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1、第三章基础工程本讲稿第一页，共七十五页概述一各类型的水工建筑物对地基基础的要求一各类型的水工建筑物对地基基础的要求1具有足够的强度，能够承受上部结构传递的应力；2具有足够的整体性和均一性，能够防止基础的滑动和不均匀沉陷；3具有足够的抗渗性和耐久性，防止发生严重的渗漏和渗透破坏及地下水的侵蚀破坏。本讲稿第二页，共七十五页二地基处理的方法二地基处理的方法1地基开挖：在地基范围内将不合设计要求的覆盖层、分化破碎有缺陷的岩层挖掉，是一种最通用可靠的处理方法2断层、软弱夹层、破碎带处理方法常用砼塞、砼拱、截水槽、防渗墙岩溶处理可用堵、铺、截、围、导、灌3土、砂砾石地基处理防渗：截水槽、打板桩、防渗墙、修
2、铺盖加固：预压、换砂、砂井、振动密实、打桩、灌浆等本讲稿第三页，共七十五页第一节第一节 基础开挖基础开挖一基础开挖一基础开挖坝基开挖平台示意 坝基开挖形态 沿坝轴线开挖图1定义：在地基范围内将不合设计要求的覆盖层、风化破碎有缺陷的岩层挖掉，是一种通用可靠的地基处理方法。2应解决的问题如下：及时排除基坑积水本讲稿第四页，共七十五页合理安排开挖程序，掌握“自上而下，先岸坡后河槽”的原则，分层开挖，逐渐下降。合理选定基坑开挖范围与形态。基坑开挖范围主要取决于水工建筑物的平面轮廓,同时考虑实际施工情况。基坑开挖要避免形成高边坡、深槽壁，要求基岩面比较平整，高差不宜太大，并尽可能略向上游倾斜同时考虑不同
3、坝型的要求正确选择开挖方法及开挖参数，保证质量和安全为重点做好开挖和利用石渣的综合平衡。本讲稿第五页，共七十五页二开挖方法二开挖方法对岩石地基而言，主要的方法是爆破开挖，采取控制爆破，分层向下，预留保护层的方式坝基爆破开挖的基本要求是：保证质量；注重安全；方便施工；综合平衡。保证质量具体在两个方面：1要求在爆破开挖过程中既有效地按分层逐层下挖，又要有效防止由于震动破坏保留岩体和设计基岩线下的岩体2要求在爆破开挖时防止对已建成的水工建筑物或已完工的灌浆地段造成损坏。本讲稿第六页，共七十五页坝基开挖平台示意本讲稿第七页，共七十五页坝基开挖形态本讲稿第八页，共七十五页沿坝轴线开挖图本讲稿第九页，共七
4、十五页第二节第二节 岩基灌浆岩基灌浆定义：就是把一定配合比的具有流动性和胶凝性的浆液，通过钻孔压入岩层裂隙中，经过胶结硬化后以提高岩基的强度，改善岩基的整体性和抗渗性。一岩基灌浆的分类及部位一岩基灌浆的分类及部位岩基灌浆示意图(一)岩基灌浆按目的可分为帷幕灌浆、固结灌浆和接触灌浆。本讲稿第十页，共七十五页1帷幕灌浆请看三峡二期工程大坝廊道灌浆目的：减少坝基的渗流量、降低渗透压力，保证地基的渗透稳定。部位：布置在坝基迎水面下的基础内，形成一道连续而垂直或向上游倾斜的幕墙本讲稿第十一页，共七十五页特点：孔较深，通常要求孔深入到岩基单位吸水率0.050.01L/（min.m.m）的等值线以下35m；
5、多采用单孔灌浆，使用的灌浆压力较大；斜幕一般比直幕效果好，但施工较复杂；灌浆时间应在水库蓄水前完成；通常都在基础灌浆廊道内进行，廊道尺寸通常宽23m，高34m。本讲稿第十二页，共七十五页2固结灌浆目的：提高和改善岩基的物理力学性能，减少开挖深度，增强防渗效果。部位：灌浆的范围主要根据大坝地基的地质条件、岩石破碎情况、坝型和基础岩石应力等条件而定。本讲稿第十三页，共七十五页n特点：孔深一般为58m，也有深达1540m；孔在平面上呈网格交错布置，通常采用群孔冲洗和群孔灌浆；灌浆时间多是在基础开挖和坝基基础部位混凝土浇筑等工序间穿插进行本讲稿第十四页，共七十五页3接触灌浆：目的：加强坝体混凝土与岸坡
