漿砌石拱壩地基處理技術(shù)探討

陸章楚

（福建省天禹建設(shè)工程有限公司，福建 寧德 352100）

作為壩型的一種表現(xiàn)形式，漿砌石拱壩有著突出的經(jīng)濟(jì)性、以及安全性優(yōu)勢(shì)，因此得到了極為廣泛的應(yīng)用。在相對(duì)復(fù)雜的工程地質(zhì)條件下，為確保漿砌石拱壩施工的安全實(shí)施，需結(jié)合工程地質(zhì)情況，采取可靠的地基處理方案。

1 漿砌石拱壩工程地質(zhì)條件分析

在漿砌石拱壩施工前期的準(zhǔn)備工作中發(fā)現(xiàn)，待建區(qū)域存在的工程地質(zhì)問(wèn)題比較突出，關(guān)鍵問(wèn)題是：在區(qū)內(nèi)分布有4條大斷層（F），4條小斷層（f），且緩傾斜角角度裂隙（L）有 6條。上述相關(guān)斷層及裂隙表現(xiàn)情況概括如下。

1.1 大斷層裂縫分布的表現(xiàn)形式

F(1)斷層與漿砌石拱壩所建區(qū)域河床間隔距離為485.5m，與漿砌石拱壩壩體基礎(chǔ)呈直穿關(guān)系。工程施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定此區(qū)域斷層寬度在 2.5～3.0m方位之內(nèi)，斷層上盤(pán)區(qū)域存在閃長(zhǎng)巖脈侵入，破碎程度較高。斷層接觸面具備區(qū)域充填一定的泥質(zhì)成分，泥質(zhì)厚度在0.5～2.2m范圍之內(nèi)。該斷層下盤(pán)區(qū)域填充有石英脈以及碎裂巖成分，整體寬度在25.8～38.5cm范圍之內(nèi)。

F(2)斷層與漿砌石拱壩所建區(qū)域河床間隔距離為480.0m，與漿砌石拱壩壩體基礎(chǔ)呈直穿關(guān)系。工程施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定此區(qū)域斷層寬度為1.5m，閃長(zhǎng)巖脈充填其中，且表現(xiàn)出了良好的接觸溶結(jié)性能，侵入規(guī)律不規(guī)則。

F(3)斷層與漿砌石拱壩左側(cè)岸間隔距離為510.0m，與漿砌石拱壩壩體基礎(chǔ)呈直穿關(guān)系。工程施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定此區(qū)域斷層破碎帶寬度在 2.4～3.0m范圍內(nèi)，碎裂巖充填其中。斷層上盤(pán)區(qū)域、下盤(pán)區(qū)域可見(jiàn)厚度在 1.5～3.0cm內(nèi)的石英脈以及方解石脈組成，整體破碎程度高，內(nèi)部含有石英脈，呈斷續(xù)式充填狀態(tài)。

F(4)斷層與漿砌石拱壩左側(cè)岸間隔距離為500.0m，與漿砌石拱壩壩體基礎(chǔ)呈直穿關(guān)系。工程施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定此區(qū)域斷層破碎帶寬度在 1.3～1.5m范圍之內(nèi)，碎裂巖充填其中。斷層下盤(pán)巖脈分布為全風(fēng)化至強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，石英脈及方解石脈測(cè)定厚度為 1.5cm。斷層下盤(pán)區(qū)域巖體結(jié)構(gòu)完整性程度高，斷層上盤(pán)區(qū)域巖體結(jié)構(gòu)裂隙發(fā)育成熟。

1.2 小斷層裂縫分布的表現(xiàn)形式

F(1)斷層與漿砌石拱壩所建區(qū)域右側(cè)岸間隔距離為 520.0m，與漿砌石拱壩壩體基礎(chǔ)呈斜穿關(guān)系。工程施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定此區(qū)域斷層破碎帶帶寬在2.5～10.0cm范圍內(nèi)，當(dāng)中有部分巖屑與破裂巖體填充其中。

F(2)斷層與漿砌石拱壩所建區(qū)域右側(cè)岸間隔距離為530.5m，與漿砌石拱壩體基礎(chǔ)呈斜穿關(guān)系。工程施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定此區(qū)域斷層破碎帶帶寬在8.5～15.0cm范圍內(nèi)，當(dāng)中充填破裂巖體及斷層泥成分（斷層泥厚度為0.6cm）。該斷層下游區(qū)域逐漸自巖體演變?yōu)榱严稜顟B(tài)。

