土卡河大坝局部坝基不良地质的处理

甘　毅

摘要：本文介绍了土卡河水电站大坝的工程概况，分析了大坝局部坝基不良地质的处理方案，并提出施工方法。

关键词：大坝；施工

1 工程概况

土卡河水电站位于云南省思茅市江城县和红河州绿春县之间的界河李仙江上，是李仙江流域开发七个梯级电站中的最末一级。大坝位于左岸为混凝土重力坝，坝顶高程372m，最大坝高59.2m。

坝址地层主要为二叠系栖霞组砂质页岩、石英砂岩或三种岩性互层。第四系覆盖层主要为河流冲积物和坡积物。左岸及河床以砂质页岩为主，右岸边坡部位以石英砂岩及石英粉细砂岩为主，第四系堆积物分布于河床及两岸边坡处。

2008年2月在大坝局部坝基（坝下0+35～0+55，坝左0+36～0+65）发现3条规模较大的断层，断层主要走向NWW向，倾角以50°以上为主，破碎带宽度30～50cm。岩层中夹泥层比较发育，主要顺层分布，局部有切层现象。夹泥层厚度1～3cm，主要为层间剪切错动形成的泥化结构面。若不做处理将危及大坝安全运行。

2 处理方案的选择

通常坝基处理措施有：风化破碎岩石的挖除、基坑形状的控制、固结灌浆、接触灌浆、防渗帷幕、坝基排水、断层破碎带与软弱夹层的处理（包括用混凝土置换等）以及用预应力加固基岩等。

根据坝址地质条件和基岩的物理力学性质，综合考虑坝体和地基之间的相互关系（包括坝轴线的位置、坝体形状与构造等）、泄洪建筑物的布置、施工技术等因素，同时评价安全性、经济性、有效性指标后，决定采用风化破碎岩石的挖除→断层破碎带与软弱夹层的处理→固结灌浆→预应力锚索加固基岩综合处理方案。

3 施工方法

3.1 风化破碎岩石的挖除：

测量放样，标识出开挖范围和位置，开挖采用1.6m3反铲直接进行挖装，15t自卸汽车运输出渣。有地下水涌入时先挖集水坑或截水沟，待水位抽下后再清除覆盖层及风化破碎岩石。

3.2 断层破碎带与软弱夹层的处理：先采用人工清理，将其撬挖、刷洗干净；再沿断层破碎带与软弱夹层布设分布限裂钢筋网，双向间距为20cm，主筋（Φ25mm）尽量垂直破碎带走向，分布筋（Φ20mm）随坡就势布置。钢筋网之间的连接采用焊接搭接，搭接长度不小于10d，或采用绑扎搭接，搭接长度不小于35d；2m厚混凝土浇筑：立模紧固后浇筑混凝土，采用通仓平层浇筑，钢筋密集区用 Φ50软轴振捣器振捣密实。模板边缘采取二次复振措施，保证混凝土内实外光。

3.3 固结灌浆

施工程序为：施工准备→钻物探孔、抬动观测孔→灌前测试→钻灌Ⅰ、Ⅱ序孔→钻检查孔、灌后测试→封孔；

工艺流程：测量放点→钻物探孔→灌前物探测试→钻抬动观测孔→抬动观测装置安装→钻Ⅰ、Ⅱ序孔→裂隙冲洗简易压水→压水实验→封孔→检查压水声波测试；

钻孔：固结灌浆孔按梅花型布置，孔排距3m，孔深3m，采用QZJ-100型潜孔钻机钻孔、分序加密法施工；

冲孔：钻孔终孔后，用风、水轮换洗孔；

压力试验：灌前按总孔数10%的孔做简易压水试验；检查孔按单点法做压水试验；

灌浆材料：采用425号、细度为通过80μm方孔筛筛余量不大于5%的普通硅酸盐水泥；

灌浆：采用单孔灌浆，Ⅰ序孔0.2MPa,Ⅱ序孔0.3MPa；水灰比1：0.4～0.5；

结束标准：在设计压力下，当吸浆量单孔≤0.4L/min，连续灌注30min后结束；

3.4 预应力锚索加固基岩

施工程序为：钻孔→安装锚垫板→浇筑外锚墩→锚索安装→锚固段注浆→张拉自由段→注浆→孔口防护处理。

钻孔。设计孔深30m，斜孔偏向上游15°倾角，采用GYQ-100快速钻和MGJ-50锚杆钻造孔，开孔直径为140mm；钻孔施工过程中，按孔深对返水量情况及岩石破碎情况等作好记录，并按钻孔进尺每5m进行一次孔向测量，若发现孔向发生偏差且不大于1.5度，及时纠正并进行调整；钻孔及孔壁上附着的粉尘、泥屑时，使用高压空气或水进行彻底清洗，并待钻孔完成并清洗干净后，对孔口进行暂时封堵，使碎屑、杂物不得进入孔口。

