1 工程简况
四寨水库位于贵州省贵定县北部新铺乡境内石板河上,水库主要任务为灌溉及人饮,水库设计灌溉面积 2. 05 万亩,并解决 1. 3 万人/1. 1 万头牲畜的饮水问题,水库总库容 456 万 mm³,水库大坝枢纽布置由拱坝( 主坝) 、重力墩、重力挡墙及混凝土面板堆石坝( 副坝) 组成,副坝最大坝高 18. 5m,坝顶宽 4. 0m,副坝长 118m,趾板采用平趾板方案,趾板宽度 4. 5m,趾板厚度 0. 8m.
施工开挖揭露右岸副坝基础 F9 断层带范围较宽,宽度为 35m,填充物质为紫红色、灰色页岩,黄色页岩,黑色炭质页岩等碎石,与梁山组( P1L) 接触段大部分风化成泥,自身渗透系数较小具备良好的防渗性能,但遇水极易软化,软化后力学参数迅速降低,虽然混凝土面板堆石坝对基础要求较低,但是混凝土面板堆石坝需要解决趾板过 F9 断层的基础处理问题,防止趾板基础及堆石体基础遇水软化.
2 F9 断层
副坝基础主要出露地层为二叠统栖霞组上段( P1q2) 灰色厚层灰岩,含燧石灰岩,厚度大于 50m,岩层产状走向 N65 ~75°W,倾向 NE,倾角 15°; 下二叠统梁山组( P1L) ,为褐黄色薄至中厚层砂岩夹页岩、黑色炭质页岩,厚 30 ~55m; F9 断层带顺河向发育.
根据探勘结果,F9 断层破碎带及影响带段宽35m,断层填充物呈碎石夹泥状; 建基面高程 1327 ~ 1329m,抗剪强度 φ = 14°c = 11kpa,变形摸量 E0 =1. 0Gpa,饱和压缩摸量 Es =4. 0Mpa,渗透系数 k =5. 5 ×10 -8( cm / sec) ,地基承载力 f0 = 400kpa.
根据对 F9断层内充填物的取样实验报告,在天然状态下其渗透系数较小( 6. 09 × 10- 8~ 5. 47 × 10- 9) ,自身具备良好防渗性能; 天然状态下其承载力及抗剪断参数均能满足工程要求,但遇水后极易软化,力学指标下降较快,因此需做好该部分的防渗处理,避免软化,保证其天然状态下的力学指标.
3 F9 断层带处理措施
根据常规设计原则,全部置换基础,开挖 F9 断层填充物质后回填混凝土不现实不可行.结合本工程实际情况以及 F9 断层填充物质的特性,只要承载力满足堆石坝基础要求即可,而 F9 断层天然状态下不仅渗透系数小,而且物理力学指标还是比较高的,天然状态下承载能力完全满足堆石坝的要求.需要解决的是防止渗漏,以免 F9 断层遇水软化后迅速降低力学指标.本工程副坝高 18m,承受压力水头不高,只要解决趾板防渗问题,做好趾板上游防渗及铺盖,延长上游渗径,以确保趾板基础及大坝基础 F9 断层填充物质不遇水软化即可.
设计在堆石坝上游侧设置土工膜防渗铺盖,范围从覆盖右侧梁山组至 F9断层及其影响带,向上游延伸 30m,与堆石坝趾板采用连接板相连,铺盖总面积 2800m2,在铺设土工膜之前应对铺设面进行清理,将铺设面范围内的草皮、树根、含有植物的表土、蛮石、垃圾及其它废料清除,并将清理后的表面压实,同时对清理面喷设一层水泥砂浆.此铺盖能较好地延长渗径,同时利用 F9断层填充物自身较好的防渗性能,使其软化部分仅在防渗铺盖外缘,而不致向深部发展影响工程安全.
3. 1 堆石坝基础 F9 断层及其影响带处理
( 1) 趾板上游侧沿现地表向下开挖至 1327. 0m 高程,堆石坝基础开挖至 1325. 0m 高程,开挖后对该部分基础碾压密实.( 2) 喷设一层水泥砂浆封闭碾压后的开挖面.( 3) 在基础面铺设土工膜防渗体,防止天然降水从坝体渗漏进入 F9 断层内使断层充填物软化,土工膜上游与堆石坝趾板采用连接板相连,该部分土工膜工程量为 1400m².( 4) 土工膜上部铺设厚 0. 5m 碎石保护层,在其上进行堆石坝填筑.( 5) 在下游坝坡与地面交接处设置排水沟,截住坝内渗水.
坝基面铺设的防渗土工膜均与趾板相连,与趾板下防渗帷幕共同构成了对该部分基础良好的防渗保护,使基础不致遇水软化,从而能保证工程的安全.
3. 2 F9 断层及其影响带趾板设计
根据对 F9 断层内填充物所做实验,可知断层填充物在不被破坏时为不透水体,是极好的防渗材料,只是遇水后极易软化.因此对趾板通过 F9 断层及影响带采用了以下处理措施: ( 1) 趾板常规处理措施: 对趾板基础应先进行固接灌浆及帷幕灌浆,后采用锚筋与基岩进行锚固,锚筋直径为 25mm,间距 1. 5m,伸入基岩 3m,全长 4m,顶端弯成 180°弯钩与趾板底座内钢筋相钩连.( 2) 趾板特殊段处理措施: 对开挖后的趾板基础面铺没厚 0. 5m 碎石,碾压至中密度后,在碾压面上制作 C20 钢筋砼趾板,并设置 3. 4m 长的拖板; F9 断层区趾板宽度设计为 6. 5m,比其他部位常规 4. 5m 宽趾板宽 2m,增加渗径; F9 断层区趾板进行满仓浇筑,在趾板上游侧设置 8m 长的铺盖,也是起增加渗经长度;4 处理效果.
四寨水库于 2012 年竣工,水库已经蓄水运行.本工程副坝为一个堆石坝低坝,承受水压力较小,副坝基础发育范围较宽的 F9 断层带,趾板基础无法避开断层带,设计对 F9 断层的宽度范围、断层走向、倾角、填充物质的特性、堆石坝的受力特点等进行针对性的分析研究,确定采用封闭断层开挖面,增加趾板上下游渗径长度的方法进行处理.处理方法简单明了,针对性强,经过蓄水运行的检验,四寨水库副坝运行良好,不存在渗漏现象,堆石坝沉降较小,属正常情况,处理方法有效.
5 结束语
趾板是整个混凝土面板堆石坝防渗系统"承上启下"的部位,趾板基础若处理不好,易造成趾板变形滑动挤压面板,从而破坏周边缝,破坏整个防渗系统.本工程 F9 断层走向呈顺河流方向发育,影响范围宽度达 35m,趾板无法避开 F9 断层,其填充物天然状态下物理力学参数较高,遇水易软化,力学参数迅速降低,断层填充物质自身渗透系数较小,防渗性能较好.作为堆石坝基础或趾板基础,主要针对其遇水软化的特点,增加渗径长度,加宽趾板宽度,趾板后设置托板,趾板上游采用铺盖增加渗径长度,堆石坝基础采用土工膜封闭基础,从而保证趾板基础和堆石坝基础断层填充物质天然状态的力学参数,达到工程设计的要求.从工程蓄水运行检验的情况看,处理方法有效.可供类似工程借鉴.
参考文献
[1]曹克明,混凝土面板堆石坝,中国水利水电出版社,2008.
[2]SL228-98 混凝土面板堆石坝设计规范. 北京: 中国水利水电出版社,1998.
[3]DL5016-93 混凝土面板坝设计导则. 北京: 中国电力出版社,1993.
