本發(fā)明涉及拱壩，尤其是一種拱壩抗力體地基加固結(jié)構(gòu)；此外，本發(fā)明還涉及一種拱壩的加固方法，尤其是一種拱壩抗力體地基結(jié)構(gòu)的加固方法。
背景技術(shù)：
拱壩經(jīng)常建造在復(fù)雜地質(zhì)條件中，由于復(fù)雜地質(zhì)條件中存在深部斷層、軟弱巖帶、低波速巖體及裂隙等不良地質(zhì)，這些地質(zhì)是影響拱壩基礎(chǔ)整體性、穩(wěn)定性、滲透性的主要因素，所以，對這些不良地質(zhì)的處理是拱壩抗力體地基的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是拱壩抗力體地基結(jié)構(gòu)滿足必要的剛度、抗變形能力的綜合要求的基本條件。目前，對拱壩抗力體地基結(jié)構(gòu)處理有許多方法，但效果均不好，特別是對于存在規(guī)模較大軟弱巖帶、低波速巖體的復(fù)雜地質(zhì)條件，導(dǎo)致其剛度、抗變形能力不滿足要求，影響拱壩的壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種剛度好、抗變形能力強(qiáng)的拱壩抗力體地基加固結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的拱壩抗力體地基加固結(jié)構(gòu)，沿拱壩拱推力方向依次為拱端基礎(chǔ)區(qū)域、軟弱巖帶區(qū)域、低波速巖帶區(qū)域、Ⅲ級巖體區(qū)域，所述拱端基礎(chǔ)區(qū)域中設(shè)置有混凝土墊座，所述軟弱巖帶區(qū)域和低波速巖帶區(qū)域經(jīng)過混凝土固結(jié)灌漿加固處理，且軟弱巖帶區(qū)域中設(shè)置有網(wǎng)格洞塞混凝土結(jié)構(gòu)；沿拱壩拱推力方向設(shè)置有傳力洞，所述傳力洞一端與混凝土墊座連接，另一端穿過軟弱巖帶區(qū)域、低波速巖帶區(qū)域水平延伸至Ⅲ級巖體區(qū)域中，所述抗力體地基加固結(jié)構(gòu)還設(shè)置有排水系統(tǒng)。
進(jìn)一步的是，所述混凝土墊座包括底座，所述底座為從上到下依次減小的階梯狀。
進(jìn)一步的是，沿拱壩拱推力方向設(shè)置有三層傳力洞，每層傳力洞的數(shù)量至少一條。
進(jìn)一步的是，所述傳力洞的橫斷面為城門洞形。
進(jìn)一步的是，所述網(wǎng)格洞塞混凝土結(jié)構(gòu)包括3層混凝土平洞和4條混凝土斜井，混凝土平洞與混凝土斜井交叉連接設(shè)置。
進(jìn)一步的是，所述排水系統(tǒng)由縱向排水洞和橫向排水洞組成。
本發(fā)明另外一個(gè)要解決的問題是提供一種剛度好、抗變形能力強(qiáng)的拱壩抗力體地基結(jié)構(gòu)的加固方法。
本發(fā)明提供的拱壩抗力體地基結(jié)構(gòu)的加固方法，包括如下步驟：
a、對拱端基礎(chǔ)區(qū)域中不能直接作為建基面的破碎巖體進(jìn)行挖除，并換填為混凝土墊座；
b、沿拱壩拱推力方向設(shè)置傳力洞，所述傳力洞一端與混凝土墊座連接，另一端穿過軟弱巖帶區(qū)域、低波速巖帶區(qū)域水平延伸至Ⅲ級巖體區(qū)域中；
c、將軟弱巖帶區(qū)域中的破碎巖體挖除，并換填為網(wǎng)格洞塞混凝土結(jié)構(gòu)；
d、對軟弱巖帶區(qū)域、低波速巖帶區(qū)域進(jìn)行混凝土固結(jié)灌漿加固處理；
e、在拱壩抗力體地基加固結(jié)構(gòu)中設(shè)置排水系統(tǒng)。
進(jìn)一步的是，傳力洞開挖時(shí)采用噴錨支護(hù)，并進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌，對襯砌混凝土頂拱120°范圍進(jìn)行回填灌漿，傳力洞襯砌完成；同時(shí)對軟弱巖帶區(qū)域、低波速巖帶區(qū)域進(jìn)行高壓固結(jié)灌漿處理。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的拱壩抗力體地基加固結(jié)構(gòu)及其加固方法特別適用于存在較大規(guī)模軟弱巖帶區(qū)域、低波速巖帶區(qū)域的復(fù)雜地質(zhì)條件。
