大壩地基的壩基加固處理技術(shù)分析

曾志勇（安化湘資水利水電建筑工程有限責(zé)任公司，湖南安化413500）

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大壩地基的壩基加固處理技術(shù)分析

曾志勇（安化湘資水利水電建筑工程有限責(zé)任公司，湖南安化413500）

水電站作為國(guó)民生產(chǎn)生活中一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，其安全運(yùn)營(yíng)對(duì)于供電的穩(wěn)定性和人們的生命財(cái)產(chǎn)有著重要影響。在水利工程的施工過(guò)程中，壩基加固處理直接關(guān)系著水利工程后續(xù)使用安全性，本文通過(guò)分析各類(lèi)型的大壩壩基，探討各種壩基的加固處理方法。

大壩地基；壩基；加固處理

1　引言

水庫(kù)大壩建設(shè)中，壩基加固是一個(gè)十分重要的工序，一方面，若是壩基開(kāi)挖后，其地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不符或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，壩基需加固處理；另一方面，壩基要經(jīng)受長(zhǎng)期的物理、化學(xué)風(fēng)化侵蝕，一旦由于壩基原因出現(xiàn)滲流、開(kāi)裂而造成壩體失穩(wěn)、崩塌，所造成的損失將可能是災(zāi)難性的，而壩基加固處理在增強(qiáng)壩基的強(qiáng)度和長(zhǎng)期抗風(fēng)化侵蝕方面的重要性是不言而喻的。

2　大壩地基的壩基相關(guān)概述

按照地基的特征，可以將大壩壩基分為兩類(lèi)：①巖石地基；②覆蓋層地基。巖石地基即以巖體作為持力層的地基，跟土質(zhì)地基相比，巖石地基的強(qiáng)度更高，能夠?qū)ι蠈咏ㄖ锏呢?fù)荷進(jìn)行很好的抵擋；覆蓋層地基即以河流覆蓋層作為持力層的地基，這種地基在我國(guó)的水電站大壩地基的承建中也較為常見(jiàn)，這種地基與巖石地基相比而言，類(lèi)型復(fù)雜、層次不連續(xù)、結(jié)構(gòu)松散、厚度情況變化大、物理性質(zhì)不均勻，承載力較弱，對(duì)地基加固的要求也更高。由于水電站工程施工的特殊性，必須要求地基有足夠的強(qiáng)度，可以承受來(lái)自上層建筑物的壓力，以便保持整個(gè)壩基和壩體的動(dòng)力穩(wěn)定，不會(huì)在后續(xù)的使用過(guò)程中發(fā)生變形和沉降的情況。就目前來(lái)看，常用的壩基處理方法有兩種，即巖石地基處理法以及斷層處理法，巖層地基處理法就是將在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)不合乎設(shè)計(jì)的覆蓋層以及分化層中有缺陷的巖石挖掉，再對(duì)基巖進(jìn)行噴射混凝土處理或者水泥灌漿予以加固的方式進(jìn)行處理，此外，還可以在巖基中加設(shè)排水帷幕處理；斷層處理法即將地基破碎帶中的斷層部分挖除，將該部分用混凝土進(jìn)行置換。

3　壩基加固處理技術(shù)的具體應(yīng)用

對(duì)水電站壩基進(jìn)行處理的目的就是為了保證大壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，使大壩有足有的穩(wěn)定性和強(qiáng)度來(lái)承受上層建筑物的荷載，大壩的處理工作與大壩的基礎(chǔ)性質(zhì)有著密切的關(guān)系，此外，大壩的處理和大壩的運(yùn)行狀況以及形態(tài)等其他的因素有關(guān)，因此，對(duì)于大壩壩基加固的處理工作，必須在整個(gè)工程施工前進(jìn)行，具體的處理工作包括以下幾個(gè)方面：

3.1大壩加高

為了保證壩基的穩(wěn)定性，可以適當(dāng)?shù)募痈叽髩?，從大壩的壩頂上直接將其加高，?duì)于加高的部分，需要在迎水面的方向設(shè)置好防浪墻，對(duì)于直立加高的部分，則需要增加背水面上部陡坡的坡度。

3.2設(shè)置截水槽

一般情況下，可以在大壩中設(shè)置好粘土截水槽，這種截水槽的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，工作可靠，防滲效果較好，適宜深度在15m以?xún)?nèi)的砂礫土層，這種截水槽的位置一般可以設(shè)置在大壩防滲體的最底部，如果壩質(zhì)為均質(zhì)壩，那么就可以將其位置設(shè)置在靠近上游的位置，至于截水槽的尺寸，一般根據(jù)截水墻的底寬進(jìn)行設(shè)置，其插入相對(duì)不透層的深度要大于0.5m以上。

