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1、3.1岩基开挖与处理第一节第一节 岩基开挖与处理岩基开挖与处理 n一、开挖一、开挖：按照设计要求，将不能作为建筑物地基的缺陷岩层挖除，使水工建筑物修筑在坚实可靠的岩体上。n（一）岩基开挖标准的确定（一）岩基开挖标准的确定n1.依据设计图纸确定开挖长度、宽度。依据设计图纸确定开挖长度、宽度。n2.依据施工规范确定开挖深度依据施工规范确定开挖深度(风化程度）。风化程度）。n3.首先满足地质要求，其次满足结构要求。首先满足地质要求，其次满足结构要求。（二）开挖作业前的准备工作n1.完成施工测量控制网的设计和建立。n2.依据设计文件、施工规范、现场条件和施工水平，编制石方开挖施工措施计划。措施计划内容
2、：n（1）工程概况。n（2）开挖施工布置图。n（3）开挖方法、程序和施工作业措施。n（4）爆破方法和典型爆破参数。（二）开挖作业前的准备工作n（5）边坡和岩基保护措施。n（6）出渣、弃渣措施和渣料利用计划。n（7）施工排水措施。n（8）施工进度计划。n（9）施工设备和辅助设备配置计划。n（10）劳动力及材料供应计划。n（11）现场生产性试验计划。n（12）施工安全与环境保护措施。n（13）施工组织管理机构与质量控制措施。（三）开挖应遵循的基本原则和方法 n1.及时排除基坑积水、渗水、地表水，确保开挖在不受水的干扰下进行。n措施措施：在基坑开挖区周边、裂隙发育带设排水沟或集水井。一般设在永久建筑
3、物边线尺寸外。3.合理确定基坑开挖范围与形态n1）建筑物的地基开挖以后要求基岩面平整，并尽可能向上游倾斜或形成台阶.坝基开挖形态（a）锯齿形；（b）台阶形 1原基岩面；2基岩开挖面 n2）原基岩面高差过大（岸坡坝段）要开挖成一定宽度的平台。平台宽度约占坝段的1/2至1/3。n3）开挖范围比永久建筑物的平面尺寸略宽，主要满足机械的运行、道路的布置、施工排水、立模与支撑的要求。放宽的范围一般从几米到十几米不等。4.建基面保护层开挖n1）重力坝建基面岩性规定：n坝高70m以上：达到微风化或弱风化岩下部n坝高3070m：达到微风化至弱风化岩上部n2）保护层开挖一般要求：对于建基面1.5m以上的一层岩石
4、 称为保护层。保护层一般分二层开挖，要采用手风钻钻孔、少药量、火花起爆。对于软弱破碎的基岩，应留出2030cm的撬挖层。5.开挖验收标准n1）无活石、无反坡；n2）起伏差控制在2030cm内；n3）无浮渣；n4）无积水；n5）无水锈；n6）涌水要妥善处理（引、排、堵）。6.做好开挖和利用石碴的综合平衡规划 n1.优点：充分利用开挖的土石料，不仅可以大大减少弃渣用地，而且可以同时进行相关的工程项目，节约大批建设资金。如：用基坑出渣修筑土石付坝和围堰；用基坑石料制作混凝土骨料；尽量作到料尽其用。2.弃渣场地的规划，应注意以下几点：n弃渣场地作为施工总平面的布置，统筹规划，即方便施工，又节省出渣费用
5、。n不能恶化水流条件：影响围堰防渗闭气，抬高尾水和堰前水位，阻滞河道水流，影响水电站，泄水建筑物的正常运行影响渡汛安全等，有害物质的废渣不准堆在河床中。n力求少占或不占耕地，以免影响农业生产n尽量作到弃渣一次到位，避免二次搬运，以节约资金，降低工程造价。二、断层破碎带处理n(一)断层处理n1.断层：岩层或岩体受力而产生断裂，并沿断裂面两侧发生显著位移的断裂构造称为断层。断层两侧常形成强度较低的岩体破碎发育带称为断层破碎带。n2.危害：地基强度、承载力、抗渗性降低，危害大坝安全。3.处理方法n1）对于埋深浅的断层破碎带多采用明挖换基。即将破碎带一定深度（断层宽度的1.52倍）两侧破碎风化的岩石清
