重力坝的地基处理

1、重力坝的地基处理教学文本水工建筑物教学资源库项目组编写2014 年年 9 月月目录目录1.教案计划表.- 1 -2.2.教学实施教学实施 .- - 2 2 - -【步骤 1】复习巩固和引入新课.- 2 -【步骤 2】课程介绍及知识讲授.- 2 -【步骤 3】应用案例讲解.- 6 -【步骤 4】实训任务布置（或提问）.- 9 -【步骤 5】学生实训.- 9 -【步骤 6】评价及反馈.- 9 -1.教案计划表 表表 1 教案计划表教案计划表任务名称重力坝的地基处理学时2项目名称重力坝设计教学地点多媒体教室学生角色设计辅助人员知识目标技能目标态度目标教学目标 重力坝对地基的要求； 掌握坝基开挖清理的

2、主要技术要求（开挖深度、轮廓形状、平整度等）； 理解固结灌浆的概念、作用，掌握固结灌浆布置与设计内容； 理解帷幕灌浆的概念和作用，掌握防渗帷幕布置与设计内容； 理解坝基排水布置与设计的作用与方法； 理解特殊软弱带的处理原则和方法。能根据坝基具体情况，进行重力坝的地基处理（包括：坝基开挖清理，进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，对特殊软弱带如断层、破碎带进行专门的处理等） 。 能按时到课，遵守纪律，积极学习 课下能积极完成工作任务 认真预习。能力训练任务及案例 完成案例任务：根据给定的条件，对重力坝的地基处理进行设计教学重点、难点重点：重力坝对地基的要求，坝基开挖清理，进行固结灌浆和防

3、渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，对特殊软弱带的专门处理。难点：防渗帷幕灌浆设计。教学方法、手段案例法，讲练结合法，黑板、多媒体课件，动画。教学组织过程 复习旧课：重力坝的材料特性，坝体砼材料分区，混凝土重力坝的主要构造内容和构造方法。导入新课：重力坝对地基的要求，坝基开挖清理，进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，对特殊软弱带的专门处理。然后，教师引入工程案例，提出问题让学生根据已讲的基础知识分组讨论解决问题，教师辅导评价，学生进行基础知识的练习，教师辅导答疑，教师提供答案，评价此过程。教学条件工程案例；练习题；课程相关课件。作 业基础试题（填空、选择题等） 、技能训练习题。2.教学实施

4、【步骤 1】复习巩固和引入新课教学地点教师任务学生任务教学条件时间（分钟）多媒体教室学习任务引入与教师互动回答多媒体课件10 复习巩固：重力坝材料特性，坝体砼材料分区，混凝土重力坝的主要构造内容和构造方法。 引入新课：1）重力坝对地基的要求有哪些？2）如何进行坝基开挖清理，进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，对特殊软弱带的专门处理？【步骤 2】课程介绍及知识讲授教学地点教师任务学生任务教学条件 时间（分钟）多媒体教室 重力坝对地基的要求； 掌握坝基开挖清理的主要技术要求（开挖深度、轮廓形状、平整度等） ； 理解固结灌浆的概念、作用，掌握固结灌浆布置与设计内容； 理解帷幕灌浆的概念和作

5、用，掌握防渗帷幕布置与设计内容； 理解坝基排水布置与设计的作用与方法； 理解特殊软弱带的处理原则和方法。听课，获取有关知识和信息多媒体课件25 重力坝对地基的要求及处理方法重力坝对地基的要求及处理方法 重力坝对地基的要求1）具有足够的强度，以承受坝体的压力；2）具有足够的整体性、均匀性，以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷；3）具有足够的抗渗性，以满足渗透稳定，控制渗流量；4）具有足够的耐久性，以防止岩体性质在水的长期作用下发生恶化。 重力坝的地基处理方法：坝基开挖清理，基岩进行固结灌浆，防渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，对特殊软弱带如断层、破碎带进行专门的处理等。 地基的开挖与清理地基的开挖与清