3.3混凝土壩壩基加固

3.3.1覆蓋層地基上混凝土壩壩基加固

對(duì)那些在覆蓋層上建造的小型混凝土壩而言，其經(jīng)特殊處理后，穩(wěn)定性能夠符合相關(guān)的要求，對(duì)于地質(zhì)條件不同的地基其處理的方式也大不相同，例如沖積層地基跟粘土地基相比則不需要做相同的地基處理。對(duì)于滲流而言，不同方向異性的地基材料則會(huì)導(dǎo)致壩下細(xì)顆粒發(fā)生移動(dòng)，使得混凝土下出現(xiàn)空洞、壩體沉降不均以及開(kāi)裂的問(wèn)題。對(duì)于那些較為松散的，或者過(guò)于飽和的細(xì)粒材料，最為主要的是需要對(duì)其在受到地震荷載作用后的發(fā)生液化的問(wèn)題進(jìn)行考慮。處理此類(lèi)問(wèn)題時(shí)可以使用旋噴樁、碎石樁等方式。對(duì)混凝土壩的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，要對(duì)一些土質(zhì)的承載力進(jìn)行考慮。對(duì)于那些粘聚力較低或者缺少粘聚力的土質(zhì)，在超載條件下土質(zhì)的特性發(fā)生改變的現(xiàn)象要充分的考慮。尤其是制定相關(guān)的可行性方案時(shí)，要驗(yàn)證清楚土體的所有特性。

3.3.2巖石地基上混凝土壩壩基加固

巖石壩基主要的問(wèn)題有兩點(diǎn)：①斷層破碎帶；②可能成為滑動(dòng)面的大軟弱面。在巖石地基上建造的大壩，開(kāi)挖巖石時(shí)務(wù)必開(kāi)挖到能對(duì)預(yù)計(jì)荷載進(jìn)行支撐的堅(jiān)實(shí)表面，開(kāi)挖巖石時(shí)，要確保最終開(kāi)挖面的平整度，防止混凝土內(nèi)部的應(yīng)力過(guò)于集中。處理基巖中軟弱夾層時(shí)，普遍采用掏挖巖基并回填混凝土、回填灌漿等方式。

而對(duì)于拱壩或者支墩壩來(lái)說(shuō)，開(kāi)挖巖石地基是要開(kāi)挖到能與壩相適應(yīng)的地基。對(duì)于那些大型的重力壩、拱壩和支墩壩，通常使用灌漿的方式對(duì)壩基以及兩壩頭進(jìn)行加固，從而有效確保在受到應(yīng)力作用后，會(huì)產(chǎn)生均勻的反力。做這項(xiàng)工作還能夠有效減少滲流，使得揚(yáng)壓力有所降低，確保大壩足夠的穩(wěn)定。通常在帷幕灌漿的下游有排水帷幕和排水隧洞存在，其存在的意義主要在于能夠使得揚(yáng)壓力有所降低，使得壩體的穩(wěn)定性得到保證。固結(jié)灌漿范圍為壩踵及壩趾各1/4壩基寬度的區(qū)域，固結(jié)灌漿孔布置及深度為：①一般部位孔排距為2.5m×2.5m，梅花形布置，基巖灌漿深度為5～6m；②防滲帷幕前二排孔深10～20m，孔排距為2m×2m；③地質(zhì)缺陷區(qū)段或有特殊要求的地段孔排距為2m×2m，梅花形布置，基巖灌漿深度為10～20m。固結(jié)灌漿材料以普通水泥漿材為主，必要時(shí)輔之磨細(xì)水泥和環(huán)氧類(lèi)漿材，灌漿壓力為：Ⅰ序孔0.3～0.4MPa，Ⅱ序孔0.5～0.7MPa。主體建筑物基礎(chǔ)固結(jié)灌漿工程量63.2m。通過(guò)固結(jié)灌漿后巖體彈性波縱波波速提高10%，縱波速度一般不小于4500m/s。此外，在混凝土壩施工過(guò)程中，注意設(shè)置的收縮縫以及施工縫要恰當(dāng)，合理確定接縫位置。如果變形時(shí)期已過(guò)，這些縫可被灌死，結(jié)構(gòu)在所有荷載作用下的反應(yīng)恰如一個(gè)整體。

