建造在全风化基岩上的面板堆石坝趾板结构及其施工方法 【技术领域】
本发明涉及一种建造在全风化基岩上的面板堆石坝趾板结构及其施工方法。主要适用于水利水电工程中两岸全风化基岩深厚的面板堆石坝工程。
背景技术
面板堆石坝由于其安全性好、适应性强、工期短、造价低，成为一种富有竞争力的坝型。目前世界上已建的面板堆石坝已经超过400座；中国从1985年开始用现代筑坝技术设计和建造混凝土面板堆石坝，截止2007年，已建和在建的混凝土面板堆石坝已经超过150座，其中100m以上的高坝有37座。
中国绝大多数的面板堆石坝混凝土趾板建造在弱风化基岩上，少数工程趾板建造在强风化基岩上，趾板建造在全风化基岩上的面板堆石坝工程目前国内尚无工程实例。当两岸的全风化基岩深厚，尤其达到30m以上时，若要挖除全风化基岩将趾板建造在弱风化(或强风化)基岩上，趾板基础开挖很深，趾板基础开挖量和坝体回填工程量很大，工程投资也很大，大坝施工工期和电站发电工期将延长；因此，若能将趾板建造在全风化基岩上，就可以大大减少工程投资，缩短大坝施工工期和电站发电工期。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种简单实用，且防渗效果好的建造在全风化基岩上的面板堆石坝趾板结构及其施工方法，能够确保施工期趾板地基的承载力不受扰动，防止趾板不均匀沉陷引起裂缝，以达到可以将面板堆石坝趾板直接建造在全风化基岩上的目的，用最小的工程投资和最短的施工工期，确保面板堆石坝的安全。
本发明所采用的技术方案是：建造在全风化基岩上的面板堆石坝趾板结构，包括建造在全风化基岩上的混凝土趾板，其特征在于：所述趾板下游设置混凝土防渗连接板，混凝土防渗连接板顶部及下游铺设延伸至下游坝脚的反滤料，趾板上表面铺设防渗铺盖和废渣料，在全风化基岩上和相邻强风化或弱风化基岩上趾板的连接部位设置伸缩缝，伸缩缝内设止水。
所述趾板和全风化基岩之间设置8-12cm厚、标号为M10的砂浆垫层。
所述止水包括设置在伸缩缝内的D型止水铜片，伸缩缝表面铺设塑性止水材料。
所述混凝土防渗连接板的长度为上游水头的一半。
所述岸坡全风化基岩段趾板上表面设置防渗铺盖和废渣料，并与河床段防渗铺盖和废渣料连接为一体，其中，岸坡全风化基岩段防渗铺盖及废渣料的厚度为1-2m，河床段防渗铺盖厚度为2-3m，废渣料厚度为2-5m。
用于固定趾板的锚杆锚入全风化基岩的深度为6-7m，以确保在帷幕灌浆和固结灌浆期间不会引起趾板向上抬动。
在全风化基岩上建造面板堆石坝趾板结构的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
a、在全风化基岩表面开挖趾板地基，并预留50-100cm的保护层，在即将浇筑趾板混凝土前再进行人工开挖；
b、挖除保护层后，在全风化基岩上钻孔布置锚杆，锚杆锚入全风化基岩的深度为6-7m，再在全风化基岩上铺设8～12cm厚度标号为M10的砂浆垫层，砂浆垫层达到70％以上强度后浇筑混凝土趾板，其中趾板上按常规预留帷幕灌浆孔和固结灌浆孔；
c、在全风化基岩和相邻强风化或弱风化基岩上趾板的连接部位设置伸缩缝，缝内设置D型止水铜片，伸缩缝表面铺设塑性止水材料；
d、沿趾板预留固结灌浆孔向下钻进5-8m，将灌浆栓塞置于混凝土趾板内顶面以下0.05m-0.15m位置进行固结灌浆，灌浆浓度采用1∶0.8、1∶0.6两个比级，灌浆压力为0.1-0.2MPa；
e、沿趾板预留帷幕灌浆孔向下钻孔，采用孔口封闭，自上而下分段灌浆的方法进行帷幕灌浆，将灌浆栓塞置于混凝土趾板内顶面以下0.05m-0.15m位置，其中第一、二段的长度分别为2m、3m，灌浆压力分别为0.1-0.15MPa、0.15-0.25MPa，第三段开始往后长度均为5m，灌浆压力为0.25-0.35MPa，灌浆浓度采用1∶0.8、1∶0.6两个比级，帷幕灌浆施工按三序进行，帷幕灌浆孔孔距为2m，若某些孔段吸浆量大无法结束，帷幕灌浆孔的孔距可局部加密至1m或0.75m。