6、除，回填砼，必要时铺设限裂钢筋和进行接触灌浆。n2）对于宽度较大，埋深较深的断层破碎带，设置砼塞（砼塞的宽度一般要取断层宽度的11.5倍），增加该部位的固结灌浆或帷幕灌浆。图 陡倾角断层破碎带处理 1灌浆廊道；2混凝土塞；3断层破碎带；4水平混凝土塞 5固结灌浆；6帷幕灌浆；7排水孔 （二）缓倾角软弱夹层的处理n1.概念：倾向下游的水平节理称缓倾角；软弱夹层主要是指基岩层面或裂隙面中强度较低，已泥化或遇水容易泥化的夹层。n2.危害：产生滑动和渗漏。3.处理方法 1）加深开挖，在坝踵及坝址设置两段齿槽。n2）设置抗剪桩或抗剪键槽。n3）采用预应力锚索加固。n4）适当改进坝体结构。如利用上游水重增
7、加稳定。图 缓倾角夹层处理 1灌浆廊道；2上游齿槽；3下游齿槽；4软弱夹层；5排水孔；6灌浆帷幕 图 抗剪桩锚固地基1帷幕灌浆廊道；2抗剪桩；3软弱夹层；4排水孔；5灌浆帷幕 图 预应力锚索锚固 1灌浆帷幕；2排水孔；3下游排水孔；4预应力锚索；5软弱夹层；6冲刷坑（三）岩溶处理n1.岩溶：可溶性岩层长期受地表水或地下水溶蚀和溶滤作用后，所产生的一种自然现象。主要是白云岩和石灰岩。n2.危害：削弱地基承载力，形成渗水通道。3.处理方法n1）直接挖出回填砼；适用于较小、较浅的溶槽、溶洞。n2）洞挖回填置换并灌浆；适用于深长的溶槽或溶洞。n3）修截水墙、回填砼塞、高压灌浆；适用于有贯通性地下空腔的
8、溶洞。n4）高压喷射灌浆；适用于大型、内含松散物质的溶洞。第二节 软基开挖与处理 n一、砂砾石地基的处理方法n1.修建截水槽：在坝基沿坝轴线方向开挖一条沟槽，槽底直达岩基，槽内回填土料。n2.设水平铺盖：铺盖长度L=（35）H作用水头。采用水平铺盖防渗时，在下游必须做相应的减压排水工程，以降低渗透压力和提高允许渗透比降，防止发生管涌和流土等渗透破坏。一、砂砾石地基的处理方法n3.筑混凝土防渗墙：中小型工程墙厚0.50.8m，防渗墙顶部插入防渗体内部24m，其周围34m范围采用高塑性粘土填筑，防渗墙两端插入防渗体610m。n4.砂砾石灌浆：n 可灌比M15，灌水泥浆；n 可灌比M=10-15，灌
9、水泥粘土浆 可灌比M=5-10，灌高细度水泥粘土浆二、淤泥坝基处理n流砂：开挖基坑时，由于原地下水位与基坑内水位相差悬殊，因此，形成的动水压力也大，可能使渗流携带泥沙从基坑底部向上喷冒，在边坡上形成管涌、流土现象，即流砂现象。n在渗流水作用下土颗粒群体运动，称为“流土”。n填充在骨架空隙中的细颗粒被渗水带走，称为“管涌”.二、淤泥坝基处理n处理方法：n1.置换法；这种方法用于软土层在2-3m以内，较为经济。n2.加固法：加盖重、打沙井、预压加固；n3.垂直铺塑。第三节 防渗墙施工n混凝土防渗墙是水工建设中较普遍采用的一种地下连续墙，是透水性土土基防渗处理的一种有效措施。n混凝土防渗墙是利用专用
10、的造槽机械设备成槽，并在槽孔内注满泥浆，以防孔壁坍塌，最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇注混凝土并置换出泥浆，筑成墙体。墙体既可以做成刚性的，也可以做成塑性、柔性的。一、成槽技术n各种混凝土连续墙施工工艺的区别，主要在于成槽方法和排渣方法的不同。n在成槽方面，有锯槽法和挖掘法。锯槽法中，有往复射流式开槽、链斗式开槽、液压式开槽；挖掘法所用机具中，有抓斗、冲击、回转钻或两者并用的钻具。n在出渣方面，有正循环、反循环的泥浆出渣和不循环出渣。正循环是指通过管道把泥浆压送到槽孔底，泥浆在管道的外面上升，把土渣携出地面；反循环是指泥浆从管道外面自然流到槽孔内，然后在槽孔底与土渣一起，被抽到地面上来；不循环是
