谈水利水电工程坝基开挖与边坡问题

摘要: 本文结合工作实际，对当前水利水电工程中水工建筑施工中的有关技术问题进行了探讨。

关键词：水利水电工程；坝基；开挖；边坡；岩质

中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：

1. 对水利水电工程中岩质高边坡的治理

1.1 混凝土抗滑结构的应用在高边坡加固与整治工程中,混凝土抗滑结构通常采用混凝土抗滑桩、混凝土沉井、混凝土框架、喷混凝土护坡、混凝土挡墙、锚固洞等措施。

混凝土抗滑桩应用技术推广很快,并从理论上得到了完善和提高,目前已达到了一定的水平。抗滑桩由于能有效而经济地治理滑坡,尤其是滑动面倾角较缓时,其效果更好,因此在边坡治理工程中得到了广泛采用。大规模的开挖和开挖爆破最适宜采用抗滑桩的治理措施,以防止发生大规模的滑坡。抗滑桩的平面位置、间距和排距等,取决于滑体的密实程度、含水情况、滑坡推力大小及施工条件等因素。抗滑桩的开挖在开挖深度达3～4 m后,在井壁喷30～40 cm厚的混凝土,对岩体较好的井壁采用打锚杆、喷锚挂网的方法进行支护, 喷混凝土厚度10～15 cm,对局部塌方部位增设钢支撑,抗滑桩开挖到设计要求深度后,进行钢筋绑扎和钢轨吊装;混凝土浇筑采用水下混凝土的配合比,由拌和楼拌和,混凝土罐车运输直接入仓,每小时浇筑厚度控制在1.5 m内,特别是在滑动面上下4 m部位,还需下井进行机械振捣,在浇到离井口5～7 m时,要求分层振捣,每个井口设两个溜斗,溜管长度为10～14 m,管径25 cm,抗滑桩混凝土标号为C25,钢筋为φ40Ⅱ级钢,桩身用大孔径钻机钻成,孔壁完整,进度较快。

混凝土沉井是一种混凝土框架结构,施工中一般可分成数节进行。混凝土沉井在滑坡工程中既起抗滑桩的作用,有时也具备挡土墙的作用。沉井结构设计根据沉井的受力状态、基坑的施工条件和沉井的场地布置等因素决定, 沉井结构平面呈“田”字形,井壁和横隔墙的厚度主要由满足下沉重量而定。沉井施工包括平整场地、沉井制作、沉井下沉、填心4个阶段。下沉采用人工开挖方式,由人力除渣,简易设备运输,下沉过程中需控制防偏问题,并要做到及时纠正。合理的开挖顺序是:先开挖中间,后开挖四边;先开挖短边,后开挖长边。沉井就位后要清洗基面,设置φ25锚杆(锚杆间距为2 m,深3.5 m),再浇筑C15混凝土封底,最后用100号毛石混凝土填心。混凝土框架对滑坡体表层坡体可起到保护作用并可增强坡体的整体性,防止地表水渗入和坡体的风化。

1.2 锚固技术的应用采用预应力锚索进行边坡加固,具有不破坏岩体、施工灵活、速度快、干扰小、受力可靠、主动受力等优点,因此,在很多水利水电工程的边坡治理中都得到大量应用。

如果采用胶结式内锚头的预应力锚索, 应采用后张法施工。预应力锚索由锚索体、内锚头、外锚头三部分组成。内锚头用纯水泥浆或砂浆作胶结材料,外锚头为钢筋混凝土结构,与基岩接触面的压应力应控制在设计规定范围以内。为提高锚索受力的均匀性,应设计一种小型千斤顶,采用“分组单根张拉”的方法张拉, 这样做既可简化操作程序, 又能提高锚索受力均匀性。锚索在补偿张拉时可以用大千斤顶整体张拉,也可继续用分组单根张拉方法, 两种方法都不会影响锚索受力的均匀性。

