土卡河大壩局部壩基不良地質的處理

甘　毅

摘要：本文介紹了土卡河水電站大壩的工程概況，分析了大壩局部壩基不良地質的處理方案，并提出施工方法。

關鍵詞：大壩；施工

1 工程概況

土卡河水電站位于云南省思茅市江城縣和紅河州綠春縣之間的界河李仙江上，是李仙江流域開發七個梯級電站中的最末一級。大壩位于左岸為混凝土重力壩，壩頂高程372m，最大壩高59.2m。

壩址地層主要為二疊系棲霞組砂質頁巖、石英砂巖或三種巖性互層。第四系覆蓋層主要為河流沖積物和坡積物。左岸及河床以砂質頁巖為主，右岸邊坡部位以石英砂巖及石英粉細砂巖為主，第四系堆積物分布于河床及兩岸邊坡處。

2008年2月在大壩局部壩基（壩下0+35～0+55，壩左0+36～0+65）發現3條規模較大的斷層，斷層主要走向NWW向，傾角以50°以上為主，破碎帶寬度30～50cm。巖層中夾泥層比較發育，主要順層分布，局部有切層現象。夾泥層厚度1～3cm，主要為層間剪切錯動形成的泥化結構面。若不做處理將危及大壩安全運行。

2 處理方案的選擇

通常壩基處理措施有：風化破碎巖石的挖除、基坑形狀的控制、固結灌漿、接觸灌漿、防滲帷幕、壩基排水、斷層破碎帶與軟弱夾層的處理（包括用混凝土置換等）以及用預應力加固基巖等。

根據壩址地質條件和基巖的物理力學性質，綜合考慮壩體和地基之間的相互關系（包括壩軸線的位置、壩體形狀與構造等）、泄洪建筑物的布置、施工技術等因素，同時評價安全性、經濟性、有效性指標后，決定采用風化破碎巖石的挖除→斷層破碎帶與軟弱夾層的處理→固結灌漿→預應力錨索加固基巖綜合處理方案。

3 施工方法

3.1 風化破碎巖石的挖除：

測量放樣，標識出開挖范圍和位置，開挖采用1.6m3反鏟直接進行挖裝，15t自卸汽車運輸出渣。有地下水涌入時先挖集水坑或截水溝，待水位抽下后再清除覆蓋層及風化破碎巖石。

3.2 斷層破碎帶與軟弱夾層的處理：先采用人工清理，將其撬挖、刷洗干凈；再沿斷層破碎帶與軟弱夾層布設分布限裂鋼筋網，雙向間距為20cm，主筋（Φ25mm）盡量垂直破碎帶走向，分布筋（Φ20mm）隨坡就勢布置。鋼筋網之間的連接采用焊接搭接，搭接長度不小于10d，或采用綁扎搭接，搭接長度不小于35d；2m厚混凝土澆筑：立模緊固后澆筑混凝土，采用通倉平層澆筑，鋼筋密集區用 Φ50軟軸振搗器振搗密實。模板邊緣采取二次復振措施，保證混凝土內實外光。

3.3 固結灌漿

施工程序為：施工準備→鉆物探孔、抬動觀測孔→灌前測試→鉆灌Ⅰ、Ⅱ序孔→鉆檢查孔、灌后測試→封孔；

工藝流程：測量放點→鉆物探孔→灌前物探測試→鉆抬動觀測孔→抬動觀測裝置安裝→鉆Ⅰ、Ⅱ序孔→裂隙沖洗簡易壓水→壓水實驗→封孔→檢查壓水聲波測試；

鉆孔：固結灌漿孔按梅花型布置，孔排距3m，孔深3m，采用QZJ-100型潛孔鉆機鉆孔、分序加密法施工；

沖孔：鉆孔終孔后，用風、水輪換洗孔；

壓力試驗：灌前按總孔數10%的孔做簡易壓水試驗；檢查孔按單點法做壓水試驗；

灌漿材料：采用425號、細度為通過80μm方孔篩篩余量不大于5%的普通硅酸鹽水泥；

灌漿：采用單孔灌漿，Ⅰ序孔0.2MPa,Ⅱ序孔0.3MPa；水灰比1：0.4～0.5；

結束標準：在設計壓力下，當吸漿量單孔≤0.4L/min，連續灌注30min后結束；

3.4 預應力錨索加固基巖

施工程序為：鉆孔→安裝錨墊板→澆筑外錨墩→錨索安裝→錨固段注漿→張拉自由段→注漿→孔口防護處理。

鉆孔。設計孔深30m，斜孔偏向上游15°傾角，采用GYQ-100快速鉆和MGJ-50錨桿鉆造孔，開孔直徑為140mm；鉆孔施工過程中，按孔深對返水量情況及巖石破碎情況等作好記錄，并按鉆孔進尺每5m進行一次孔向測量，若發現孔向發生偏差且不大于1.5度，及時糾正并進行調整；鉆孔及孔壁上附著的粉塵、泥屑時，使用高壓空氣或水進行徹底清洗，并待鉆孔完成并清洗干凈后，對孔口進行暫時封堵，使碎屑、雜物不得進入孔口。