11、指用抓斗挖槽，泥浆处于不循环状态。（一）锯槽法成槽 n1往复射流式开槽机成槽施工图3 往复式射流开槽机1.牵引绳 2.牵引机 3.主减速机 4.曲轴 5.滑动元件 6.摇臂 7.刀杆8.卷扬机 9.刀架（大臂）10.反循环泥浆管 11.喷嘴 12.刀齿13.后行走轮 14.大架 15.主机架 16.铁鞋 17.转盘 18花兰丝 图 往复式射流开槽机造槽成墙工作原理图1.地基 2.喷水嘴 3.刀齿 4.刀杆 5.大臂 6.反循环泥浆管7.注满泥浆槽孔 8.隔离体 9.漏斗导管 10.已浇混凝土1往复射流式开槽机成槽施工n往复式射流开槽机最适合于砂壤土、粉土地层的作业。由于运用了锯的切割作用、犁的
12、翻土作用、高压水（泥浆）的射流冲击作用，所以对砂壤土、粉土地层特别有效。该机拥有100多个射流喷嘴，出口流速达到20/s，锯、犁和射流的共同作用切开土体，由反循环抽砂泵迅速排出粗颗粒液体和沉渣，从而成槽。同时由循环水（泥浆）形成浆液，起到固壁作用。2链斗式开槽机成槽施工 n其最大优点是对粘性土、直径小于15cm的砂石土层作业特别有效。图313 链斗式开槽机造槽成墙工作原理图1.地基 2.挖斗 3.链条 4.大臂 5.注满浆液槽孔6.隔离体 7.漏斗导管 8.已浇混凝土 9.吊绳3液压开槽机成槽施工n液压系统使液压缸的活塞杆做垂直运动，带动工作装置的刀杆做上下往复运动，刀杆上的刀排紧贴工作面切削
13、和剥离土体，被切削和剥离的土体及切屑，由反循环排渣系统强行排出槽孔，作业中使用泥浆固壁，开槽机沿墙体轴线方向全断面切削，不断前移，从而形成一个连续规则的条形槽孔。n液压开槽机可以在各种土层中进行连续开槽作业，负载能力90160KN，最大成槽深度45，开槽宽度0.180.4，排渣粒径小于8cm，一般地层开槽效率1314m2/h。图314液压开槽机造孔成墙工作原理图1.锯齿型刀排 2.地基 3.主机 4.刀杆 5.注满泥浆的槽孔6.隔离体 7.漏斗导管 8.已浇混凝土（二）挖掘机具成槽 n1修筑导向槽n（1）导向槽的作用 n1）导向作用n2）定位作用n3）泥浆保持作用n4）孔口保护作用 （2）导向
14、槽的形式图315 导向槽的形式A.直板型 B.倒型 C.型 D.槽型2成槽机具n挖掘成槽机具又称挖槽机，有冲击钻机、抓斗式成槽机、回转钻机。n（1）冲击钻机成槽n常用的钻头有十字型钻头和空心钻头，适合于各种土质情况作业。另外，配有接渣斗和捞渣筒等专用工具。n布孔原则是，主孔孔径等于墙厚，两个主孔的中心距为2.5倍孔径（边到边为1.5倍孔径），墙厚一般为6001200mm 图316 CZ型冲击钻机造孔A.钻主孔 B.劈打副孔1.主孔 2.副孔 3.孔内注满泥浆（2）抓斗式成槽机成槽n液压抓斗式成槽机比冲击钻机具有更大的适用性。它可以在坚硬的土壤与砂砾石中成槽，能挖出最大直径m左右的石块，成槽深度