6、或地基之间的结合能力，提高坝体的抗滑稳定性，同时也能增加岩基的固结强度和防渗性能部位：在固结灌浆部位，可结合固结灌浆进行特点：可通过混凝土钻孔压浆或预先在接触面上埋设灌浆盒及相应的管道系统；应安排在坝体混凝土达到稳定温度后，防止混凝土冷缩拉裂；灌浆压力通常不超过0.10.3Mpa。本讲稿第十五页，共七十五页n(二)岩基灌浆按材料可分为水泥灌浆、水泥粘土灌浆、化学灌浆。n三种材料比较：水泥浆液最为普遍，可靠、设备和工艺简单、成本低廉的优点；水泥粘土浆虽成本低但结石强度不高;化学灌浆是为解决有特殊地质条件或建筑物的裂缝等采用通常的颗粒材料难以灌进，成本较高，施工复杂，工艺要求严。本讲稿第十六页，共
7、七十五页二水泥灌浆对材料的要求二水泥灌浆对材料的要求1水泥：颗粒细、稳定性好、胶结性强、结石强度高和耐久性好，标号不低于425号。水泥细度要求一般来讲水泥颗粒粒径应不大于岩石裂隙宽度的1/31/5，水泥浆才易于灌入。普通硅酸盐水泥颗粒粒径一般多在4060m，所以难以灌入宽0.2mm以下的裂隙。灌浆所用水泥细度一般认为通过4900孔/cm2的标准筛的筛余量小于2%为好或比表面积3000cm2/g为好。本讲稿第十七页，共七十五页2掺合料：惰性材料如砂、粘土、粉煤灰用以节约水泥；活性材料如减水剂、速凝剂、缓凝剂等有助于加强浆液流动性和扩散性提高灌浆效果。3水：与一般混凝土拌和用水一样本讲稿第十八页，
8、共七十五页三灌浆施工工艺三灌浆施工工艺岩基灌浆单排灌浆孔灌浆孔1钻孔：请看各种钻孔机械，岩心钻机、履带式钻机、潜孔钻机、冲击式钻机钻孔机械：回转式钻机、风钻或架钻请看几种钻机1、2本讲稿第十九页，共七十五页要求：孔位、孔向、孔深应符合设计要求。孔位偏差不超过10cm，对垂直或倾角小于5度的帷幕孔其孔斜偏差不得大于表中的规定；孔径上下均一，孔壁平整；帷幕钻孔方向原则上应较多地穿过裂隙和岩层层面，钻孔角度通常控制在0度10度之间。本讲稿第二十页，共七十五页2冲洗：在灌浆以前将残存在孔底和粘滞在孔壁的岩粉铁末冲洗出孔外，并将岩层裂隙和孔洞中的充填物冲洗干净。冲洗方法有单孔冲洗和群孔冲洗。单孔冲洗：高
9、压压水冲洗：冲洗压力可采用同段灌浆压力的70%80%。回水洁净延续1020min就可结束。本讲稿第二十一页，共七十五页高压脉动冲洗：采用高低压力反复冲洗，先用高压（为灌浆压力的80%或100%）经510min后，将压力在几秒时间内突降到零，形成反向水流将裂隙中的碎屑带出，此时回水多浑浊，当回水变清后在升高到原来压力，如此反复直到回水洁净再延续1020min。本讲稿第二十二页，共七十五页扬水冲洗：对地下水位较高和地下水补给条件较好的钻孔可采用此法。冲洗时先将冲洗管下到钻孔底部，上端接风管，通入压缩空气，在孔中水气混合后，由于比重减轻，在地下水压力作用下再加压缩空气的释压膨胀与返流作用，夹带孔内碎
10、屑杂物喷出孔外。群孔冲洗：一般适用于岩层破碎、节理比较发育的岩层中本讲稿第二十三页，共七十五页3压水试验：压水试验主要是测定岩层的渗透特性，为岩基灌浆或处理提供必要的依据。在一定压力之下，通过钻孔将水压入孔壁四周的缝隙中，根据压入的水量和压水时间，计算出代表岩层渗透特性的技术参数。单位吸水率=Q/LH单位吸水率，L/(min.m.m)Q压入流量，L/minH试验压力，m，通常为同段灌浆压力的70%80%L试验孔段长度，m，与灌浆段长一致，一般为56m本讲稿第二十四页，共七十五页帷幕灌浆孔，每510min测读一次压入水量，当试验结果符合下列标准之一时即可结束试验，以最终流量作为计算流量，标准如下