通過將拱端基礎(chǔ)區(qū)域不能直接作為建基面的破碎巖體進(jìn)行挖除，并換填設(shè)置為混凝土墊座，對拱端基礎(chǔ)區(qū)域進(jìn)行加固處理，提高了其的剛度和抗變形能力，混凝土墊座構(gòu)成第一層傳力機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)；在沿拱壩拱推力方向設(shè)置有傳力洞，傳力洞能將拱壩拱推力傳至剛度相對較好的Ⅲ級巖體區(qū)域域中，減小拱壩拱推力對軟弱巖帶區(qū)域、低波速巖帶區(qū)域變形破壞，傳力洞構(gòu)成了第二層傳力機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)；對軟弱巖帶區(qū)域和低波速巖帶區(qū)域經(jīng)過高壓固結(jié)灌漿加固處理，且軟弱巖帶區(qū)域中設(shè)置有混凝土置換網(wǎng)格洞塞混凝土結(jié)構(gòu)，提高了軟弱巖帶區(qū)域和低波速巖帶區(qū)域的剛度和抗變形能力；軟弱巖帶區(qū)域和低波速巖帶區(qū)域構(gòu)成了第三層傳力機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)；在抗力體地基結(jié)構(gòu)還設(shè)置有排水系統(tǒng)，通過排水減少抗力體地基滲壓，提高其抗變形能力。所以，本發(fā)明的拱壩抗力體地基加固結(jié)構(gòu)是多層次、多部位立體承載體系，該體系以拱壩建基面加固和深層加固為主，地下地面相結(jié)合，淺層深層相結(jié)合，混凝土和灌漿體相結(jié)合，逐級分散傳力，提高拱壩抗力體地基的剛度和抗變形能力，避免拱壩抗力體地基承受拱壩拱推力后沿軟弱巖帶區(qū)域或結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生不良滑動和變形，提高了拱壩的壽命。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中零部件、部位及編號：拱壩1、拱端基礎(chǔ)區(qū)域2、軟弱巖帶區(qū)域3、低波速巖帶區(qū)域4、Ⅲ級巖體區(qū)域5、混凝土墊座6、傳力洞7、排水系統(tǒng)8。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明拱壩1抗力體地基加固結(jié)構(gòu)，特別適用于存在較大規(guī)模軟弱巖帶區(qū)3域、低波速巖帶區(qū)域4的復(fù)雜地質(zhì)條件，具體結(jié)構(gòu)為：沿拱壩1拱推力方向依次為拱端基礎(chǔ)區(qū)域2、軟弱巖帶區(qū)域3、低波速巖帶區(qū)域4、Ⅲ級巖體區(qū)域5，Ⅲ級巖體區(qū)域5為剛度相對較好的區(qū)域，該區(qū)域的巖體不需要或者簡單加固處理即可滿足拱壩1抗力體地基的使用要求，所述拱端基礎(chǔ)區(qū)域2中設(shè)置有混凝土墊座6，所述軟弱巖帶區(qū)域3和低波速巖帶區(qū)域4經(jīng)過混凝土固結(jié)灌漿加固處理，且軟弱巖帶區(qū)域3中設(shè)置有置換網(wǎng)格洞塞混凝土結(jié)構(gòu)；沿拱壩1拱推力方向設(shè)置有傳力洞7，所述傳力洞7一端與混凝土墊座6連接，另一端穿過軟弱巖帶區(qū)域3、低波速巖帶區(qū)域4水平延伸至Ⅲ級巖體區(qū)域5中，所述抗力體地基加固結(jié)構(gòu)還設(shè)置有排水系統(tǒng)8。
對拱端基礎(chǔ)區(qū)域2一定范圍不能直接作建基面的破碎巖體進(jìn)行挖除，并換填為混凝土墊座6，混凝土墊座6作為一種傳力機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)，其平面和高程范圍根據(jù)拱壩1體形設(shè)計(jì)和拱端基礎(chǔ)區(qū)域2巖體條件經(jīng)有限元分析確定。通過在拱端基礎(chǔ)區(qū)域2中設(shè)置有混凝土墊座6，使得基礎(chǔ)應(yīng)力得以有效擴(kuò)散，提高拱壩1抗力體地基整體剛度，對減小拱壩1拱推力和變形效果明顯。為了避免造成混凝土墊座6與拱端基礎(chǔ)區(qū)域2基礎(chǔ)巖體之間的變模突變，將混凝土墊座6底座設(shè)置為從上到下依次減小的階梯狀，這樣設(shè)置可形成由混凝土墊座6到拱端基礎(chǔ)區(qū)域2基礎(chǔ)巖體的置換過渡區(qū)，也有利于提高混凝土墊座6的使用效果。
傳力洞7也為混凝土結(jié)構(gòu)，其主要作用是將拱壩1拱推力傳至剛度相對較好的Ⅲ級巖體區(qū)域5中，減小拱壩1拱推力對軟弱巖帶區(qū)域3、低波速巖帶區(qū)域4變形破壞。優(yōu)選的一種實(shí)施方式為：沿拱壩1拱推力方向設(shè)置有三層傳力洞7，每層傳力洞7的數(shù)量為至少一條，比如在1829m高程設(shè)置1條傳力洞7，1785m、1730m高程各設(shè)置2條傳力洞7，每層傳力洞7均在各自平面上穿過軟弱巖帶區(qū)域3、低波速巖帶區(qū)域4水平延伸至Ⅲ級巖體區(qū)域5中，傳力洞7橫斷面采用城門洞形，尺寸為9.00m(寬)×12.00m(高)。傳力洞7的具體施工過程為：傳力洞7開挖時(shí)采用系統(tǒng)噴錨支護(hù)，并及時(shí)進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌，對襯砌混凝土頂拱120°范圍進(jìn)行回填灌漿，傳力洞7襯砌完成。