15、可达60。n抓斗式成槽机成槽是一种与钻机配合的先钻后抓法，也叫两钻一抓法或钻抓成槽法。图317 GDW3型抓斗式成槽机成槽1.行走支撑机构 2.主电机 3.支撑滑轮 4.收放机构 5.冲抓挖斗（2）抓斗式成槽机成槽n反循环钻成孔是对砂士层较适宜的成孔方式，可钻挖地下水位以下的厚细砂层。缺点：很难钻挖比钻头吸泥口口径大的卵石(15cm以上)层；土层中地下水压力较大或有流动状态的水时，施工较困难；废泥水处理量大，钻挖出来的土砂中水分多，弃土影响环境。二、泥浆固壁壁n（一）泥浆的作用n稳固槽壁作用n悬浮携渣作用n冷却润滑作用（二）泥浆固壁原理（二）泥浆固壁原理re泥浆密度r水密度r0土的密度rw土的
16、饱和密度k土的侧压力系数三、混凝土灌注 n地下连续墙是在泥浆下（或水下）灌注混凝土。泥浆下灌注混凝土的施工方法主要有刚性导管法和泵送法，可根据工程条件进行选择。其中刚性导管法最为常用，要点是：泥浆下混凝土顺竖向导管下落，利用导管隔离泥浆（或环境水），导管内的混凝土依靠自重压挤下部导管出口的混凝土，并在已灌入的混凝土体内流动、扩散上升，最终置换出泥浆，保证混凝土的整体性。图 混凝土导管灌注示意图A.待浇 B.压球 C.提升导管 D 灌注 A.B.C.D 图 导管布置图（单位：m）1导墙；2受料斗；3导管；4混凝土；5泥浆 灌注混凝土注意的问题(1)开灌前，先向导管内放入一个能被泥浆浮起的隔水栓（
17、球），开灌时先注少许水泥砂浆，紧接着注入混凝土，然后稍向上提升导管，同时要保证导管内充满混凝土并能在隔水栓（球）被挤出后，埋住导管底部。n(2)灌注应连续进行，导管也需不断提升，若因意外事故造成混凝土灌注中断，中断时间不得超过30min。灌注混凝土注意的问题 n(3)混凝土面上升速度不应大于2m/h，导管埋深16，混凝土的坍落度为1822cm，扩散半径为1.52.0m。R=5.15SVR混凝土扩散半径，S混凝土塌落度，V混凝土浇筑上升速度，.经验系数灌注混凝土注意的问题n（4）当达到距槽口4-5m时，由于导管内混凝土压力减小，混凝土扩散能力减弱，易发生堵管或夹泥浆层。此时应加强排浆与稀释，同时
18、抬高漏斗等措施。n（5）混凝土浇筑结束后，槽顶应高于设标高50cm，以确保防渗墙的质量。四、接头处理n锯槽法造槽成墙，分隔槽段常采用隔离体法，隔离体有钢性隔离体和土工布袋隔离体两种。n挖掘法造槽灌注地下连续墙，一般划分为若干槽段进行灌注施工，相邻两槽段的衔接部分称为接头，常用的接头方式有钻凿式和预留式两种。四、接头处理n（）套打一钻法：一期槽孔混凝土灌注成型后，在其端部套打部分成型混凝土，供二期槽孔内灌注混凝土及接头用。该法的特点是施工简便，适用于各种地层，但工程量增加，接头质量不易保证。n（）双反弧法：双反弧接头是在两邻槽孔间留下约一钻孔长度，待两邻槽孔间混凝土灌注成型后，从预留长度处，用双
19、反弧钻头钻除四个角，孔内灌注混凝土接头。这种接头适于一般粘土或砂砾石地层，孔深一般不超过40，若超过40时，必须有相应的措施。四、接头处理n（）接头管法n施工方法是在一期槽孔两端下入接头管，待混凝土浇注后，拔出接头管形成接头孔，孔内灌注混凝土。接头管适用于各种地层，其深度根据起拔能力决定，一般用于孔深40以内，墙厚0.60.8m的连续墙。n（）拉管法n由接头管衍生的接头形式，当孔深较大时全孔深的接头管起拔困难，可在一期槽孔内灌注时，在孔底1520范围下接头管，上部用钢丝绳或细钢管牵引，当灌注混凝土达初凝时，上提接头管一段距离，再灌注混凝土，重复做到槽孔内灌注满混凝土，最后将管全部拔出形成接头，