11、：流量之一大于5L/min时，连续四次读数，其最大值与最小值之差小于最终值10%。流量均小于5L/min时，连续四次读数，其最大值与最小值之差小于最终值20%。连续四次读数，流量均小于0.5L/min。固结灌浆孔压水试验吸水量的稳定标准可按帷幕灌浆孔适当放宽。本讲稿第二十五页，共七十五页4灌浆：请看灌浆设备另看灌浆导管、高压喷射注浆钻孔灌浆次序：遵循分序加密的原则。a.分序加密，浆液逐渐挤压密实，可促进灌浆区域的连续性；b.逐序提高灌浆压力，有利于浆液的扩散和提高浆液的密实性；本讲稿第二十六页，共七十五页c.通过后灌序孔和单位吸浆量的变化可推断先灌序孔的灌浆质量和效果；d.可减少相邻孔串浆现象
12、，有利于施工。地基灌浆一般按照先固结后帷幕顺序。固结灌浆宜在混凝土覆盖的情况下进行，覆盖的混凝土一般应达50%设计强度后。本讲稿第二十七页，共七十五页灌浆方法：按灌浆时浆液灌注和流动的特点，分纯压式和循环式。按钻孔灌浆顺序，分全孔一次灌浆和分段灌浆。灌浆压力：通常指作用在灌浆段中部的压力，是灌浆施工中的重要控制参数一般而言在不致破坏岩基稳定和坝体安全的前提下，尽可能采用比较高的压力。本讲稿第二十八页，共七十五页灌浆压力的确定：a.灌浆压力的大小与孔深、灌浆要求、地质条件和有无压重等有关，可参考类似工程；b可通过压水试验确定临界压力作为依据一般认为帷幕灌浆表层孔段的灌浆压力不宜小于11.5倍帷幕
13、的工作水头，底部则以23倍工作水头为宜；固结灌浆的压力，浅孔无压重时，可采用0.20.5Mpa，有压重时，可采用0.30.7Mpa，深孔固结灌浆可参照帷幕灌浆确定。本讲稿第二十九页，共七十五页灌浆压力和吸浆率的控制及浆液稠度的变换：a以灌浆压力为主的控制适用于透水性不大，裂隙不太发育，岩层比较坚硬完整、使用的灌浆压力不高的地层。优点：优点：使细小的裂缝得到充分的灌注，有利于提高灌浆质量。缺点：缺点：可能造成浆液扩散太远，在缓倾角地质软弱面时，易引起岩层抬动。可结合吸浆率和浆液稠度一起考虑。当吸浆较小时应灌稀浆，尽快升到规定的最大灌浆压力；当吸浆率较大时，应灌浓浆，并逐渐升压。本讲稿第三十页，共
14、七十五页b以吸浆率为主的控制适用岩层破碎，透水性较大或使用的灌浆压力较高时。优点：优点：可以减少浆液的流失，不易引起岩层的抬动，不需使用大排浆量的灌浆泵。缺点：缺点：影响细小裂缝的灌注效果，增加钻孔数量。在灌浆过程中对吸浆率大小的控制，主要视地质结构而定。对具有缓倾角裂缝和软弱面的岩层，一般可控制在5L/（min.m）左右。若吸浆率大于规定值，就降低压力，以控制吸浆率不超过规定值。本讲稿第三十一页，共七十五页c浆液稠度变换岩基灌浆中的浆液稠即水灰比有81、51、31、21、1.51、11、0.81、0.61、0.51。灌浆过程中，必须根据灌浆压力或吸浆率的变化，适时调整浆液稠度。浆液稠度的变换
15、遵循由稀到浓的原则。当灌浆压力保持不变，吸浆率均匀减少时；或吸浆率不变，压力均匀升高时，不得改变水灰比。采用限量法控制时一般当某一级水灰比浆液的灌入量已超过限量，而灌浆压力或吸浆率均无改变或改变不明显时，应加浓一级水灰比。本讲稿第三十二页，共七十五页灌浆结束条件和封孔a结束标准：一般用两个指标控制，一个是残余吸浆量即灌到最后的限定吸浆量；一个是闭浆时间即在残余吸浆量的情况下保持设计规定压力的延续时间。国内帷幕灌浆工程中，大多规定在设计规定压力之下，灌浆孔段的单位吸浆小于0.4L/min时，延续3060min，就可结束；固结灌浆的结束标准是单位吸浆量小于0.4L/min时，延续时间30min。b
