斧子口水利枢纽大坝基础处理

莫树元

（广西桂林市防洪排涝工程管理处，广西 桂林 541002）

斧子口水利枢纽大坝基础处理

莫树元

（广西桂林市防洪排涝工程管理处，广西 桂林 541002）

介绍了桂林市斧子口水利枢纽的工程概况及坝址的工程地质情况，根据大坝基础地质条件，提出了斧子口水利枢纽大坝基础处理的目的和要求，论述了大坝基础的处理方案。

基础处理；固结灌浆；帷幕灌浆；混凝土塞；斧子口水利枢纽

1 工程概况[1]

斧子口水利枢纽是桂林市防洪及漓江补水枢纽工程之一，枢纽位于漓江上游干流陆洞河上。正常蓄水位267 m，总库容l.88亿m3，属大（2）型水库。斧子口水利枢纽由拦河坝和发电厂房等建筑物组成，拦河坝采用碾压混凝土重力坝，坝顶高程271.5 m，最大坝高76.5 m，坝顶宽7 m。坝顶总长239 m，由左、右岸非溢流坝段和溢流坝段组成，其中左、右岸非溢流坝段分别长123 m和77 m，溢流坝段长39 m，从左到右共分9个坝块。溢流坝段布置3个带胸墙式表孔泄洪，表孔溢流堰采用实用堰，堰顶高程250.5 m，单孔孔口尺寸9 m×13 m。溢流坝下游采用底流消能方式，消力池长68 m（含尾坎），净宽35 m，池底高程197.50 m，池深10.5 m，尾坎顶高程208 m。

工程于2011年12月开工，目前河床坝段的大坝基础已基本开挖完成，现正进行大坝混凝土施工。

2 大坝基础地质条件［1］

河床高程一般204.37～206.22 m ，漂卵砾石层厚0～2.8 m，基岩顶板高程203.16～211.30 m，一般缺失强风化带，弱风化带厚4.6～10.9 m。坝基岩体上游侧为D11中厚～厚层细砂岩夹砾岩及少量泥质粉砂岩，基本上为微风化岩体，完整性较好；下游侧为D12中厚～厚层细砂岩及泥质粉砂岩、粉砂岩，为微风化岩体，完整性较好。坝段上游发育一小正断层F4，产状为N35°E，SE 60°，走向大致与岩层走向平行，倾向下游，断层带宽1～30 cm，灰色、黄色断层泥及岩石碎屑、糜棱岩充填，至坝轴线处埋深大于65 m，倾角较陡，对坝基稳定影响不大。坝基岩层均倾向下游略偏左岸，倾角30°～36°，坝基岩体D12中分布有1层层间挤压破碎带（粉砂质泥岩），层厚约1 m，溶蚀小孔洞发育，岩体破碎，出露于坝段最下游侧，必要时需采取工程措施进行处理。

左岸为山坡，覆盖层为残坡积层含碎石粉质粘土，层厚0～7.3 m，270 m高程以下厚度一般较薄，局部出露D12紫红色泥质粉砂岩夹细砂岩、粉砂岩，强风化带厚5.0～24.5 m，弱风化带厚9.4～26.0 m。地基岩体为D12中厚～厚层细砂岩、泥质粉砂岩及粉砂岩，为弱风化岩体，属中硬岩，完整性较好，左坝肩局部为强风化岩体，属软质岩。坝基岩层均倾向下游略偏左岸，倾角30°～40°，坝基岩体D12中分布有2层层间挤压破碎带（粉砂质泥岩），上、下两层厚度分别为0.8和0.4 m，溶蚀小孔洞发育，岩体破碎，必要时需采取工程措施进行处理。此外还发育一泥化夹层（NJ51），宽0.2～1 cm，黄色粘土充填，对大坝抗滑稳定有一定影响。

右岸覆盖层厚0～1.5 m，局部出露D12紫红色泥质粉砂岩夹细砂岩、粉砂岩，强风化带厚0～9.7 m，弱风化带厚10.9～48.0 m。建基面岩体为D12中厚～厚层细砂岩、泥质粉砂岩及粉砂岩，为弱风化岩体，属中硬岩，完整性较好。坝基岩层均倾向下游略偏左岸，倾角30°～40°，坝基岩体D12中分布有2层层间挤压破碎带（粉砂质泥岩），层厚均约为1 m，溶蚀小孔洞发育，岩体破碎，必要时需采取工程措施进行处理。F5断层位于坝线下游，在左、右岸坝线下游冲沟和右岸PD2平洞中出露，破碎带宽0.6～3.0 m，由断层角砾岩、压碎岩、透镜体组成，泥质胶结，物理力学性质差。在左岸断层距坝线较远，对坝基影响不大；右岸断层与坝轴线相交，斜穿右坝肩，最有可能出露于7～8＃坝块下游侧、9＃坝块中部及下游侧，断层及破碎带宽2～3 m，对坝基稳定有较大影响，需进行专门的加固和防渗处理。

