三里坪水電站大壩壩基與拱座基巖地質缺陷處理

陳艷艷

（中國水電建設集團第十五工程局有限公司 陜西 西安 710065）

1 工程概述

三里坪大壩位于湖北省房縣境內，工程為Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物為2級，大壩采用碾壓混凝土對數螺旋線形雙曲拱壩，壩頂高程420m，河床建基面高程279m，最大壩高141m。

大壩壩基巖體主要為Ⅰ、Ⅱ類巖體，部分為Ⅲ類巖體，僅局部小范圍存在Ⅳ～Ⅴ類巖體。巖體中局部呈互層狀、薄層狀泥質條帶灰巖夾碎裂結構體及裂隙密集發育帶，巖體完整性差，屬差巖體（Ⅳ）；巖體中局部有溶蝕較強的斷層帶，呈碎裂、散體結構，屬于極差巖體（Ⅴ類）。Ⅳ類、Ⅴ類巖體分布占大壩基礎巖體的5%以下。

2 地址缺陷處理方案

在工程施工過程中，兩岸及壩基進行爆破開挖后，發現了新的裂隙和斷層，對工程施工和后期運行形成較大的不安全隱患，必須盡快進行處理，保證后續工程施工正常進行。

左壩肩緩傾角裂隙極為發育，對左岸壩肩抗滑穩定構成了控制因素，處理方案研究了預應力錨索方案、抗滑樁方案和抗剪洞方案。考慮到需增加的抗滑力達到十萬噸級，采用預應力錨索方案需要預應力錨索的量巨大，布置困難，且處理效率低，投資大。抗滑樁方案由于左壩肩山體單薄，抗滑樁布置及施工較為困難，且置換效率低，對壩肩巖體損傷較大。抗剪洞方案由于對緩傾結構面集中處理，置換面積大，處理效率高，抗剪洞整體剛度大，施工簡單可靠，且能很好的適應隨著高程的增加需增加的抗滑力逐漸減小的趨勢。經方案綜合比較，左壩肩深層處理采取在高程EL302m～EL319m間設置兩個橫向和縱向抗滑洞的處理方案。

根據補充地勘成果和開挖揭露的實際地質條件，對f5斷層及f21、f30斷層破碎帶進行混凝土置換處理，置換高程為306m、318m、330m、345m。對控制右岸抗滑穩定的f23斷層破碎帶采取水平置換洞的處理方式，置換洞布置高程為306m。通過以上處理，右岸的抗滑穩定及變形穩定均得到了很好的解決。

現場施工中主要采用在左岸布置抗剪洞（見圖1）及卸荷巖體處理，右岸布置置換洞及壩肩二次開挖（見圖2）。左右岸壩肩下游布置錨索進行支護施工，壩基進行二次開挖及加固處理等措施。

3 壩肩二次開挖及支護施工

由于在大壩壩肩大部分開挖完成后，裸露的基巖面及自然邊坡卸荷巖體裂隙極為發育，所以需要進行二次開挖及支護施工。壩肩二次開挖施工主要包括左壩肩EL360m～EL438m下游側卸荷巖體，右壩肩建基面二次開挖及回填以及支護施工等。

開挖主要采用手風鉆進行剝離，人工出渣至河床，由于對巖石走向及裂隙發展情況需要在現場進行判斷，所以是邊施工邊規劃，確保開挖質量符合設計要求。

左右壩肩支護主要為錨索和錨樁支護，其中預應力錨索為2000kN級，L＝20m～40m，根據部位不同，深度有所變化。錨索及錨樁施工采用搭設腳手架，在腳手架上架設鉆機，按照設計孔位和方向進行鉆孔，鉆孔深度要比設計深度超出20cm左右，鉆孔完成后開始進行錨索、錨樁的安裝以及灌漿工作，并對錨索在14天后進行張拉。

4 壩基二次開挖及處理

根據現場開挖揭示的情況，EL287m河床建基面由于構造運動裂隙張開連續，局部巖體較為破碎，緩傾結構面發育，不能滿足大壩建基面的要求。參建各方經過共同研究決定，將大壩河床建基面全斷面開挖至高程EL279.0m，按基礎填塘處理回填C20混凝土。

河床建基面下調8m后，根據現場開挖揭露及補充鉆孔勘探及物探測試成果綜合分析評價，大壩高程EL279m建基面巖體大部分堅硬完整，可滿足大壩建基的要求，但對局部地質缺陷進行了適當處理。

左岸Ⅲ1區巖體裂隙發育密集，清基過程中發現由于開挖卸荷松弛及雨水浸泡后充填物軟化成泥，表層2m～3m范圍內的巖體已不能滿足建基面的要求，予以清除。底部布置Φ32@20cm×20cm的鋼筋網，以保證基礎受力均勻及整體性。