16、封孔：灌浆结束后，随即将灌浆孔清理干净用水泥砂浆填实。质量检查本讲稿第三十三页，共七十五页岩基灌浆示意图本讲稿第三十四页，共七十五页三峡二期工程大坝廊道灌浆本讲稿第三十五页，共七十五页岩基灌浆本讲稿第三十六页，共七十五页单排灌浆孔本讲稿第三十七页，共七十五页灌浆孔本讲稿第三十八页，共七十五页岩心钻机本讲稿第三十九页，共七十五页履带式钻机本讲稿第四十页，共七十五页潜孔钻机本讲稿第四十一页，共七十五页冲击式钻机本讲稿第四十二页，共七十五页1本讲稿第四十三页，共七十五页2本讲稿第四十四页，共七十五页灌浆设备本讲稿第四十五页，共七十五页灌浆导管本讲稿第四十六页，共七十五页高压喷射注浆本讲稿第四十七页，
17、共七十五页第三节砂砾地基灌浆砂砾地基灌浆一、砂砾石地基的可灌性一、砂砾石地基的可灌性砂砾石地基的可灌性是指砂砾石地层能否接受灌浆材料灌入的一种特性。它是决定灌浆效果的先决条件。1.可灌性决定因素主要决定于地层的颗粒级配、灌浆材料的细度、灌浆压力和灌浆工艺等因素。本讲稿第四十八页，共七十五页2.可灌性衡量参数在工程实践中,常以可灌比来进行衡量.M=D15/d85式中M-可灌比;D15-砂砾石地层颗粒级配曲线上含量为15%的粒径，mm；d85-灌浆材料颗粒级配曲线上含量为85%的粒径，mm；M越大，接受颗粒浆材的可灌性越好M=1015，水泥粘土浆；M15,水泥浆本讲稿第四十九页，共七十五页二、灌浆
18、材料二、灌浆材料岩基灌浆多用水泥浆，而砂砾石地基灌浆，以采用水泥粘土浆为好三、灌浆方法三、灌浆方法 砂砾石地层的钻孔灌浆方法有：1.打管灌浆2.套管灌浆3.循环钻灌4.预埋花管灌浆等。本讲稿第五十页，共七十五页第四节第四节 防渗墙施工防渗墙施工一防渗墙的定义及应用一防渗墙的定义及应用请看录像地下连续墙施工槽型防渗套接1定义：修建在挡水建筑物和透水地层中防止渗漏的地下连续墙。2应用：控制闸坝基础的渗流；坝体的防渗和加固；泄水建筑物下游基础的防冲；水工建筑物基础的承重等。3型式：槽孔型、圆型。请看圆型成墙图本讲稿第五十一页，共七十五页槽孔的尺寸：有效厚度有效厚度d（与结构、筑墙材料、筑墙方法有关）
19、钢板桩水泥砂浆水泥粘土砂浆灌注墙d仅1020cm；泥浆槽级配料填筑墙d达300cm；一般混凝土、粘土混凝土防渗墙d一般6080cm左右。本讲稿第五十二页，共七十五页n槽孔长度槽孔长度L的确定：的确定：一般为59米尽量采用较长槽孔，以减少槽孔之间接头数目；一个槽孔最好座落在地质条件相差不悬殊的地段上；保证砼浇筑时砼面上升速度不小于2m/h；本讲稿第五十三页，共七十五页保证造孔过程中不产生塌孔现象K墙厚扩大系数1.21.3V砼面上升速度m/hQ砼生产能力m3/hb槽孔厚度本讲稿第五十四页，共七十五页n槽段长度参考数据槽段长度（m）泥浆储量（m3）砼浇筑强度（m3/班）槽段砼方量（m3）砼浇筑历时（
20、班）槽段长度（m）40m300400150250100500121020406030040015025030060023816本讲稿第五十五页，共七十五页二防渗墙的施工二防渗墙的施工导向槽防渗墙施工平台请看防渗墙施工图、三峡防渗帷幕施工1造孔前准备工作导向槽的作用：控制造孔的方向、支撑上部孔壁。导向槽的材料：木料、条石、灰拌土、混凝土。导向槽的尺寸：宽：一般等于或略大于防渗墙的设计厚度；高：1.52.0m，导向槽底部高程高出地下水位0.5m以上，顶部高程要高于两侧地面高程。其他准备工作本讲稿第五十六页，共七十五页2泥浆固壁进行造孔泥浆固壁原理：如图泥浆固壁原理图所示，孔壁任意一点土体P的极限平