6、理 开挖深度。应根据坝基应力、岩石强度及完整性，结合上部结构对地基的要求和地基加固处理的效果、工期和费用等研究确定。1）凡 100 m 以上的高坝须建在新鲜、微风化或弱风化下部基岩上；2）10050 m 的坝可建在微风化至弱风化中部基岩上；3）坝高小于 50 m 时，可建在弱风化层中部或上部基岩上。同一工程中，两岸较高部位的坝段，其利用基岩的标准可比河床部位适当放宽。 轮廓形状。坝基开挖的边坡必须保持稳定；在顺河方向，各坝段基础面上、下游高差不宜过大，为有利于坝体的抗滑稳定，可开挖成略向上游倾斜；两岸岸坡应开挖成台阶形，以利于坝块的侧向稳定；基坑开挖轮廓应尽量平顺，避免有高差悬殊的突变，以免应

7、力集中造成坝体裂缝；当地基中存在有局部工程地质缺陷（表层夹泥裂隙、风化囊、断层破碎带、节理密集带、岩溶充填物及浅埋的软弱夹层等）时，也应予以挖除。 其他。为保持基岩完整性，避免开挖爆破振裂，基岩应分层开挖。当开挖到距设计高程0.51.0m 的岩层时，宜用手风钻造孔，小药量爆破。如岩石较软弱或小块松动的岩石，也可用人工借助风镐清除。基岩开挖后，在浇筑混凝土前，需进行彻底的清理和冲洗；对易风化、泥化的岩体，应采取保护措施，及时覆盖开挖面。 坝基的固结灌浆坝基的固结灌浆 概念：在重力坝工程中采用浅孔低压灌注水泥浆的方法对地基进行加固处理，称为固结灌浆（见图 1） 。 固结灌浆的目的：提高基岩的整体性

8、和强度，降低地基的透水性。 部位：灌浆孔一般布置在应力较大的坝踵和坝趾 图图 1 固结灌浆孔的布置（单位：固结灌浆孔的布置（单位：m）附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内。 构造：灌浆孔呈梅花形布置，孔距、排距和孔深根据坝高、基岩的构造情况确定，一般孔距 34 m，孔深 58 m。帷幕上游区的孔深一般为 815 m，钻孔方向垂直于基岩面。当无混凝土盖重灌浆时，压力一般为 0.20.4 MPa(24 kgcm2)，有盖重时为 0.40.7 MPa，以不掀动基础岩体为原则。 帷幕灌浆帷幕灌浆 概念：帷幕灌浆是在靠近上游坝基布设一排或几排深钻孔，利用高压灌浆充填基岩内的裂隙和孔隙等渗水通道，在基岩中

9、形成一道相对密实的阻水帷幕（图 2） 。 帷幕灌浆的目的：降低坝底的渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基和绕渗渗透流量。图图 2 防渗帷幕沿坝轴线的布置图防渗帷幕沿坝轴线的布置图1-灌浆廊道；2-山坡钻进；3-坝顶钻进；4-灌浆平洞；5-排水孔；6-最高库水位；7-原河水位；8-防渗帷幕底线；9-原地下水位线；10-蓄水后地下水位线 帷幕灌浆材料：有水泥浆（水泥浆具有结石体强度高，经济和施工方便等优点）和化学灌浆（具有很好的灌注性能，能够灌入细小的裂隙，抗渗性好，但价格昂贵，又易造成环境污染，使用时需慎重）两种。 构造：1）防渗帷幕的深度：应根据基岩的透水性、坝体承受的水头和降低坝

10、底渗透压力的要求确定。 当坝基下存在可靠的相对隔水层时，帷幕应伸入相对隔水层内 35m； 不同坝高所要求的相对隔水层的透水率 q (1m 长钻孔在 1MPa 压水压力作用下，1min 内的透水量)应采取下列不同标准：坝高在 100m 以上，q =l3Lu；坝高在 10050m 之间，q =35Lu；坝高在 50rn 以下，q =5Lu(Lu 读：吕容)。如相对隔水层埋藏很深，帷幕深度可根据降低渗透压力和防止渗透变形的要求确定，一般可在 0.30.7 倍水头范围内选取。 2）防渗帷幕的排数、排距及孔距：应根据坝高、作用水头、工程地质、水文地质条件确定。在一般情况下，高坝可设两排，中坝设一排。当帷