无粘结锚索具有明显的优点,其大部分钢铰线都得到防腐油剂和护套的双重保护,并且可以重复张拉。由于在施工时内锚头和钢铰线周围的水泥浆材是一次灌入的,浆材凝固后再张拉,因此减少了一道工序,提高了工效,但其价格相对较高。预应力锚杆也是常见的一种加固形式。有些水电站厂房高边坡工程中实施了减载、排水、抗滑桩等技术后,滑坡位移速度虽有明显减小,但未能完全停止。为了确保雨季在滑坡体前方的施工安全,稳定抗滑桩到滑坡体前缘的滑坡体,在一定的高程马道上应设置预应力锚杆。

1.3 减载、排水等措施的应用在有条件的情况下, 减载压坡应是优先考虑的加固措施。

滑坡体后缘受倾向不同的陡倾岩层影响,将向倾向一定角度的方向滑动,将部分下滑力传至滑坡体前缘及治坡建筑物上,对滑坡整体的稳定不利,因此能有效控制后坡滑移也就能减缓整体滑坡。将滑坡体后缘覆盖层最厚的部位减载后,可降低滑动速度,提高滑坡抗滑稳定安全系数。

地表水渗入滑坡体内, 既可增加滑坡体的重量, 增加滑动力,又可降低滑动面上岩层的内摩擦力,这对滑坡体的稳定是不利的。对于滑坡体以外的山坡上的地表水,应采取层层修建拦水沟、排水沟的方法排水。对坡体范围内的地表水,在开裂的地方用黄土封堵,在低洼积水的地方用废碴填平,同时,在地表水集中的地方设排水沟排走地表水。水电站厂房边坡工程治理中常采取修建拦水沟、排水沟的措施

2. 水工隧洞施工衬砌或支护水工隧洞施工的主要内容是开挖、出渣、衬砌或支护、灌浆等。常用的衬砌和支护的形式包括现浇钢筋混凝土以及喷锚支护。现浇衬砌的施工程序与一般水利工程的施工程序基本相同,包括:分缝(段)、分块、立模、扎筋、混凝土运输入仓、振捣密实等工作内容。隧洞喷锚支护是采用钢筋锚杆、喷射混凝土、钢筋网对洞室围岩进行单独或联合支护的统称。喷射混凝土时,由于水泥用量较大,而且又掺有速凝剂,凝结硬化快,必须加 强养护。一般在喷射混凝土后1～2h即开始洒水养护,洒水次数以保持混凝土有足够的湿润状态为宜,养护时间在7～14 d。

3. 水库土坝防渗加固处理许多病险水库的土坝坝后坡会出现渗水、湿润、跌窝等现象,导致土坝变形、渗漏,危及水库的安全运行,应及时采取防渗加固处理措施,消除工程隐患。解决土坝的变形和渗透问题,可对坝体进行劈裂灌浆和对坝肩、坝底基岩进行帷幕灌浆,使坝体内形成连续的防渗体,从而降低坝体浸润线,消除坝后坡的严重渗漏,使坝体趋于稳定,最终达到除险加固之目的。土坝坝体劈裂灌浆可根据土坝实际情况布置两排灌浆孔。主排孔沿坝轴线布置,副排孔布置在坝轴线上游1.5 m处。两排孔交错布置,孔距均为3~5 m, 灌浆孔要尽可能穿透坝体底部的残坡积层深人到坝基,以形成一个连续的竖直防渗体。对坝肩、坝底基岩进行帷幕灌浆时,也是布置两排灌浆孔。主排孔沿坝轴线布置,副排孔布置在坝轴线上游1.5 m处。两排孔交错布置,孔距均为3~4m,灌浆孔要穿透弱风化带进人到微风化岩相对隔水层。采用回转方法成孔,孔内下塞,纯压式灌浆,自上而下分段,孔口封闭,孔内循环。帷幕灌浆注浆材料可采用425#普通硅酸盐水泥,制成纯水泥浆后在设计压力下灌注。

结论

通过本文的研究可获得如下主要结论：(1)与常规地应力条件下的边坡开挖相比，高地应力区岩体边坡因开挖导致的卸荷量值会显著增大；高应力边坡开挖中的强卸荷效应将使岩体比常规应力区的损伤程度更大。可采用基于连续介质力学的数值方法计算出不同部位岩体的卸荷大小，据此来判断其空间分布上的损伤程度差异，进而针对性地提出相应的加固支护方案。

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