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(chǔ)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(zhì)情況，根據(jù)大壩基礎(chǔ)地質(zhì)條件，提出了斧子口水利樞紐大壩基礎(chǔ)處理的目的和要求，論述了大壩基礎(chǔ)的處理方案。

基礎(chǔ)處理；固結(jié)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(bǔ)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(gè)壩塊。溢流壩段布置3個(gè)帶胸墻式表孔泄洪，表孔溢流堰采用實(shí)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(chǔ)已基本開挖完成，現(xiàn)正進(jìn)行大壩混凝土施工。

2 大壩基礎(chǔ)地質(zhì)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(qiáng)風(fēng)化帶，弱風(fēng)化帶厚4.6～10.9 m。壩基巖體上游側(cè)為D11中厚～厚層細(xì)砂巖夾礫巖及少量泥質(zhì)粉砂巖，基本上為微風(fēng)化巖體，完整性較好；下游側(cè)為D12中厚～厚層細(xì)砂巖及泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，為微風(fēng)化巖體，完整性較好。壩段上游發(fā)育一小正斷層F4，產(chǎn)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(duì)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(zhì)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(cè)，必要時(shí)需采取工程措施進(jìn)行處理。

左岸為山坡，覆蓋層為殘坡積層含碎石粉質(zhì)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(zhì)粉砂巖夾細(xì)砂巖、粉砂巖，強(qiáng)風(fēng)化帶厚5.0～24.5 m，弱風(fēng)化帶厚9.4～26.0 m。地基巖體為D12中厚～厚層細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂巖，為弱風(fēng)化巖體，屬中硬巖，完整性較好，左壩肩局部為強(qiáng)風(fēng)化巖體，屬軟質(zhì)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(zhì)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(shí)需采取工程措施進(jìn)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(duì)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(zhì)粉砂巖夾細(xì)砂巖、粉砂巖，強(qiáng)風(fēng)化帶厚0～9.7 m，弱風(fēng)化帶厚10.9～48.0 m。建基面巖體為D12中厚～厚層細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂巖，為弱風(fēng)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(zhì)泥巖），層厚均約為1 m，溶蝕小孔洞發(fā)育，巖體破碎，必要時(shí)需采取工程措施進(jìn)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(zhì)膠結(jié)，物理力學(xué)性質(zhì)差。在左岸斷層距壩線較遠(yuǎn)，對(duì)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(cè)、9＃壩塊中部及下游側(cè)，斷層及破碎帶寬2～3 m，對(duì)壩基穩(wěn)定有較大影響，需進(jìn)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(qiáng)風(fēng)化巖體基本挖除，弱風(fēng)化巖體屬中等～弱透水，微風(fēng)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(fēng)化巖體及微風(fēng)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(yīng)進(jìn)入相對(duì)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(chǔ)處理的目的和要求

斧子口水利樞紐大壩基礎(chǔ)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(dá)76.5 m，屬于高壩，要求基礎(chǔ)落在微風(fēng)化至弱風(fēng)化中部基巖上，大壩對(duì)基礎(chǔ)要求比較高，因此需對(duì)大壩基礎(chǔ)進(jìn)行處理。大壩基礎(chǔ)處理的主要目的是：通過對(duì)壩基缺陷的處理，提高大壩基礎(chǔ)的承載力和抗?jié)B性，使大壩基礎(chǔ)的抗?jié)B性達(dá)到規(guī)范對(duì)壩基滲透穩(wěn)定的要求；增強(qiáng)大壩基礎(chǔ)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(shí)可以減小壩底和基巖內(nèi)的揚(yáng)壓力。

4 大壩基礎(chǔ)處理方案

根據(jù)斧子口水利樞紐大壩基礎(chǔ)地質(zhì)條件及大壩對(duì)基礎(chǔ)的要求，進(jìn)行壩基處理的主要內(nèi)容為灌漿和斷層（破碎帶）處理。

4.1 灌漿

灌漿包括固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。

4.1.1 固結(jié)灌漿

壩基固結(jié)灌漿可增強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)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(jié)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(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：固結(jié)灌漿孔的孔距、排距可采用3～4 m，或根據(jù)開挖后的地質(zhì)條件由灌漿試驗(yàn)確定；固結(jié)灌漿深度應(yīng)根據(jù)壩高和開挖以后的地質(zhì)條件確定，可采用5～8 m；斷層破碎帶及其兩側(cè)影響帶或其他地質(zhì)缺陷應(yīng)加強(qiáng)固結(jié)灌漿。根據(jù)各壩段壩高和壩基地質(zhì)條件情況，將大壩固結(jié)灌漿分3種：只存在層間擠壓破碎帶地質(zhì)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(shí)際開挖后可根據(jù)基巖裂隙發(fā)育情況調(diào)整孔距及孔深，斷層及軟弱夾層部位固結(jié)灌漿深度采用5～10 m，孔距3 m。固結(jié)灌漿剖面圖如圖1所示。

圖1 固結(jié)灌漿剖面圖

固結(jié)灌漿孔基巖段深度小于6 m時(shí)，可采用全孔一次灌漿法；大于6 m時(shí)，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(yīng)得到設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位的認(rèn)可。