軟弱巖帶區(qū)域3包括破碎巖體部分和影響帶巖體部分，破碎巖體部分對拱壩1抗力體地基壩肩抗滑、抗變形或滲透穩(wěn)定影響較大，所以本發(fā)明將破碎巖體部分挖除，并換填為網(wǎng)格洞塞混凝土結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用的置換網(wǎng)格洞塞混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)選方式為：置換網(wǎng)格洞塞混凝土結(jié)構(gòu)包括3層混凝土平洞和4條混凝土斜井，混凝土平洞與混凝土斜井交叉連接設(shè)置。3層混凝土平洞分別設(shè)置在不同的高程中，置換平洞的橫斷面采用城門洞形，尺寸為7.50m(寬)×10.00m(高)，置換斜井沿軟弱巖帶區(qū)域3結(jié)構(gòu)面傾向設(shè)置，混凝土斜井橫斷面采用矩形，尺寸為7.00m(寬)×15.00m(高)。
軟弱巖帶區(qū)域3的影響帶巖體部分和低波速巖帶區(qū)域4經(jīng)過高壓固結(jié)灌漿加固處理，能夠有效消除拱壩1抗力體地基的巖體低波速值，加強(qiáng)拱壩1抗力體地基剛度，提高拱壩1抗力體地基抗變形能力，而且這樣設(shè)置有使用效果好，成本低。
在所述拱壩1抗力體地基結(jié)構(gòu)還設(shè)置有排水系統(tǒng)8，排水系統(tǒng)8由縱向排水洞和橫向排水洞組成，通過排水減少抗力體地基滲壓，提高其抗變形能力。
綜上所述，通過將拱端基礎(chǔ)區(qū)域2不能直接作為建基面的破碎巖體進(jìn)行挖除，并換填設(shè)置混凝土墊座6，對拱端基礎(chǔ)區(qū)域2進(jìn)行加固處理，提高了其的剛度和抗變形能力，混凝土墊座6構(gòu)成第一層傳力機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)；在沿拱壩1拱推力方向設(shè)置有傳力洞7，傳力洞7能將拱壩1拱推力傳至剛度相對較好的Ⅲ級巖體區(qū)域5中，減小拱壩1拱推力對軟弱巖帶區(qū)域3、低波速巖帶區(qū)域4變形破壞，傳力洞7構(gòu)成了第二層傳力機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)；對軟弱巖帶區(qū)域3和低波速巖帶區(qū)域4經(jīng)過高壓固結(jié)灌漿加固處理，且軟弱巖帶區(qū)域3中設(shè)置有置換網(wǎng)格洞塞混凝土結(jié)構(gòu)，提高了軟弱巖帶區(qū)域3和低波速巖帶區(qū)域4的剛度和抗變形能力；軟弱巖帶區(qū)域3和低波速巖帶區(qū)域4構(gòu)成了第三層傳力機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)；在抗力體地基結(jié)構(gòu)還設(shè)置有排水系統(tǒng)8，通過排水減少抗力體地基滲壓，提高其抗變形能力。所以，本發(fā)明的拱壩1抗力體地基加固結(jié)構(gòu)是多層次、多部位立體承載體系，該體系以拱壩1建基面加固和深層加固為主，地下地面相結(jié)合，淺層深層相結(jié)合，混凝土和灌漿體相結(jié)合，逐級傳力，提高拱壩1抗力體地基的剛度和抗變形能力，避免拱壩1抗力體地基承受拱壩1拱推力后沿軟弱巖帶區(qū)域3或結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生不良滑動和變形，提高了拱壩1的壽命。
對于拱壩1抗力體地基結(jié)構(gòu)的加固方法，其加固步驟為：
a、對拱端基礎(chǔ)區(qū)域2中不能直接作為建基面的破碎巖體進(jìn)行挖除，并換填為混凝土墊座6；
b、沿拱壩1拱推力方向設(shè)置傳力洞7，所述傳力洞7一端與混凝土墊座6連接，另一端穿過軟弱巖帶區(qū)域3、低波速巖帶區(qū)域4水平延伸至Ⅲ級巖體區(qū)域5中；
c、將軟弱巖帶區(qū)域3中的破碎巖體挖除，并換填為網(wǎng)格洞塞混凝土結(jié)構(gòu)；
d、對軟弱巖帶區(qū)域3、低波速巖帶區(qū)域4進(jìn)行高壓固結(jié)灌漿處理；
e、在所述拱壩1抗力體地基結(jié)構(gòu)中設(shè)置排水系統(tǒng)8。
傳力洞7開挖時(shí)采用系統(tǒng)噴錨支護(hù)，并進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌，對襯砌混凝土頂拱120°范圍進(jìn)行回填灌漿，傳力洞7襯砌完成；為了提高加固效果，同時(shí)對軟弱巖帶區(qū)域3、低波速巖帶區(qū)域4進(jìn)行高壓固結(jié)灌漿施工。