左岸Ⅲ2類巖體位于拱壩左岸上游，考慮其夾泥影響承載能力，采用了錨樁加固處理措施。根據現場實際施工能力及為加快施工進度，錨樁L=9m、孔徑φ110，采用3Φ28鋼筋捆綁焊接，梅花形布置。

橫河向長大裂隙Lj1橫穿河床建基面下游側直至左右兩岸邊坡，裂面平整光滑、鈣質及連續風化方解石沖填，并具有一定的寬度，最寬達0.8m。由于Lj1長大裂隙正好位于下游開挖邊界，不利于拱壩受力及荷載傳遞。為消除其不利影響，采取了擴挖1.5m的淺層槽挖置換處理措施。

河床壩基Ⅲ區巖體主要分布在左岸，左岸巖體質量總體較右岸差，建基面開挖起伏差大，對拱壩整體受力不利。為保證基礎受力均勻、提高左岸建基面整體承載能力，在高程279m建基面底部基礎填塘誘導縫以左布置Φ32@20cm×20cm鋼筋網。

5 左右岸抗剪洞和置換洞施工

（1）左岸緩傾結構面抗剪洞施工

左岸兩個橫向抗剪洞洞長分別為45m、63m，洞高分別為13m、17m，洞寬6m，兩個縱向抗剪洞洞長15m、洞高8m、洞寬5m，其抗剪洞規模已超出國內外同類工程。為確保抗剪洞周圍爆破松動和卸荷松動的淺表巖體對抗剪洞的傳力效果不構成影響，對抗剪洞洞周進行固結灌漿處理并布置φ25系統錨桿，固結灌漿孔間排距2.5m×2.5m，呈梅花形布置，孔深4.5m。

開挖采用自上而下分層開挖，每層開挖高度4m~5m，在開挖過程中進行了聲波監測，爆破震動均在允許范圍之內，開挖平整度較好，超挖較小，無欠挖。

抗剪洞開挖完成后開始進行混凝土施工，按照設計文件要求，首先進行固結灌漿后方能進行混凝土回填，施工工藝為：底層2排錨桿鉆孔并插錨桿→底板1m厚混凝土澆筑→底板固結灌漿→側墻、頂拱噴5cm砂漿→側墻、頂拱固結灌漿、錨桿制安→抗剪洞混凝土回填→回填灌漿和接縫、接觸灌漿。

在施工時由于1#和2#抗剪洞之間的相差4m高差，并且2個抗剪洞之間的升層高度不一致，所以在進行回填混凝土施工時在3#和4#抗剪洞的混凝土回填采用斜層澆筑法，預留大于1∶2的斜坡。在施工2#抗剪洞時進行找平施工。

混凝土回填施工按照分段分層的施工方法進行施工，并且在每段之間預留接縫灌漿管路，在混凝土和巖石接觸面預埋接觸灌漿管路。在混凝土回填完成齡期及溫度符合要求后進行接縫、接觸灌漿施工，以使混凝土和混凝土之間、混凝土和巖石之間緊密結合，使受力均勻分布。

目前施工已經全部完成，經過檢測各項指標良好，滿足設計要求和大壩安全運行要求。

（2）右壩肩斷層置換洞施工

根據地勘成果和開挖揭露的實際地質條件，對F5斷層及f21、f30斷層破碎帶進行混凝土置換處理，置換高程為306m、318m、330m、345m。對控制右岸抗滑穩定的f23斷層破碎帶采取水平置換洞的處理方式，置換洞布置高程為306m。其各個置換洞的長度由于根據破碎帶走向進行開挖置換，施工中時刻觀察破碎帶走向，鉆孔爆破進尺每一循環控制在2m，及時調整鉆孔方向，使破碎帶一直處于置換洞位置。置換洞洞高3.5m，洞寬為3.8m，洞頂成120°半徑為1.9m圓弧。置換混凝土等級為C25，并且對所有置換洞進行回填灌漿處理。通過以上處理，右岸的抗滑穩定及變形穩定均得到了很好的解決。

6 幾點認識和體會

（1）對基礎地質缺陷的處理是工程安全施工、進度和質量的前提和保障，是大壩工程施工的關鍵環節，要引起各方的高度重視。

（2）確定合理的施工方案可以在同等保證質量的前提下降低工程造價、加快施工進度。

（3）地質缺陷的處理本身就是因為出現了不安全因素要進行處理，所以在工程施工中安全問題要引起各方的高度重視和關注。

（4）前期的地質勘查工作尤為重要，詳細的地質勘查資料將為后續工作的開展提供良好的保證。陜西水利