固結(jié)灌漿宜在有混凝土覆蓋的情況下進(jìn)行，鉆孔灌漿必須在相應(yīng)部位的混凝土達(dá)到50%設(shè)計(jì)強(qiáng)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(jìn)行固結(jié)灌漿，采用無蓋重灌漿，固結(jié)灌漿壓力可采用0.2～0.4 MPa；其他岸坡壩段的固結(jié)灌漿可以結(jié)合壩體碾壓混凝土施工進(jìn)行，混凝土蓋重平均厚度按4 m考慮，施工過程中可根據(jù)實(shí)際施工進(jìn)展情況調(diào)整混凝土蓋重厚度，但需經(jīng)監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)單位同意方可進(jìn)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(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)選定的施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

壩基固結(jié)灌漿前，應(yīng)選擇與大壩基礎(chǔ)巖石條件相似的地區(qū)進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，通過試驗(yàn)選定灌漿的施工參數(shù)，固結(jié)灌漿施工工藝及參數(shù)可依開挖揭露地質(zhì)情況及固結(jié)灌漿試驗(yàn)而調(diào)整。壩基固結(jié)灌漿孔離伸縮縫或結(jié)構(gòu)邊緣的距離最小為1 m，不足時(shí)孔位需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)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(duì)壩基及兩岸邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響；在帷幕和壩基排水的共同作用下，使壩基揚(yáng)壓力和壩基滲漏量降至允許值以內(nèi)。

根據(jù)壩址區(qū)水文地質(zhì)情況，防滲帷幕設(shè)主、副共兩排，排距1 m，孔距2 m。主帷幕灌漿范圍為樁號(hào)壩0-044～壩0+289 m，總長333 m；副帷幕灌漿范圍為樁號(hào)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(duì)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(shí)，防滲主帷幕伸入透水率為3 Lu的相對(duì)隔水層以下5 m，壩高小于50 m時(shí)，防滲主帷幕伸入透水率為5 Lu的相對(duì)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(nèi)延伸至相對(duì)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(shè)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(cè)，副帷幕灌漿深度達(dá)到3 Lu或5 Lu的相對(duì)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(dāng)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(yīng)先行單獨(dú)灌漿并應(yīng)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(yīng)通過試驗(yàn)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(shí)不得抬動(dòng)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(nèi)灌漿壓力可取0.3～1.5 MPa，灌漿壓力需根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)選定的施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

壩基帷幕灌漿前，應(yīng)進(jìn)行帷幕灌漿試驗(yàn)，通過試驗(yàn)選定灌漿的施工參數(shù)。灌漿施工需嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行，同一地段的基礎(chǔ)灌漿應(yīng)在固結(jié)灌漿并經(jīng)檢查合格后才能進(jìn)行帷幕灌漿。主副帷幕灌漿均分為三序進(jìn)行，先進(jìn)行主帷幕灌漿，再進(jìn)行副帷幕灌漿。灌漿施工過程中應(yīng)加強(qiáng)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(shí)還應(yīng)注意在鉆基礎(chǔ)帷幕灌漿孔的時(shí)候避免打斷底板的鋼筋。

4.2 斷層（破碎帶）處理

根據(jù)壩基地質(zhì)情況對(duì)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(jìn)行局部深挖并回填混凝土塞進(jìn)行處理，底部固結(jié)灌漿深度加深至10 m，灌漿孔距3 m。對(duì)于壩基下的軟弱夾層，通過深層抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算，對(duì)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(duì)壩基下的軟弱夾層采用局部深挖，再回填混凝土塞進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)壩基進(jìn)行固結(jié)灌漿?；炷寥纳疃炔捎?.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(yàn)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(jìn)行三維安全凈距校驗(yàn)，克服了二維圖紙和設(shè)計(jì)人員個(gè)人思維局限性，不需畫斷面圖即可校驗(yàn)任意點(diǎn)的帶點(diǎn)距離，而當(dāng)需要進(jìn)行帶電距離校驗(yàn)的位置為空間上的直線或曲線時(shí)，二維圖紙無法準(zhǔn)確的測量距離，而三維設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)失誤。

（5）碰撞檢查方面。對(duì)于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)模式，各專業(yè)負(fù)責(zé)各自的設(shè)計(jì)范疇，極易發(fā)生溝通不到位，或考慮不周全而導(dǎo)致碰撞問題的發(fā)生。通過對(duì)三維圖元進(jìn)行碰撞檢查，可最大限度地減少各專業(yè)之間設(shè)計(jì)成果的碰撞沖突，并可降低設(shè)計(jì)變更及設(shè)代成本，減少了各專業(yè)間會(huì)簽的程序，極大地提高了設(shè)計(jì)效率。

三維設(shè)計(jì)模塊豐富完善三維設(shè)計(jì)的功能，更加突出三維設(shè)計(jì)可視化、數(shù)字化、智能化的優(yōu)勢，有利于提升設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)工作的效率。

[1] 李穎瑾.三維設(shè)計(jì)在變電站中的應(yīng)用探討論研究[J].中國電業(yè)（技術(shù)版），2012（04）:32-34.

（責(zé)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(shè)及管理工作。