F(3)斷層與漿砌石拱壩所建區(qū)域右側(cè)岸間隔距離為535.0m，與漿砌石拱壩壩體基礎(chǔ)呈直穿關(guān)系。工程施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定此區(qū)域斷層破碎帶厚度在15.0～25.0cm范圍內(nèi)，其中充填部分裂巖成分以及碎泥質(zhì)成分，局部區(qū)域泥層厚度達(dá)到17.0cm。

f(4)斷層與漿砌石拱壩所建區(qū)域右側(cè)岸間隔距離為 530.0m，與漿砌石拱壩壩體基礎(chǔ)呈斜穿關(guān)系。工程施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定此區(qū)域斷層破碎帶帶寬在10.0～20.0cm范圍內(nèi)，其中填充泥質(zhì)與碎裂帶。

1.3 緩傾斜角裂隙分布的表現(xiàn)形式

漿砌石拱壩壩體基礎(chǔ)節(jié)理裂隙發(fā)育程度較高，裂隙表面含有一定比例的鐵錳質(zhì)渲染成分，裂隙中主要構(gòu)成成分包括巖屑、以及泥質(zhì)。其中巖屑占絕大部分比例，泥質(zhì)為少部分。漿砌石拱壩壩體兩岸裂隙多表現(xiàn)為自北向西走向的較大傾斜角角度裂隙，面向河床呈現(xiàn)出傾斜性狀態(tài)。

工程作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定結(jié)果顯示：此區(qū)域內(nèi)發(fā)育有6條呈現(xiàn)緩傾斜角度的裂隙（L1、L2、L3、L4、L5、L6），面向河床下游區(qū)域傾斜。具體的傾斜角角度在10°～35°范圍之內(nèi)。此區(qū)域內(nèi)的抗剪斷強(qiáng)度數(shù)據(jù)如下表所示（見(jiàn)表1）。

表1 抗剪強(qiáng)度數(shù)據(jù)示意表

結(jié)合上述數(shù)據(jù)分析，在漿砌石拱壩當(dāng)中，斷層、以及裂隙的出現(xiàn)會(huì)對(duì)整個(gè)漿砌石拱壩布置產(chǎn)生極為不利的影響。左側(cè)岸所對(duì)應(yīng)的地質(zhì)條件無(wú)法滿足漿砌石拱壩施工對(duì)地基基礎(chǔ)的相關(guān)要求。同時(shí)，漿砌石拱壩壩基自身的地質(zhì)條件也會(huì)對(duì)漿砌石拱壩的穩(wěn)定性產(chǎn)生極為不良的影響。從這一角度來(lái)說(shuō)，正確處理漿砌石拱壩在施工過(guò)程中，斷層帶以及不良地基狀態(tài)影響下，壩肩開(kāi)挖作業(yè)以及地基基礎(chǔ)處理作業(yè)方面的相關(guān)問(wèn)題，確保地基承載力能夠得到穩(wěn)定提升，此項(xiàng)工作內(nèi)容需要在漿砌石拱壩施工前期作業(yè)中加以特別關(guān)注。

2 漿砌石拱壩地基處理方案分析

綜上所述，通過(guò)對(duì)該漿砌石拱壩施工區(qū)域相關(guān)地質(zhì)條件的分析得知，為了最大限度的保障漿砌石拱壩施工質(zhì)量和安全性，必須預(yù)先做好對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的地基處理工作。所選取的地基處理方案需要確保整體性和穩(wěn)定性，同時(shí)還要保障實(shí)際運(yùn)行期間的抗滑安全性。此外，經(jīng)過(guò)處理后的地基要求具有足夠的強(qiáng)度以及剛度，能夠有效承受拱壩所傳遞的各種荷載作用力，且將變形控制在允許限值之內(nèi)。在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，漿砌石拱壩地基處理措施主要包括挖除破碎巖體、接觸灌漿、固結(jié)灌漿、基坑形狀控制、壩基排水、預(yù)應(yīng)力錨固以及防滲帷幕等幾種類型。實(shí)際選擇中，需要根據(jù)壩址所處區(qū)域的具體體制條件加以研究，遵循壩體與地基間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)合該工程實(shí)際，在地基處理過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