11、幕由两排灌浆孔组成时，可将其中的一排钻至设计深度，另一排可取其深度的 l2 左右。帷幕灌浆孔距为 1.53.0m，排距宜比孔距略小。3）帷幕灌浆范围：需要从河床向两岸延伸一定的范围，形成一道从左到右的防渗帷幕。 当相对不透水层距地面较近时，帷幕可伸入岸坡与相对不透水层相衔接。当两岸相对不透水层很深时，帷幕可以伸到原地下水位线与最高库水位相交点 B 附近，如图 2 所示。在最高库水位以上的岸坡可设置排水孔以降低地下水位，增加岸坡的稳定性。 帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土作为盖重后进行，灌浆压力由试验确定，通常在帷幕孔顶段取 1.01.5 倍的坝前静水压强，在孔底段取 23 倍的坝前静水压

12、强，但应以不破坏岩体为原则。 坝基排水设施坝基排水设施为了进一步降低坝底扬压力，需在防渗帷幕后设置排水系统，如图 3 所示。坝基排水系统一般由排水孔幕和基面排水组成。主排水孔一般设在基础灌浆廊道的下游侧，孔距 23m，孔径1520cm，孔深常采用帷幕深度的 0.40.6 倍，方向则略倾向下游。除主排水孔外，还可设辅助排水孔 l3 排，孔距一般为 35m，孔深为 612m。 图图 3 坝基排水设施布置坝基排水设施布置图图如基岩裂隙发育，还可在基岩表面设置排水 1-主排水孔；2-辅助排水孔；3-坝基纵向排水廊道；廊道或排水沟、管作为辅助排水，并在坝基上布 4-半圆形排水管；5-横向排水沟；6-灌浆

13、廊道置集水井，汇入渗水后用水泵排向下游。 坝基软弱破碎带的处理坝基软弱破碎带的处理 当坝基中存在断层破碎带或软弱结构面时，则需要进行专门的处理。处理方式应根据软弱带在坝基中的位置、走向、倾角的陡缓以及对强度、防渗和稳定的影响程度而定。 对于走向与水流方向大致垂直、倾角较大的断层破碎带（主要是承载能力不足） ，常采用混凝土梁(塞)或混凝土拱进行加固，如图 4 所示。混凝土塞是将破碎带挖除至一定深度后回填混凝土，以提高地基局部的承载能力。当破碎带的宽度小于 23m 时，混凝土塞的深度可采用破碎带宽度的 12 倍，且不得小于 1m。 若破碎带的走向与水流方向大致相同、倾角较大的断层破碎带，则须同时做

14、好坝基加固和防渗处理，常用的方法 图图 4 陡倾角断层处理陡倾角断层处理有钻孔灌浆、混凝土防渗墙、防渗塞（图 5）等。 对于倾角较缓的断层破碎带，除应在顶部做混凝土塞外，还应沿破碎带开挖若干个斜井和平洞，用混凝土回填密实，形成斜塞和水平塞组成的刚性骨架（图 6） ，封闭破碎物，增加抗滑稳定性和提高承载能力。 图图 5 混凝土防渗塞混凝土防渗塞 图图 6 缓倾角断层破碎带处理缓倾角断层破碎带处理1-灌浆廊道；2-回填混凝土；3-灌浆帷幕； 1-平洞回填；2-斜井回填；3-阻水斜塞；4-破碎带；5-混凝土防渗塞；6-井壁固结灌浆 4-表面混凝土梁（塞） ；5-破碎带；6-帷幕灌浆孔【步骤 3】应用