正常蓄水位以下，分布有D12、D11层基岩，不存在明显渗漏的岩性，D12位于两岸坝肩，D11层分布于河床。属中等透水的强风化岩体基本挖除，弱风化岩体属中等～弱透水，微风化岩体属弱透水，两岸山体地形雄厚，不存在绕坝渗漏和向邻谷渗漏问题，弱风化岩体及微风化岩体上部透水率稍大，存在渗漏问题。为防止库水沿坝基渗漏，防渗帷幕线应进入相对隔水层3 Lu线以下5 m，两岸封闭至库水位以上。

3 大坝基础处理的目的和要求

斧子口水利枢纽大坝基础存在的主要缺陷为挤压破碎带、软弱夹层、断层破碎带及溶蚀小孔洞等。由于大坝为碾压混凝土重力坝，且最大坝高达76.5 m，属于高坝，要求基础落在微风化至弱风化中部基岩上，大坝对基础要求比较高，因此需对大坝基础进行处理。大坝基础处理的主要目的是：通过对坝基缺陷的处理，提高大坝基础的承载力和抗渗性，使大坝基础的抗渗性达到规范对坝基渗透稳定的要求；增强大坝基础的整体性、均匀性和刚度，以更好的满足大坝抗滑稳定的要求和减少不均匀沉降；同时可以减小坝底和基岩内的扬压力。

4 大坝基础处理方案

根据斧子口水利枢纽大坝基础地质条件及大坝对基础的要求，进行坝基处理的主要内容为灌浆和断层（破碎带）处理。

4.1 灌浆

灌浆包括固结灌浆和帷幕灌浆。

4.1.1 固结灌浆

坝基固结灌浆可增强基岩的整体性，减少不均匀变形，提高基岩的变形模量，并可补强开挖爆破和地基卸荷回弹造成的基岩损伤和岩体卸荷，降低基岩的渗透性。

坝基固结灌浆范围为上游区不小于0.1倍坝高，下游区不小于0.15倍坝高。重力坝设计规范规定：固结灌浆孔的孔距、排距可采用3～4 m，或根据开挖后的地质条件由灌浆试验确定；固结灌浆深度应根据坝高和开挖以后的地质条件确定，可采用5～8 m；断层破碎带及其两侧影响带或其他地质缺陷应加强固结灌浆。根据各坝段坝高和坝基地质条件情况，将大坝固结灌浆分3种：只存在层间挤压破碎带地质条件较好的左岸非溢流坝段（1#～5#坝块）坝基上游区、下游区和坝基中部的灌浆深度均为3 m，灌浆孔距、排距为4 m×4 m；坝高最高且可能受F5断层破碎带影响的6#、7#坝块坝基下游区灌浆深度均为5 m，灌浆孔距、排距为3 m×3 m；6#、7#坝块坝基上游区和F5断层破碎带穿过的8#、9#坝块坝基灌浆深度均为8 m，灌浆孔距、排距为3 m×3 m。实际开挖后可根据基岩裂隙发育情况调整孔距及孔深，断层及软弱夹层部位固结灌浆深度采用5～10 m，孔距3 m。固结灌浆剖面图如图1所示。

图1 固结灌浆剖面图

固结灌浆孔基岩段深度小于6 m时，可采用全孔一次灌浆法；大于6 m时，可选用自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法、综合分段灌浆法或孔口封闭灌浆法，并应得到设计、监理单位的认可。

固结灌浆宜在有混凝土覆盖的情况下进行，钻孔灌浆必须在相应部位的混凝土达到50%设计强度后方可开始。河床坝段坝块在浇筑1 m厚常态混凝土垫层后进行固结灌浆，采用无盖重灌浆，固结灌浆压力可采用0.2～0.4 MPa；其他岸坡坝段的固结灌浆可以结合坝体碾压混凝土施工进行，混凝土盖重平均厚度按4 m考虑，施工过程中可根据实际施工进展情况调整混凝土盖重厚度，但需经监理工程师和设计单位同意方可进行，本部位采用有盖重灌浆，灌浆压力可采用0.4～0.7 MPa。灌浆压力需根据现场试验选定的施工参数进行调整。

坝基固结灌浆前，应选择与大坝基础岩石条件相似的地区进行灌浆试验，通过试验选定灌浆的施工参数，固结灌浆施工工艺及参数可依开挖揭露地质情况及固结灌浆试验而调整。坝基固结灌浆孔离伸缩缝或结构边缘的距离最小为1 m，不足时孔位需根据现场实际情况调整。

4.1.2 帷幕灌浆

坝基的帷幕灌浆是把水泥浆通过钻孔灌入岩石的裂隙中，形成一道帷幕，其主要作用为：可以减小坝基和绕坝渗漏，防止渗漏水流对坝基及两岸边坡稳定产生不利影响；在帷幕和坝基排水的共同作用下，使坝基扬压力和坝基渗漏量降至允许值以内。

