗径、减少绕渗的作用。对于有不便直接清除的软弱夹层的地基，本法比较适应。嵌入深度应根据地基情况及稳定要求来定。深嵌还可提高结构对地基的适应能力，因深嵌必然先要深挖，这对消除隐患、增强坝基整体性也是有利的。本法技术简单、施工方便切实可靠，缺点是增大了坝基开挖及坝体的工程量，需进行技术经济比较，合理采用。（8）锚固有的砌石坝坝头基岩完整性较差（如受断层、大裂隙等影响），曾采用截面较大的钢筋讲行锚固，效果也好。