15、案例讲解教学地点教师任务学生任务教学条件时间（分钟）多媒体教室背景资料介绍听课，获取有关知识和信息多媒体课件背景资料5教学内容及要求：案例案例 11：根据前面各“单元”所给的已知条件和以下工程的坝址地形地质条件，进行重力坝地基处理。 地形条件经勘测调查，坝址确定在峡谷出口处，这样峡谷上游是一巨大的山间盆地，具有形成水库的良好条件（如图 7 所示） ，峡谷筑坝工程量小，峡谷出口后是地形开阔的平原，河岸边可布置生活区。坝址处有上、下两条坝轴线可供选择，通过分析，上坝线比下坝线稍好，故采用上坝线。图图 7 7 坝址地形图坝址地形图 坝址工程地质条件坝址位于燕山期花岗岩侵入体边缘，可大致分为新鲜岩石和

16、微风化、半风化、全风化及残积层。河床部位为半风化花岗岩，具有足够的抗压强度。两岸风化较深呈带状，残积层较少，仅见于左岸 181m 高程以上，厚度约 2m。全风化层厚 58m，半风化右岸深 713m，左岸 9m，岩石力学性质见表 2。坝址岩层，节理裂隙发育，影响较大的有如下几组：1）横切河床走向北西 1520，倾向北东，倾角 4555由数组大致平行的剪切裂隙构成(代号 F1)，裂隙带宽 0.57.3m，对坝址有较大影响。2）河床右侧最发育者有三组：第一组走向北东 3545，倾向北西，倾角 3265；第二组走向北西 5280，倾向西南，倾角 3080；此两组对坝的稳定不利。第三组走向北西 28，倾

17、向北东，倾角 60，由于节理发育，所以渗漏较严重，单位吸水量0.010.05L(minm)，河床中基岩深达 20m 左右，两岸深为 l0m 以上，见图 8、60。表表 2 坝址基岩力学性质表坝址基岩力学性质表图图 8 坝址综合工程地质图坝址综合工程地质图坝段河流向南西，泄流挑出至坝基下游 3454m 范围内，冲刷坑处均为坚硬岩石，对建筑物无安全之虞。 据上所述，坝址区岩性坚固，主要是节理裂隙发育，清基时断层带须尽力挖除，局部较深可做混凝土塞；同时因渗漏较严重，深度达 1020m，需加强固结灌浆及帷幕灌浆，以防止渗漏。图图 9 工程地质横剖面图工程地质横剖面图训练内容： 阅读坝址综合地形地质图；

18、 对坝址地基提出处理措施。解：解：基础处理 1）坝基开挖：坝基面在主河槽挖至 143.00m 高程，原设计挖到半风化岩石，实际工程开挖到此高程已是微风化层。岸坡开挖由技施设计具体制定。F1断层开挖后用混凝土填塞。2）固结灌浆：在应力较大的坝踵和坝趾附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内进行固结灌浆。灌浆孔呈梅花形布置，孔距为 3 m，帷幕上游区的孔深一般为 10m，其他部位孔深为 6m，钻孔方向垂直于基岩面。灌浆压力为 0.20.4 Mpa，实际施工时可视现场情况调整。3）坝基帷幕灌浆：在坝址地质剖面图上找出相对隔水层，并使防渗帷幕设计深度伸入相对隔水层内 35m 单位吸水量 =0.030.05L(minm)，从而达到减小渗透压力的目的，故帷幕设计深度为 130.00m 高程。只设一排防渗惟幕，钻孔斜向上游，倾角控制在 5以内(和垂线夹角)。帷幕灌浆在廊道内施工，孔距一律为 3m，若以后实测减小扬压力效果达不到设计要求时再加密。帷幕厚度取(0.70.8)C，C 为孔距，因此，帷幕厚度为 2.12.4m。4）坝基排水：坝基主排水孔设在防渗惟幕下游 2m 处，间距为 0.8 倍帷幕孔距，即为 2.4m，孔径 15cm，深度达 133.0m 高程(满足中坝不应