rcc围堰在三峡水库蓄水期间的稳定性分析

rcc围堰在三峡水库蓄水期间的稳定性分析

1高水流量明渠设施施工三期混凝土砌块是重力坝，属于三级临时建筑物。围堰平行于大坝布置,轴线位于大坝轴线上游144m,右侧同白岩尖山坡相接,左侧与混凝土纵向围堰堰内段相连,全长约580m。堰顶高程140m,顶宽8m,最大堰底宽107m,最大堰高115m。三期碾压混凝土围堰按两个阶段实施,第一阶段主要是进行基础开挖并完成导流明渠断面以下的常态混凝土浇筑与右岸岸坡的2～5堰块,其河床部分于1996年11月施工完毕,岸坡部分于1999年3月施工完毕。第二阶段工程修建的堰体全长380m,要在一个枯水期内,即2003年1月至6月将堰体全线修建至堰顶高程140m,同时还要完成灌浆、排水孔等项目的施工。第二阶段堰体上、下游面、模板、预埋件等周边50cm厚范围浇筑变态混凝土;6号堰块外露基岩面以上2m浇筑R90200常态混凝土;其余由碾压混凝土浇筑而成,以高程85m为界,以上为R28150S8,以下为R90150S8。整个堰体从开始施工到竣工,其水位经历了四个阶段:第一阶段是1997年11月8日至2002年11月6日,为导流明渠过水冲刷阶段,其水位在66m～70m之间;第二阶段是2002年11月6日至2003年5月20日,为RCC围堰施工期,即三期截流到蓄水阶段,其水位在70m～78m之间;第三阶段是2003年5月20日至6月11日,为蓄水阶段,其水位为78m～135.9m;第四阶段为挡水期,其水位稳定在135.5m左右,后来提高到139m。2堰基岩体及工岩体堰基基岩为闪云斜长花岗岩(γNPt)及闪长岩包裹体(δxen)。闪云斜长花岗岩分布于三期碾压混凝土围堰第6块高程57.0m平台以左至纵向围堰上纵堰内段;细粒闪云斜长花岗岩分布于第6块高程57.0m～70.0m的边坡段;闪长岩包裹体主要分布于第6块高程70.0m平台至第2块;花岗岩脉(γ)穿插分布于堰基岩体之中,与围岩多呈裂隙接触,少数呈断层接触,部分呈突变紧密接触或混熔接触;堰基内有4条闪长小型捕虏体(δ),均与围岩呈突变紧密接触。堰基共揭露断层主要为NNW、NNE和NE至NEE向,少量为NWW及NW向。构造岩宽为0.02m～6.0m,一般0.1m～2.0m,构造岩一般胶结较好,少量NEE向断层和NW向断层胶结较差,沿断层带有风化加剧现象。裂隙以中、陡倾角为主,缓倾角裂隙(倾角≤30°)主要发育在三期碾压混凝土围堰第2块至第6块中。堰基岩体主要为弱风化带下部岩体,占建基面面积的93.2%,少量为弱风化带上部岩体,局部残留有强风化带岩体。建基岩体主要以微透水岩体为主,压水试验值一般在5Lu～10Lu之间,建基面以下至相对隔水岩体(层)透水岩体厚度一般5m～15m,最厚23m;部分地段为较严重透水岩体,其透水率大于10Lu。3主要问题分析3.1峡水库排水孔涌水量文献[1、2]对RCC围堰基础廊道排水孔中水质和蓄水期排水量与三峡水库水位升高的关系作了详细的介绍,其结论是:排水孔中水与库水无明显差异,水质无变化。排水孔涌水量虽然随三峡水库蓄水上升而增大,但上升到一定量时趋于稳定,并随着三峡水库浑水沉淀淤积,细粒逐渐堵塞渗水缝隙,随时间的推移淤积物铺垫厚度增大,廊道内排水孔中涌水量有减小的趋势。另一方面,排水孔中电视录相资料显示,出水点部位多为弱风化带岩体,其结构面都很小,渗出的水对周围虽有一定的冲力,但均无掏空迹象,由此可见,涌水量增大对堰基的稳定性无影响。