f、在趾板下游侧布置混凝土防渗连接板，其长度为上游水头的一半，使混凝土防渗连接板下游的水力坡度小于2，并在混凝土防渗连接板顶部及下游铺设由小区料、垫层料和过渡料组成的反滤料，反滤料延伸至下游坝脚；
g、在岸坡全风化基岩段的趾板上铺设1-2m厚的防渗铺盖，防渗铺盖从岸坡延伸至河床段，并与河床段防渗铺盖连接为一体；其中，岸坡全风化基岩段防渗铺盖顶部采用厚度为1-2m的废渣料保护，河床段防渗铺盖厚度为2-3m，废渣料厚度为2-5m。
本发明的有益效果是：本发明在全风化基岩表面开挖趾板地基，预留50-100cm的保护层，在即将浇筑趾板混凝土前再进行人工开挖，趾板地基全风化基岩不受扰动，从而确保了全风化基岩的承载能力；在全风化基岩上趾板和相邻强风化或弱风化基岩上趾板的连接部位设置伸缩缝，缝内设止水，从而有效避免了趾板不均匀沉陷引起裂缝问题；将面板堆石坝趾板直接建造在全风化基岩上，大大减少了趾板基础的开挖量和坝体回填工程量，减小了工程投资，缩短了施工工期；在趾板下游设置长度为上游水头一半的混凝土防渗连接板，使混凝土防渗连接板下游的水力坡度小于2，趾板上表面铺设粘土或粉土防渗铺盖和废渣料，延长了趾板基础的渗径，防止趾板基础下游发生渗透破坏，大大提高了坝体的防渗效果。
【附图说明】
图1是本发明截面图。
图2是本发明中趾板的截面图。
图3是本发明中趾板伸缩缝内止水布置结构图。
图4是本发明的平面图。
图5是本发明的上游立面图。
【具体实施方式】
如图1至图5所示，本实施例包括建造在全风化基岩2上的混凝土趾板1，所述趾板1下游设置混凝土防渗连接板7，其长度为上游水头地一半，使混凝土防渗连接板7下游的水力坡度小于2，防渗连接板7顶部及下游铺设延伸至下游坝脚的反滤料，本例中反滤料包括从上游到下游依次布置的小区料8、垫层料9和过渡料10；一般情况下当坝高高于70m时，都需要在河床段的趾板1上铺设防渗铺盖12(本例中防渗铺盖材料选用粘土或粉土)，由于本例趾板1建造在全风化基岩上，因此除了在河床段需要铺设防渗铺盖12外，还需要在岸坡全风化基岩段铺设防渗铺盖12，并从岸坡段延伸至河床段，与河床段的防渗铺盖12连为一体，同时在防渗铺盖12表面铺设废渣料13作为保护，本例中岸坡全风化基岩段防渗铺盖12和废渣料13的厚度均为1.5m，河床段防渗铺盖12的厚度为2.5m，废渣料13的厚度为3.5m；在全风化基岩2上趾板1和相邻强风化或弱风化基岩上趾板1的连接部位设置伸缩缝，伸缩缝内设止水，所述止水包括设置在伸缩缝内的D型止水铜片14，D型止水铜片14靠近上游端向下折弯入止水坑16内，伸缩缝表面铺设塑性止水材料15，本例中塑性止水材料可以为SR塑性止水材料，也可以为GB塑性止水材料。
所述趾板1和全风化基岩2之间设置10cm厚、标号为M10的砂浆垫层3，作为趾板1和全风化基岩2硬软结构的过渡层，由于趾板1在施工期和运行期的受力均较小，趾板1置于全风化基岩2上，其承载能力能满足要求。
为了防止在帷幕灌浆和固结灌浆期间趾板1向上抬动，将用于固定趾板1的锚杆4锚入全风化基岩2的深度加深为6.5m。
本实施例在实际操作过程中的施工方法包括以下步骤：
a、在全风化基岩2表面开挖趾板1地基，并预留75cm的保护层，在即将浇筑趾板1混凝土前再进行人工开挖，以保护好趾板1地基全风化基岩2不受扰动，同时不降低全风化基岩2的承载力。