锚索孔质量缺陷处理。内锚固段（一次注浆段）应确保设在较新鲜完整的岩体中，当根据取芯检查不能认定内锚固段的岩体完整性时，采用预注砂浆方式进行处理；当砂浆待凝并有一定的强度时，然后扫孔取砂浆芯样检查，当取出的完整砂浆芯样长度大于或等于7.5m时，即可认为内锚固段裂隙已被封堵。预注砂浆的配比与一次注浆段的砂浆配比相同，预注砂浆量的大小，可根据内锚固段岩体节理裂隙发育情况分析确定，一般情况下，可取1.2~1.5倍的内锚固段理论注浆量。

当内锚固段遇不良地质条件（如断层、较发育的节理裂隙等）时，一般情况下采用加深锚索孔深度予以避开，对不具备加深孔深的条件或不适宜继续加深孔深时，适当减小孔深避开。

当锚索孔内锚固段节理裂隙发育，前述方法不能有效处理时，内锚段可采用高压固结灌浆加固处理，以提高内锚段岩体的完整性和强度。

预应力锚索的组装。设计采用1500KN级预应力锚索，由10根φ15.2钢绞线组装而成，组装前对钢绞线进行检查、下料及隔离处理。钢绞线的外观不得有死弯、明显刻痕、松丝散丝等缺陷，若有上述情况应截断不用，对存在局部锈蚀的钢绞线也不得使用。

将检查合格的钢绞线按“孔深+外锚墩高+千斤工作长度+工具锚高+0.3米”的长度进行截取，截断时使用砂轮机切割。

把钢绞线理顺放齐，同时将两根注浆PVC软管并排放置，其中一根较钢绞线短0.5M，另一根较钢绞线短12M。组装过程中应检查注浆管是否破裂，如破裂及时进行更换。钢绞线围着注浆管捆扎。

在张拉段与内锚固段的交接处用铅丝捆牢，内锚固段每隔1.0M放置一对支架，在内锚固段端头安装上导向帽，使整个内锚固段呈枣核状。

预应力锚索的安装。锚索孔造孔验收合格后，为防止塌孔立即进行锚索安装。锚索推送在搭设牢固的脚手架上进行，采用人工运输和安装；当推送受阻，立即拉出已推送入孔的锚索并进行扫孔后，再行就位。

外锚墩施工。外锚墩混凝土浇筑前，应先清除孔口周围及建基面上的碎石及泥土，然后绑扎钢筋、立模，并同时安装向筋、定位管及固定锚垫板。锚垫板可作为外锚墩端面模板固定在定位管端部，锚垫板必须与定位管轴线垂直。

外锚墩采用早强混凝土浇筑，强度等级：C30。浇筑时应加强振捣，以确保混凝土的均匀密实，并注意养护，一般浇筑12小时后即可拆模。

注浆。锚索内锚固段注浆在锚索孔质量缺陷处理完毕，锚索推送就位后，可进行内锚固段注浆，即一次注浆。内锚固段水泥砂浆强度等级C35。水泥采用普通硅酸盐水泥，水灰比为1：0.4。

锚索自由段注浆在锚索张拉完毕并经监理工程师批准后，进行自由段注浆，即二次注浆。自由段水泥砂浆强度等级C30。要求注浆至锚索孔口返浆为止，以保证自由段注浆饱满、密实，达到保护锚索体的目的。

为防止堵管，水泥和砂都应过筛。筛孔孔径为2.5-3mm。配制浆体时，各种掺入材料的比例按重量严格计量；灰浆搅拌必须使用机械进行强制拌合，搅拌时间取决于搅拌机的类型，但最低不应少于2min；浆液要随拌随用，超过初凝时间的浆液要废弃。

张拉。当内锚固段砂浆和外锚墩混凝土均达到设计强度后，方可进行锚索张拉。张拉千顶的轴线必须与锚索轴线一致，锚环、夹片和锚索体张拉部分不得有泥砂、锈蚀层或其它污物。

锚索整体张拉前，先进行单股钢绞线的预张拉，单股钢绞线的最大预张拉力取单股钢绞线设计张拉力的10%。预张拉按两级进行，每级一个循环，共两个循环。

索张拉时，加载速率平缓，速率宜控制在设计预应力什的0.1/min左右。卸荷载速率宜控制在设计预应力什的0.2/min。

锚索整体张拉共分三级进行，第一级张拉力为600KN。第二级张拉力为1200KN，第三级张拉力为1725KN，当达到各级张拉力时，均持荷5min。当第三级张拉力稳定后，锁定锚索。

锚索张拉锚定后，应对孔口部位的锚索及外锚头进行保护。采用C30砼进行封堵，水泥采用低热微膨胀水泥。

结语

土卡河大坝局部不良坝基处理于2008年4月底完工，期间经历了2008年汛期洪水的考验，目前大坝已投入商业运行，安全监测数据表明大坝未发生位移。