20、供二期槽孔内灌注混凝土用。第三节 土工膜施工技术n一、概述n目前，国内外通常采用聚氯乙烯(PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)、氯化聚乙烯(CPE)等原料，制造土工合成材料，形成了八大系列产品，如土工织物、土工膜、土工网、土工格栅、土工席垫、土工织物模袋、土工复合材料及相关产品等。n目前，国内外堤坝渗流控制中所应用的土工合成材料，主要是相对不透水的土工膜和透水反滤的土工织物。1.特点n土工膜用于坝基垂直防渗的施工技术简称为垂直铺塑。n由于塑料类土工膜具有优良的物理力学性能，价格便宜，施工方便迅速，适应变形能力强，有良好的不透水性，其本身渗透系数一般小于 10-11cm/s；寿命长，在地下良好的保
21、护状态下，其工作寿命至少在30年以上。因而应用于许多水利工程。2.基本原理n首先用链斗式或往复式开槽机，在需防渗的土体中垂直开出槽孔，并以泥浆稳固槽壁，然后将与槽深相当的卷状土工膜下入槽内，倒转轴卷，使土工膜展开，最后进行膜两侧的填土，即形成防渗帷幕。回填时，先在槽底回填粘土，厚度不小于m，目的是密封接头。接着回填与坝基土质相同的土，待其下沉稳定后，往槽内继续填土压实，再将出槽后的土工膜与建筑物防渗体系妥善连接，并做好防止建筑物变形的构造。图 工程施工流程图 二、垂直铺塑防渗技术适应范围围 n（1）透水层深度一般在12以内。n（2）透水层中大于5cm的土粒含量不超过10（以重量计），其少量大石
22、块的最大粒径不超过15cm，或不超过开槽设备允许的尺寸。n（3）透水层中的水位能满足泥浆固壁的要求。n（4）透水层底为符合防渗要求的岩石层或不透水层。n（5）透水层中流砂夹层或纯中粗砂段所占比例很少，不超过防渗深度的1/3，泥浆能够固壁。三、下膜施工n1下膜形式n一是重力沉膜法；二是膜杆铺设法。图 重力沉膜法下膜1.膜 2.重力卷筒 3.预留膜 4.泥浆槽孔图323 膜杆铺设法下膜1.上牵引绳 2.前膜杆 3.膜杆旋转下膜 4.下牵引绳 5.膜卷6.下膜器 7.后牵引绳 8.后膜杆 9.后膜牵引固定绳 10.前进方向2.PE土工膜铺设施工技术要求n）大捆PE土工膜的铺设宜采用拖拉机、卷扬机等机
23、械；条件不具备或小捆PE膜，也可采用人工铺设。n）按规定顺序和方向，分区分块进行PE土工膜的铺设。n）铺设PE土工膜时，应适当放松，并避免人为硬折和损伤。n）铺设PE土工膜时，膜片间形成的结点，应为字型，不得作成十字形。2.PE土工膜铺设施工技术要求n）PE土工膜焊缝搭接面，不得有污垢、砂土、积水（包括露水）等影响焊接质量的杂质存在。n）铺设PE土工膜时，应根据当地气温变化幅度和工厂产品说明书要求，预留出温度变化引起的伸缩变形量。大约35。n）槽孔弯曲处应使土工膜和接缝妥贴槽孔。2.PE土工膜铺设施工技术要求n）PE土工膜铺设完毕、未加保护层前，应在膜的边角处每隔25m，放一个2040kg重的砂袋。n）PE土工膜应自然松弛地与支持层贴实，不宜折褶、悬空。特殊情况需要褶皱布置时，应另作特殊处理。3.土工膜的搭接 n土工膜各条幅间现场搭接宽度不小于10cm，搭接方法有焊接法、黏结法、折叠法、重叠法，最常用的是焊接法和黏接法。搭接方法应根据施工现场的实际情况和复合土工膜的材质、有无甩边来确定。四、回淤和填土n垂直铺塑的最后一道工序是回填，下膜后回填一般是回淤和填土相结合。回淤即是利用开槽时砂浆泵抽出的槽中砂土料浆液进行自然淤积。由于不够满槽的回淤需要量，需另外备土补填。回填土料不应含有石块、杂草等物质，其质量应符合设计要求。