b、将保护层挖掉后，在全风化基岩2上钻孔布置锚杆4，由于全风化基岩2提供的摩擦力较小，所以要适当加长锚杆4锚入全风化基岩2内的深度，比常规的锚杆4(通常为4～5m)加深2m，本例中取6.5m；在全风化基岩2上方铺设10cm厚、标号为M10的砂浆垫层3，作为趾板1和全风化基岩2硬软结构的过渡层；在砂浆垫层3表面浇筑混凝土趾板1，趾板1上按常规预留帷幕灌浆孔5和固结灌浆孔6；本例中，帷幕灌浆孔5仅布置一排，并位于趾板1约中间部位，固结灌浆孔6则布置两排，分别设在帷幕灌浆孔5的上下游两侧，实际施工过程中，可根据上游水头的大小，适当增加帷幕灌浆孔5和固结灌浆孔6的排数。
c、在全风化基岩2和相邻强风化或弱风化基岩上趾板1的连接部位设置伸缩缝，以防止全风化基岩2上趾板1和相邻强风化或弱风化基岩上趾板1发生不均匀沉陷，造成趾板裂缝，影响趾板1的防渗效果；伸缩缝内设置D型止水铜片14，D型止水铜片14靠近上游端向下折弯入止水坑16内，伸缩缝表面铺设面积为200cm2的塑性止水材料15，利用双层止水来提高防渗效果，塑性止水材料15可以为SR塑性止水材料，也可以为GB塑性止水材料。
d、和常规趾板1基础处理一样，同样需要在趾板1和全风化基岩2上进行固结灌浆，其主要作用是封闭全风化基岩2内可能存在的渗漏通道，减少渗流量，特别是趾板1与全风化基岩2之间的接触面是灌浆重点部位。固结灌浆施工方法同常规施工方法相同，施工可按一序进行，也可按两序进行，沿固结灌浆孔6向下一次性钻进6m进行灌浆，将灌浆栓塞置于趾板预留固结灌浆孔6内，并距离趾板1顶面0.1m，灌浆浓度采用1∶0.8、1∶0.6两个比级，灌浆压力取弱风化基岩灌浆压力的1/2，为0.15MPa。
e、在趾板1底部进行防渗帷幕灌浆，以减少趾板1以下全风化基岩2的渗漏量，采用孔口封闭，自上而下分段灌浆的方法进行帷幕灌浆；为了确保帷幕灌浆的效果和防止全风化基岩2在帷幕灌浆时产生挤压破坏，应采用低压浓浆，帷幕灌浆压力宜取常规灌浆压力的1/2左右；施工时，分段进行，其中第一、二段的长度分别为2m、3m，灌浆压力分别为0.1-0.15MPa、0.15-0.25MPa，第三段开始往后长度均为5m，灌浆压力为0.25-0.35MPa，灌浆浓度采用1∶0.8、1∶0.6两个比级；施工时要重点确保趾板1与全风化基岩2接触段的灌浆效果，趾板1与全风化基岩2地基接触部位的灌浆段(即上述的第一段)应先行单独灌注并待凝，即沿帷幕灌浆孔5向下钻进2m，然后将灌浆栓塞置于趾板预留帷幕灌浆孔5内，并距离趾板1顶面0.1m，采用0.12MPa的压力将浓度为1∶0.8、1∶0.6两个比级的浆液灌入待凝，再进行第二、第三段以及后续的灌浆；帷幕灌浆施工按三序进行，即一序孔的孔距为8m，二序孔的孔距为4m，三序孔的孔距为2m，若某些孔段吸浆量大无法结束，帷幕灌浆孔5的孔距可局部加密至1m或0.75m。
f、在趾板1下游侧布置混凝土防渗连接板7，其长度为上游水头的一半，使混凝土防渗连接板7下游的水力坡度小于2，并在防渗连接板7顶部及下游铺设由小区料8、垫层料9和过渡料10组成的反滤料，反滤料延伸至下游坝脚，其中小区料8、垫层料9和过渡料在下游侧的坡比不陡于1∶1.4，上游侧坡比不陡于1∶1。
g、在岸坡段全风化基岩趾板1上表面铺设1.5m厚的防渗铺盖12，顶部采用厚度为1.5m的废渣料13保护；河床段防渗铺盖12及废渣料13的厚度根据坝高情况比岸坡段适当加厚，本例中河床段防渗铺盖12厚度为2.5m，废渣料13的厚度为3.5m。当坝高大于70m时，通常在河床部位趾板1上表面设置防渗铺盖12，若仅对岸坡段全风化基岩段趾板1上表面铺设防渗铺盖12，将出现岸坡段趾板上表面防渗铺盖12沿坝轴线方向向河床段滑坡的情况，影响防渗效果。因此本例中将防渗铺盖12及废渣料13从岸坡延伸到河床段趾板1上部，确保岸坡段防渗铺盖12沿坝轴线方向的稳定，达到延长岸坡段趾板1的渗径和防渗效果的目的，防止趾板1下游坝基发生渗透破坏。如图5所示，本例中左岸岸坡为全风化基岩，而右岸岸坡为弱风化基岩，因此，仅需将防渗铺盖12从左岸岸坡段延伸至河床段即可。