3.2rcc围堰基础廊道的垂直变形为了验证水质分析和孔内电视录相资料的正确性,作者将RCC围堰基础廊道垂直位移、堰顶水平位移观测成果与对应的环境进行了分析。3.2.1垂直变形分析经分析,RCC围堰基础廊道垂直变形受环境影响显著,其特征按时期可分为导流明渠运行期、堰体施工加高期、堰体挡水期三个阶段:第一阶段——导流明渠运行期。其中,2001年11月至2002年1月,各堰块垂直变形以上升为主,其变形量一般在0.4mm～-0.8mm之间;观测值最大起伏为-0.3mm～2.11mm,最大变形量为2.4mm。2002年1月至2002年6月,各堰块垂直变形以下降为主,其变形量一般在0.4mm～0.6mm之间;观测值最大起伏为-0.76mm～0.46mm,最大变形量为1.22mm。2002年6月至2002年11月,各堰块垂直变形上升和下降呈震荡趋势,其变形量一般在0.5mm左右;观测值最大起伏为0.46mm～-0.09mm,最大变形量为0.55mm。累计垂直变形量均为下沉,其中,3～5堰块为0mm,6～18堰块为0.24mm～3.47mm,纵向围堰为4.03mm～5.82mm。第二阶段——堰体施工加高期。2002年11月导流明渠截流后,2002年12月16日至2003年2月,RCC围堰堰体从高程50m～58m上升到期140m,各堰块垂直变形以下降为主。其变形量一般在1.4mm～1.8mm之间;观测值最大起伏为-0.30mm～2.11mm,最大变形量为2.46mm。2003年2月至2003年5月,三峡水库的水位逐渐上升到77.8m,除5、6堰块垂直变形为上升外,其余堰块垂直变形为下降趋势,其变形量一般在1.2mm左右;观测值最大起伏为-0.36mm～1.08mm,最大变形量为1.44mm。累计垂直变形量各堰块差异明显,3～6堰块为上升,其中,3～5堰块累计垂直变形量为-0.46mm～-2.8mm,6堰块由0.24mm上升到-1.62mm;7～18堰块为继续下沉,累计垂直变形量为1.4mm～5.57mm;纵向围堰相对于第一阶段上升-0.81mm～1.9mm。第三阶段——堰体挡水期。2003年5月20日至2003年6月11日,堰前水位由77.8m,上升到135.92m,各堰块垂直变形迅速增大,其变形量一般在5mm～7mm之间;观测值最大起伏为0.7mm～7.47mm,最大变形量为6.77mm。2003年7月,各堰块垂直变形趋于稳定,其月变形量一般在-0.07m～0.55m之间,最大变形量为0.55mm。累计垂直变形量均为下沉,其中,3～6堰块为2.66mm～4.46mm,7～9堰块为7.18mm～9.49mm,10～18堰块为10.42mm～12.91mm,纵向围堰为11.17mm～12.1mm。综上所述,RCC围堰基础廊道垂直位移在导流明渠运行期,月变形量小,一般在1mm以内;堰体施工加高期变形量稍有增大,月变形量在2.11mm以内;堰体挡水期变形量明显增大,且以压缩变形为主,月变形量在5mm～7mm。累计垂直变形量均为下沉,其中,3～6堰块垂直变形量小于5mm,7～9堰块垂直变形量小于10mm,10堰块～纵向围堰堰块垂直变形量大于10mm,小于13mm。库水位稳定后,垂直变形亦趋于稳定。10、11两堰块,地处原导流明渠最低部位,堰基存在一定厚度的弱风化带上部岩体,但在各个阶段垂直变形与其相邻堰块变形同步,无异常现象。