錨索孔質量缺陷處理。內錨固段（一次注漿段）應確保設在較新鮮完整的巖體中，當根據取芯檢查不能認定內錨固段的巖體完整性時，采用預注砂漿方式進行處理；當砂漿待凝并有一定的強度時，然后掃孔取砂漿芯樣檢查，當取出的完整砂漿芯樣長度大于或等于7.5m時，即可認為內錨固段裂隙已被封堵。預注砂漿的配比與一次注漿段的砂漿配比相同，預注砂漿量的大小，可根據內錨固段巖體節理裂隙發育情況分析確定，一般情況下，可取1.2~1.5倍的內錨固段理論注漿量。

當內錨固段遇不良地質條件（如斷層、較發育的節理裂隙等）時，一般情況下采用加深錨索孔深度予以避開，對不具備加深孔深的條件或不適宜繼續加深孔深時，適當減小孔深避開。

當錨索孔內錨固段節理裂隙發育，前述方法不能有效處理時，內錨段可采用高壓固結灌漿加固處理，以提高內錨段巖體的完整性和強度。

預應力錨索的組裝。設計采用1500KN級預應力錨索，由10根φ15.2鋼絞線組裝而成，組裝前對鋼絞線進行檢查、下料及隔離處理。鋼絞線的外觀不得有死彎、明顯刻痕、松絲散絲等缺陷，若有上述情況應截斷不用，對存在局部銹蝕的鋼絞線也不得使用。

將檢查合格的鋼絞線按“孔深+外錨墩高+千斤工作長度+工具錨高+0.3米”的長度進行截取，截斷時使用砂輪機切割。

把鋼絞線理順放齊，同時將兩根注漿PVC軟管并排放置，其中一根較鋼絞線短0.5M，另一根較鋼絞線短12M。組裝過程中應檢查注漿管是否破裂，如破裂及時進行更換。鋼絞線圍著注漿管捆扎。

在張拉段與內錨固段的交接處用鉛絲捆牢，內錨固段每隔1.0M放置一對支架，在內錨固段端頭安裝上導向帽，使整個內錨固段呈棗核狀。

預應力錨索的安裝。錨索孔造孔驗收合格后，為防止塌孔立即進行錨索安裝。錨索推送在搭設牢固的腳手架上進行，采用人工運輸和安裝；當推送受阻，立即拉出已推送入孔的錨索并進行掃孔后，再行就位。

外錨墩施工。外錨墩混凝土澆筑前，應先清除孔口周圍及建基面上的碎石及泥土，然后綁扎鋼筋、立模，并同時安裝向筋、定位管及固定錨墊板。錨墊板可作為外錨墩端面模板固定在定位管端部，錨墊板必須與定位管軸線垂直。

外錨墩采用早強混凝土澆筑，強度等級：C30。澆筑時應加強振搗，以確保混凝土的均勻密實，并注意養護，一般澆筑12小時后即可拆模。

注漿。錨索內錨固段注漿在錨索孔質量缺陷處理完畢，錨索推送就位后，可進行內錨固段注漿，即一次注漿。內錨固段水泥砂漿強度等級C35。水泥采用普通硅酸鹽水泥，水灰比為1：0.4。

錨索自由段注漿在錨索張拉完畢并經監理工程師批準后，進行自由段注漿，即二次注漿。自由段水泥砂漿強度等級C30。要求注漿至錨索孔口返漿為止，以保證自由段注漿飽滿、密實，達到保護錨索體的目的。

為防止堵管，水泥和砂都應過篩。篩孔孔徑為2.5-3mm。配制漿體時，各種摻入材料的比例按重量嚴格計量；灰漿攪拌必須使用機械進行強制拌合，攪拌時間取決于攪拌機的類型，但最低不應少于2min；漿液要隨拌隨用，超過初凝時間的漿液要廢棄。

張拉。當內錨固段砂漿和外錨墩混凝土均達到設計強度后，方可進行錨索張拉。張拉千頂的軸線必須與錨索軸線一致，錨環、夾片和錨索體張拉部分不得有泥砂、銹蝕層或其它污物。

錨索整體張拉前，先進行單股鋼絞線的預張拉，單股鋼絞線的最大預張拉力取單股鋼絞線設計張拉力的10%。預張拉按兩級進行，每級一個循環，共兩個循環。

索張拉時，加載速率平緩，速率宜控制在設計預應力什的0.1/min左右。卸荷載速率宜控制在設計預應力什的0.2/min。

錨索整體張拉共分三級進行，第一級張拉力為600KN。第二級張拉力為1200KN，第三級張拉力為1725KN，當達到各級張拉力時，均持荷5min。當第三級張拉力穩定后，鎖定錨索。

錨索張拉錨定后，應對孔口部位的錨索及外錨頭進行保護。采用C30砼進行封堵，水泥采用低熱微膨脹水泥。

結語

土卡河大壩局部不良壩基處理于2008年4月底完工，期間經歷了2008年汛期洪水的考驗，目前大壩已投入商業運行，安全監測數據表明大壩未發生位移。