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高混凝土重力坝建基岩体超前信息分析及优化研究

张勇  
【摘要】: 水电工程前期勘探工作大多集中在两岸坝肩,而坝高最高、荷载最大的河床或深厚覆盖层下坝基岩体,仅通过少量的钻孔有所揭示,无法直观观察,更谈不上开展现场试验;通过坝基地段较为分散的有限的点上的勘探,多数是在定性判断的基础上,选择了建基面位置;至施工图阶段,依照招标设计文件,就一挖到底,直接开挖至设计建基面位置。因而,建基岩体的利用是否合理,建基面位置选择是否最优等等,留下了较多的悬念。 针对高混凝土重力坝建基岩体工程地质评价中的上述问题,在开挖至设计建基面之前的中间阶段——“前开挖”阶段,借助大面积施工场面、大规模施工设备,采用新的检测方法、技术手段,对坝基岩体开展超前信息分析,获得岩体的各项工程地质信息,尤其是在施工过程中对尚未开挖的坝基深部岩体及时进行检测、分析,对开挖面以下坝基岩体作精确预报、评价,并及时反馈各项信息,开展设计调整,动态分析、评价建基岩体工程地质特性,并最终服务于建基岩体质量的合理评价及建基面位置的优化选择。 本文以金沙江龙开口水电站为研究对象,开展了全面的建基岩体超前信息分析工作,介绍了整套超前信息分析的方法和技术,最终工程岩体得到了充分的合理利用,并优化了建基面。研究内容包括: (1)控制性软弱层带的超前信息分析及追踪检验 针对龙开口水电站坝基开挖过程中揭露的规模较大的软弱层带,在现场详细调查的基础上,开展超前信息分析,并随着施工的进程随时进行追踪检验,对控制性软弱层带对建基岩体的影响进行了预测、评价,判断软弱层带至建基面位置后宽度变窄、规模变小,无需调整建基面开挖深度。开挖至建基面后揭露情况与超前分析成果一致。 (2)缓倾角结构面的超前信息分析及原地判别 超前分析、判断建基岩体深部是否存在连续性的规模较大的缓倾角弱面;对已局部揭露的缓倾弱面在岩体深部的分布特征及范围开展超前信息分析。 对缓倾角硬性结构面开展原地判别,在精细的现场结构面实测的基础上,研究了一种对建基岩体具有实际意义的面连通率的计算方法,并对缓倾硬性结构面对坝基岩体稳定的影响进行了分析。 (3)对建基岩体质量开展超前信息分析,并采用多种方法对岩体质量进行评价,借助三维实体模型对岩体质量进行直观展示,超前对建基岩体质量进行分析、判断,对质优岩体予以保留,对质差岩体作好工程处理预案,整个施工地质工作均处于一个动态的过程。经开挖至建基面后再次检验,超前分析成果准确,建基岩体质量满足要求。 (4)介绍了多个现场岩体力学试验新技术,并应用于工程实际: ①自载式地基变形试验 以导师及研究组开发的自载式地基变形试验,论述试验方法和过程,经多个工程实际应用,评价试验成果的可靠性,并由296个试验样本建立的变形模量-声波波速关系式: Ln ( E0 )= 3.098?Ln(Vp)?23.53,相关系数高,且有一定的安全裕度,具有普遍应用意义。依照关系式对龙开口水电站深部建基岩体变形模量进行了分析,并在开挖至建基面后再次开展变形试验,与超前分析成果基本一致。 ②自载式现场大剪试验 对传统大剪试验进行改进,介绍导师及研究组开发的可在任意地段开展的大剪试验方法,论述试验方法和技术手段,尤其对于河床坝基勘探阶段无法开展现场大剪试验的地段,在施工阶段采用新开发的试验技术,快速获得强度参数,作为整个工程评价、验收资料系统的重要补充。 ③软弱层带原位条件下变形模量预测研究 介绍导师及研究组新开创的不揭去软弱层带上覆较完整岩体的整体多层介质变形试验方法和获得各层介质变形模量的理论公式,在现场开展了相应的对比试验,又采用有限元进行了反演分析,以多种方式对原位条件软弱层带变形模量开展预测研究。由试验成果对龙开口水电站坝基软弱层带进行了推算,判断具有较高的变形模量。 (5)建立建基岩体超前信息分析体系,对超前信息分析方法和过程进行了阐述;以整个体系当中多种信息的综合、多项因素的联动、多个过程的运转,对龙开口水电站河床建基岩体进行了超前信息分析,并确定了建基面优化位置,最大优化深度13m,减少基础开挖和大坝混凝土工程量约30万方,节省工程投资达亿元以上,具有显著的经济效益。 (6)全面建立了工程技术档案,从超前分析、追踪检验直至反馈分析的各项数据文件和信息资料,均分类归档,建立了数据量庞大、内容丰富的工程档案,为建基面的优化工作提供了有力的保障,并为工程运行、安全评价准备了充分的资料。


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