3.4土石壩壩基加固

土石壩與混凝土壩相比而言，其底部的面積較大，壩基的承載能力相對(duì)較小，壩身具有變形適應(yīng)性的能力，對(duì)于材料的選擇和區(qū)域的劃分也有一定的靈活性。因此，土石壩對(duì)壩基強(qiáng)度、壩基變形的要求都比混凝土壩基要低，但是，由于土石壩的強(qiáng)度較弱，因此，對(duì)于土石壩壩基的加固，也不能懈怠。

3.4.1覆蓋層地基土石壩壩基加固

（1）松散性狀材料地基

對(duì)于那些由松散性狀材料組成的地基，對(duì)其進(jìn)行加固時(shí)則可以使用各種壓實(shí)方法或者其他對(duì)地基材料進(jìn)行改性的技術(shù)，常用的技術(shù)有：①振動(dòng)壓密；②振動(dòng)錘加密或爆炸加密；③靜壓灌漿；④旋噴樁；⑤振沖碎石樁等。其中旋噴樁主要原理在于充分利用高壓噴射的方式，將土和漿液在鉆孔內(nèi)進(jìn)行混合，有效形成土-水泥樁，其直徑也是特定的。而碎石樁則是以礫石或碎石置換并由鉆孔中挖出的材料而在土中制成樁體。排列樁體時(shí)可以保持緊密，以便形成的地段足夠的穩(wěn)定。而微型礫石樁，其主要是碎石樁的變體，樁體尺寸較小，且鉆孔是由振動(dòng)造成的。

（2）細(xì)砂等易液化土壩基

在地震時(shí)土壩基中的細(xì)砂會(huì)液化，或者其他在受到地震作用后發(fā)生液化的土料會(huì)影響土壩的穩(wěn)定性。一旦在壩基中有可液化的材料存在時(shí)，要盡快將其置換出來(lái)，如果挖除較為困難，或者需要耗費(fèi)較多的人力、物力以及財(cái)力，則可以利用人工加密的方式使其抗液化能力有所增強(qiáng)，使其能夠跟原先設(shè)計(jì)好的地震烈度相適應(yīng)，而后對(duì)其進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)的措施主要有加蓋重、加強(qiáng)排水等。對(duì)于地震下易于液化失穩(wěn)的松散軟弱地層的抗震加固方法很多，例如，提高材料密度或結(jié)合增設(shè)排水的振沖加固法、強(qiáng)夯法等，以及改善地層的應(yīng)力條件的壓載法等。

3.4.2巖石地基土石壩壩基加固

在巖石地基上建造的土石壩很少出現(xiàn)不穩(wěn)定的問(wèn)題，地基發(fā)生微小的沉降不會(huì)影響壩體，然而巖石的表面不夠規(guī)整時(shí)，其剖面會(huì)發(fā)生急劇的變化，或者局部出現(xiàn)倒坡的問(wèn)題，導(dǎo)致壩體內(nèi)出現(xiàn)不均勻沉降的問(wèn)題，壩體發(fā)生開(kāi)裂，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致壩體內(nèi)部遭到?jīng)_蝕，因此，在某些情況下，要重新調(diào)整新墻下的巖石表面。一旦巖基內(nèi)軟弱面較大，則需要采取一定的措施防止其發(fā)生滑動(dòng)，例如可以設(shè)置戧臺(tái)；如果軟弱面坡度太陡，摩擦的阻力相對(duì)減少，也需進(jìn)行地基加固。

4　結(jié)語(yǔ)

總之，在水利工程的施工過(guò)程中，壩基的加固是其中的重要工作，壩基加固處理方法主要應(yīng)考慮到壩基的地質(zhì)條件、大壩類(lèi)型、施工條件等因素的影響，選取靈活、經(jīng)濟(jì)的處理措施，從而獲得良好的施工效果。

［1］劉凡明.淺談如何做好大壩地基的壩基加固處理技術(shù)［J］.建材與裝飾（旬刊），2011：161～162.

［2］譚志勇.大壩地基的壩基加固處理技術(shù)分析［J］.門(mén)窗，2013（3）：89.

［3］沈旗揚(yáng).論大壩地基的壩基加固處理技術(shù)分析［J］.城市建設(shè)理論研究，2011（24）：45.

曾志勇（1979-），男，工程師，本科，主要從事水利工作。

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2016-3-25