根据坝址区水文地质情况，防渗帷幕设主、副共两排，排距1 m，孔距2 m。主帷幕灌浆范围为桩号坝0-044～坝0+289 m，总长333 m；副帷幕灌浆范围为桩号坝0+202～坝0+289 m，总长87 m。由于本工程坝基下存在可靠的相对不透水层，且埋深较浅，因此防渗主帷幕采用封闭式帷幕：坝高大于50 m时，防渗主帷幕伸入透水率为3 Lu的相对隔水层以下5 m，坝高小于50 m时，防渗主帷幕伸入透水率为5 Lu的相对隔水层以下5 m。左、右两岸坝头部位的防渗主帷幕从坝头往两岸的山体内延伸至相对隔水层处，与坝基的防渗主帷幕形成一道封闭的防渗体系。左坝头防渗主帷幕沿坝轴线向山体延伸37 m，右坝头防渗主帷幕向山体延伸45 m。左、右坝头各设一条灌浆平洞，分别长37 m和45 m，城门洞形，断面尺寸为3 m×3.5 m。防渗副帷幕布置在右岸主帷幕的下游侧，副帷幕灌浆深度达到3 Lu或5 Lu的相对隔水层即可。帷幕灌浆剖面图如图2所示。

图2 帷幕灌浆剖面图

帷幕灌浆段长度可采用5～6 m，特殊情况下可适当缩减或加长，一般不得大于10 m，坝体混凝土和基岩的接触段应先行单独灌浆并应待凝，接触段在岩石中的长度不得大于2 m。帷幕灌浆压力应通过试验确定，在帷幕孔第1段取1.0～1.5倍坝前静水头，以下各段可逐渐增加，孔底段可取2～3倍坝前静水头但灌浆时不得抬动坝体混凝土和坝基岩体，河床坝段灌浆压力可取1.5～2 MPa，两岸坝段灌浆压力可取1.0～1.5 MPa，两岸灌浆平洞内灌浆压力可取0.3～1.5 MPa，灌浆压力需根据现场试验选定的施工参数进行调整。

坝基帷幕灌浆前，应进行帷幕灌浆试验，通过试验选定灌浆的施工参数。灌浆施工需严格按照施工规范进行，同一地段的基础灌浆应在固结灌浆并经检查合格后才能进行帷幕灌浆。主副帷幕灌浆均分为三序进行，先进行主帷幕灌浆，再进行副帷幕灌浆。灌浆施工过程中应加强周边廊道和岩体的安全检测，以免灌浆压力太大而破坏，同时还应注意在钻基础帷幕灌浆孔的时候避免打断底板的钢筋。

4.2 断层（破碎带）处理

根据坝基地质情况对左岸、右岸的泥化夹层、破碎带以及右岸F5、f5断层与破碎带相互切割的区域，进行局部深挖并回填混凝土塞进行处理，底部固结灌浆深度加深至10 m，灌浆孔距3 m。对于坝基下的软弱夹层，通过深层抗滑稳定验算，对大坝的抗滑稳定影响较小，不需采取特别的处理措施，因此对坝基下的软弱夹层采用局部深挖，再回填混凝土塞进行处理，同时对坝基进行固结灌浆。混凝土塞的深度采用1.5倍断层破碎带的宽度。

在断层破碎带或软弱夹层与防渗帷幕相交处，加深帷幕灌浆深度至断层破碎带或软弱夹层以下（4）安全净距校验方面。通过三维空间测距、硬碰撞模拟带电距离空间、软碰撞模拟带电距离空间的方法进行三维安全净距校验，克服了二维图纸和设计人员个人思维局限性，不需画断面图即可校验任意点的带点距离，而当需要进行带电距离校验的位置为空间上的直线或曲线时，二维图纸无法准确的测量距离，而三维设计可直接测量，可有效地避免因安全净距不满足规范要求而造成的设计失误。

（5）碰撞检查方面。对于传统的二维设计模式，各专业负责各自的设计范畴，极易发生沟通不到位，或考虑不周全而导致碰撞问题的发生。通过对三维图元进行碰撞检查，可最大限度地减少各专业之间设计成果的碰撞冲突，并可降低设计变更及设代成本，减少了各专业间会签的程序，极大地提高了设计效率。

三维设计模块丰富完善三维设计的功能，更加突出三维设计可视化、数字化、智能化的优势，有利于提升设计质量和设计工作的效率。

[1] 李颖瑾.三维设计在变电站中的应用探讨论研究[J].中国电业（技术版），2012（04）:32-34.

（责任编辑：刘征湛）

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

莫树元（1965-），男，广西兴安人，广西桂林市防洪排涝工程管理处工程师，主要从事水利水电工程建设及管理工作。