另外,围堰基础廊道垂直变形与堰高有密切的关系,截止2003年7月21日,堰高在70m以下的3～5堰块,累计变形量在2.45mm～3.76mm之间;堰体高在70m～100m的6堰块～纵向围堰,累计变形量在4.16mm～12.91mm之间;具有堰体高度大,垂直变形下沉量大,堰体高度小,垂直变形下沉量小的特征,堰体高度增加垂直变形下沉量也增加。3.2.2堰顶水平位移分析水平位移为三峡水库蓄水至120m以后的观测资料,截止2003年7月已观测4次。其中6月份3次,7月份1次。由图6-5可知,三峡水库蓄水后,RCC围堰堰顶部向下游水平位移,有随水位升高而增大的趋势,水位在120m左右时观测,向下游水平变形量较小,一般在2.23mm～5.12mm,水位在128m左右时观测,堰体顶部向下游水平变形量稍有增大,变形量在5.66mm～9.72mm之间;水位蓄到135m后,堰体顶部向下游水平变形量继续增大,变形量在6.02mm～11.79mm之间,其中10、12两堰块向下游水平变形量都超过10mm,分别为11.79mm、10.39mm。水位稳定在135.2m左右时,堰体顶部向下游水平变形量亦趋于稳定,变形量在7.22mm～12.0mm之间。对水平位移进行矢量分析,结果表明:水位在120m左右时,6～9堰块位移矢量指向东,12～14堰块位移矢量指向南,10堰块位移矢量与水流方向近似一致;水位在128m左右时,6～9堰块位移矢量指向东,12～14堰块位移矢量指向南,10堰块位移矢量近似与水流方向近似一致,显示堰体以10堰块为中心,两侧堰体有向中间挤压的趋势,各堰块矢量端点的连线呈一弧形;水位在135m左右时,6～9堰块位移矢量指向东偏南,10～14堰块位移矢量指向南,显示堰体水平位移有向南西偏移的趋势;水位蓄至135m后,6～9堰块位移矢量指向东,10～14堰块位移矢量指向南,堰体水平位移矢量保持向南的趋势,其变形弧度为中间大,两端小(图1)。总体结果显示堰体有向下游变形的迹象,在没有排除其它影响因素的情况下(如温度、湿度、气压等),认为变形量较小,堰高在70m～100m的6堰块～纵向围堰,累计变形量为4.16mm～12.91mm之间;具有堰体高度大,垂直变形量大,堰体高度小,垂直变形量小的特征,即堰体增高垂直变形量增大。堰体顶部水平位移保持向下游的趋势,其变形矢量弧度为中间大两端小,变形量在7.22mm～12.0mm之间。水位稳定后,堰体顶部向下游水平变形量亦趋于稳定。4工程地质和变形根据建基面所处的高程、岩性、构造、排水孔涌水分布特征及变形观测资料,将围堰使用期的安全性分述如下:2堰块至3堰块右侧,建基面由高程137m、130m两级平台及边坡组成,堰体顺水流方向长8m左右,上、下游山体均高于建基面,堰体嵌于右岸山体中。建基岩体以弱风化带上部细粒闪长岩为主;主要断层宽0.2m～0.55m,构造岩胶结较差,两侧有风化加剧现象,岩质呈半疏松～半坚硬状;沿部分裂隙分布0.5cm～1cm风化碎屑;建基面岩体大多呈次块状结构,岩体质量以B2级为主,高程137m～140m边坡中部为C级岩体,对构造岩、风化加剧和胶结差的断层带进行了槽挖处理,槽深一般是断层宽度的1～1.5倍;建基岩体虽为弱风化带上部岩体,但该处承受水头仅5m,堰体高度不大,堰体变形量无异常现象,表明建基岩体强度可满足堰体承载力要求,堰基抗滑稳定条件较好。堰基岩体透水性不均一,局部地段透水性较强,且部分裂隙及断层贯穿堰基上、下游,但无渗漏迹象。3堰块左侧至6堰块右侧,建基面呈台阶展布,从右至左平台高程为120m、110m、103m、93m、80m、70m,平台宽5m～20m,各平台之间以1〯0.5坡比相接。