21、衡条件为：P1=P2P1泥浆压力P2地下水压力和土压力之和教材：P92本讲稿第五十七页，共七十五页例题：n在砂砾石地基中开挖槽孔深度10m.。地下水位低于槽口2m。用泥浆固壁，泥浆面低于槽口0.5m。砂砾石的内摩擦角为32，干容量2.2t/m3，比重2.69。求所需固壁泥浆的容量。本讲稿第五十八页，共七十五页本讲稿第五十九页，共七十五页泥浆作用：除固壁作用之外，在造孔中尚有悬浮岩屑和冷却润滑钻头作用，成墙后渗入孔壁的泥浆和胶结在孔壁的泥皮还有防渗作用。泥浆制浆土料要求：粘粒含量大于50%，塑性指数大于20，含砂量小于5%，二氧化硅与三氧化二铝比值以34为宜。造孔：造孔方法：钻劈法、钻抓法、分层
22、钻进、铣削法(教材：P93)终孔验收：本讲稿第六十页，共七十五页终孔验收项目和要求参考表终孔验收项目终孔验收要求孔位允许偏差孔宽孔斜一、二期槽孔搭结孔位中心偏差槽孔水平断面上槽孔嵌入基岩深度3cm设计墙厚41/3设计墙厚没有梅花孔、小墙满足设计要求本讲稿第六十一页，共七十五页清孔换浆：目的：消除回落在孔底的沉渣，换上新鲜泥浆，以保证混凝土和不透水层连接质量。标准：经过1h后，孔底淤积厚度不大于10cm，孔内泥浆比重不大于1.3g/cm3，粘度不大于30s，含砂量不大于12%。本讲稿第六十二页，共七十五页3成墙：方法：导管提升法。导管布置：可见图导管布置图导管由若干节2025cm的钢管连接，沿槽
23、孔轴线布置，相邻导管的间距不宜大于3.5m，最大不超过4m，一期槽孔两端的导管距孔端以1.01.5m为宜，当孔底高差大于25cm时，导管中心应布置在该导管控制范围的最低处。本讲稿第六十三页，共七十五页导管长等于安设部位的孔深加上槽孔上部的余高减去导管底与孔底的距离。浇筑混凝土：严格遵循先深后浅的顺序（从最深的导管开始，由深到浅一个一个导管依次开浇）必须连续浇筑（泥浆下无法进行冷缝处理），混凝土面上升速度2m/h，混凝土终浇顶面高于设计高程0.5m。防渗墙混凝土塌落度一般1820cm本讲稿第六十四页，共七十五页开浇开浇：下入导注塞，并在导管中灌入适量的水泥砂浆，准备好足够的混凝土；然后压入导注塞
24、到导管底部（使管内泥浆排出）将导管稍微上提，使导注塞浮出，将导管底端被泄出的砂浆和混凝土埋住。本讲稿第六十五页，共七十五页 续浇续浇：不断供应混凝土，保持导管埋入混凝土深度不小于1m，但不超过6m（以防泥浆掺混和埋管）；上升速度不应小于2m/h，高差控制在0.5m内。终浇终浇：最后几米（混凝土上升到离槽口45m）勤拔管，勤排泥浆，同时加水稀释泥浆。混凝土浇筑完后槽顶必须超过设计标高3050cm本讲稿第六十六页，共七十五页n三若混凝土浇筑出现质量问题可做如下处理三若混凝土浇筑出现质量问题可做如下处理1凿除已浇筑砼，重新浇筑2在需要处理的墙段上游侧补贴一段新墙3若地层可灌性好，宜在需要处理的墙段上游面进行灌浆或高压喷射灌浆处理。本讲稿第六十七页，共七十五页槽型防渗套接本讲稿第六十八页，共七十五页圆型成墙图本讲稿第六十九页，共七十五页导向槽本讲稿第七十页，共七十五页防渗墙施工平台本讲稿第七十一页，共七十五页防渗墙施工图本讲稿第七十二页，共七十五页三峡防渗帷幕施工本讲稿第七十三页，共七十五页泥浆固壁原理图本讲稿第七十四页，共七十五页导管布置图本讲稿第七十五页，共七十五页