（1）對(duì)漿砌石拱壩基礎(chǔ)區(qū)域內(nèi)所覆蓋的主要斷層帶以及裂隙區(qū)域進(jìn)行綜合處理。

（2）對(duì)漿砌石拱壩壩基進(jìn)行必要的灌漿處理。

2.1 對(duì)關(guān)鍵斷層帶以及裂隙區(qū)域進(jìn)行綜合處理

對(duì)于大斷層F(1)、F(2)而言，需要對(duì)上述斷層帶破裂帶進(jìn)行必要的槽挖處理。槽挖過(guò)程中的開(kāi)挖深度需控制在 1.5×斷層寬度。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)施工人員對(duì)泥質(zhì)成分以及高嶺土進(jìn)行充填處理的基礎(chǔ)之上，還需要應(yīng)用高壓水槍，對(duì)混凝土進(jìn)行必要的沖洗以及回填處理。對(duì)于大斷層F(3)、F(4)而言，考慮到上述斷層帶所充填巖石結(jié)構(gòu)破碎程度較高，因此在地基處理的過(guò)程當(dāng)中，需要對(duì)破碎性巖石進(jìn)行挖除處理。同時(shí)，還需要在槽挖基礎(chǔ)之上，完成對(duì)混凝土的回填作業(yè)。對(duì)于小斷層f(1)、f(3)而言，考慮到上述兩小斷層的斷層走向與漿砌石拱壩壩體軸線保持近似垂直的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且與小斷層f(2)表現(xiàn)為相互切割的動(dòng)作狀態(tài)，因此，在施工過(guò)程當(dāng)中，需要預(yù)先對(duì)破碎帶中不穩(wěn)定性的棱體進(jìn)行挖除處理，最后通過(guò)槽挖的方式，完成對(duì)混凝土的回填操作。針對(duì)傾斜角角度較為平緩的小斷層f(2)、f(4)而言，在地基處理的過(guò)程中，首先需要對(duì)斷層上盤(pán)區(qū)域進(jìn)行撬挖處理，在完成巖體填充物掏挖作業(yè)的基礎(chǔ)之上，應(yīng)用高壓水槍設(shè)備進(jìn)行沖洗，并完成對(duì)混凝土三角墊塊的回填作業(yè)。

對(duì)于裂隙 L1～L6而言，需要在對(duì)其進(jìn)行刻槽處理的基礎(chǔ)之上，以高壓水槍進(jìn)行沖洗，回填混凝土。針對(duì)覆蓋有鐵錳質(zhì)的壩基面，需要預(yù)先對(duì)其進(jìn)行鑿毛處理，以確?；靥钣行c可靠。

2.2 對(duì)基礎(chǔ)性區(qū)域進(jìn)行灌漿處理

為確保漿砌石拱壩壩體作業(yè)的安全與可靠，還需要對(duì)漿砌石拱壩壩基進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。在使用固結(jié)灌漿方案對(duì)地基進(jìn)行處理的過(guò)程中，固結(jié)灌漿所對(duì)應(yīng)的范圍、孔深、孔距、孔向均需要結(jié)合壩址所處區(qū)域的基巖裂隙情況、受力條件以及壩體拱座變形控制要求等方面加以綜合考慮，并有針對(duì)性地進(jìn)行選取。灌漿處理過(guò)程中的灌漿孔孔距、排距應(yīng)當(dāng)控制在3.0m，與之相對(duì)應(yīng)的孔深深度也當(dāng)設(shè)定在5.0～8.0m范圍內(nèi)，布置方式則可選用梅花形。由于本區(qū)域內(nèi)的壩體拱座坡度較高，為此，對(duì)區(qū)域進(jìn)行灌漿處理的過(guò)程中，預(yù)先澆蓋重混凝土，以達(dá)到保障灌漿效果的目的。漿砌石拱壩壩體上游側(cè)向位置需要設(shè)定一排完整性的帷幕灌漿孔（孔距設(shè)定參數(shù)為 2.0m）。同時(shí)，針對(duì)漿砌石拱壩壩體右側(cè)區(qū)域500.0～510.0m，515.0～535.0m范圍內(nèi)，還需要增設(shè)相應(yīng)的帷幕灌漿孔（孔間距為2.0m）。

3 結(jié) 論

總而言之，漿砌石拱壩的地基處理是一項(xiàng)較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，本文通過(guò)對(duì)大斷層、小斷層以及緩傾斜角的裂縫分布情況進(jìn)行分析，進(jìn)而有針對(duì)性地提出漿砌石拱壩地基的處理方案。在實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)合理、切實(shí)可行的技術(shù)措施確保工程質(zhì)量，這樣才能保證漿砌石拱壩的穩(wěn)定性和安全性。

[1]劉燕,張光科,孫杰榮等.壩肩隧洞洞徑對(duì)拱壩變位及應(yīng)力影響研究[J].四川水力發(fā)電,2011,30(5)∶88-91,100.

[2]馮道雨,傅少君,彭成佳等.長(zhǎng)沙壩水庫(kù)大壩加固方案有限元分析及安全評(píng)價(jià)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2004,37(5)∶50-53.

[3]趙壽剛,張俊霞,蘭雁等.中里坪漿砌石拱壩壩體應(yīng)力分析和評(píng)價(jià)[J].水利水電技術(shù),2010,41(12)∶38-41.

[4]馬福恒,劉成棟.金坑漿砌石拱壩結(jié)構(gòu)安全性態(tài)分析評(píng)價(jià)[J].水電能源科學(xué),2005,23(1)∶79-82.

[5]彭輝,劉德富,王從鋒等.花鹽井漿砌石拱壩壩體應(yīng)力計(jì)算及穩(wěn)定性分析[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,26(4)∶289-294.