建基面成型较好,一般地段超挖0.1m～0.3m;局部地质缺陷处理挖深1.5m～2.0m。建基面为弱风化带下部及微风化带细粒闪长岩,局部混杂有细粒闪云斜长花岗岩。出露主要断层构造岩胶结较差,有风化加剧现象。中陡倾角裂隙主要为NNE组及NEE组,倾向下游的缓倾角裂隙较发育,裂面多为硬性结构面,短小、不连续。岩体以块状、次块状结构为主,岩体质量以B级为主,少量A级、C级及D级岩体。对于沿中、缓倾角裂面张开的岩体、断层风化加剧地段进行了槽挖处理,由结构面组合成的局部不稳定体予以清除;3、4堰块上游的呈片状出露的风化加剧地带,采取了建基面下降0.5m～1.0m处理措施。通过以上工程处理,满足建基岩体要求,蓄水后其变形量也较小。6堰块左侧至9～1堰块,建基面呈阶梯状展布,由右至左台面高程分别为56.5m、50m、45m、40m,平台宽15m～25m,各平台间以1〯1斜坡相接;出露岩石主要为弱风化带下部闪云斜长花岗岩,部分断层交汇地段为弱风化带上部岩体。9～1块及8块下游左侧NNW向裂隙发育,间距0.2m～0.5m。岩体以块状、次块状结构为主。断层之间分布的极少量镶嵌结构岩体,由于裂隙、断层均有不同程度的风化,以及施工爆破影响,经测试地震波值3000m/s左右。总体上岩体质量为优质及良质岩体,建基岩体强度可满足堰体承载力要求,变形资料表明,垂直下沉量与堰体高度有关,本段变形量较小。9～2堰块至11堰块,建基面高程一般25m～35m,以10块上游端沿F11开挖的槽状地形最低,高程19m。岩性为闪云斜长花岗岩。有多条断层贯通堰基上下游,且NNW向裂隙发育,将岩石切割呈条块状。建基岩体大部分为弱风化带下部岩体,另有三条断层之间为弱风化带上部岩体,且沿断层有风化加剧现象;沿断层带留有35m2(堰基下)的强风化带岩体。岩体以次块状结构为主,少量块状和镶嵌结构;岩体质量以良质(B级)为主。强风化带岩体最厚0.8m,呈碎裂结构,声波值为1700m/s～2000m/s,但堰基下分布面积小,且已深挖约6m,后回填混凝土、铺设底层钢筋,垂直下沉量与堰体高度关系密切,本段变形量相对较大,但与相邻堰块的变形量呈渐变趋势,无突变迹象。12堰块至15堰块,建基面高程38m～43.5m,出露岩石主要为弱风化带下部闪云斜长花岗岩,发育有三条较大断层,其中一条断层构造岩宽2m～4m,胶结较好。另两条断层性状较差,构造岩宽0.5m～1.0m,断层两侧及其与其它断层交汇地带,风化加剧,为弱风化带上部岩石。12堰块、13堰块中上部一带,缓倾角裂隙较发育。对上述性状较差的断层和风化加剧的断层交汇带已进行处理;沿断层槽挖,缓倾角裂隙及其上覆岩体被挖除,弱风化带上部岩体部分被挖除,14～2块下游弱风化带上部岩体已铺有底层钢筋。总体建基岩体以块状、次块状结构为主,局部为镶嵌结构。岩体质量以优质、良质为主,仅F9断层带为C级。施工中对上述局部地质缺陷作了处理,建基岩体强度满足堰体承载力要求,其变形量与9～2堰块至11堰块一致。综上所述,整个堰基地形以倾向上游为主,岩体除10～11堰块有弱风化带上部岩体外,其余堰块均为弱风化带下部岩体,施工过程中对质量差的岩体进行了固结灌浆处理,三峡水库蓄水后,基础排水孔排水量随水位上升而增大,对11堰块增加了一排化学灌浆帷幕,有效地遏制了排水孔涌水对堰基的影响,集中涌水量已明显减小。经过处理的堰基基础,垂直变形量小,堰基不均匀变形量小;排水孔涌水量已恢复到未蓄水前的排水量,并保持稳定,由此可见,经过处理的堰基条件