大壩工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題與處理方式的若干研究及討論

□楊　飛（新疆伊犁州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

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大壩工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題與處理方式的若干研究及討論

□楊飛（新疆伊犁州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

摘要：大壩是水利工程中不可或缺的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，其運(yùn)行穩(wěn)定與否直接關(guān)系到整個(gè)水利工程的運(yùn)行安全。由于地質(zhì)條件等因素的影響，使得有些大壩工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)難度較大，并且還需要采用相應(yīng)的處理方式對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固，這樣才能使大壩基礎(chǔ)具備足夠的承載力。因此，在大壩工程中，必須合理進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，并采用有效的處理方式。文章首先簡(jiǎn)要闡述了大壩工程基礎(chǔ)處理的重要性，并在此基礎(chǔ)上依托工程實(shí)例，對(duì)大壩工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與處理方式進(jìn)行論述。期望通過(guò)文章的研究能夠?qū)ν惞こ烫峁┙梃b參考。

關(guān)鍵詞：大壩；基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)；處理

1　大壩工程基礎(chǔ)處理的重要性

根據(jù)筑壩使用的原材料，可將大壩具體分為混凝土壩和土石壩兩類，無(wú)論哪一種類型的大壩，基礎(chǔ)處理都是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，若是該環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，輕則會(huì)造成壩基滲漏，重則可能會(huì)引起大壩坍塌。因此，必須對(duì)大壩工程基礎(chǔ)處理工作予以足夠的重視。壩基處理的重要性體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.1有助于大壩整體穩(wěn)定性的提升

大壩工程在建設(shè)過(guò)程中，會(huì)受到工程所在地地下環(huán)境的影響，有些地基土體的均勻性相對(duì)較差，若是直接在這樣的地基上修筑大壩，則會(huì)導(dǎo)致壩基的穩(wěn)定性降低，這樣一來(lái)，大壩的防水能力也會(huì)隨之下降，很容易形成滲漏水的現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)大壩基礎(chǔ)的有效處理，能夠使地基土體的性狀發(fā)生改變，地基的穩(wěn)固性也會(huì)隨之增強(qiáng)，從而為大壩工程的建設(shè)提供牢固的基礎(chǔ)，不僅有助于大壩整體穩(wěn)定性的提升，而且還能解決滲漏水的問題。

1.2有助于防止巖體變形

相關(guān)研究結(jié)果表明，處于大壩基礎(chǔ)之下的巖土層在受到大壩自重荷載的影響下，很容易出現(xiàn)變形，當(dāng)部分巖體出現(xiàn)變形之后，整個(gè)巖體層的平衡性便會(huì)被破壞，由此會(huì)導(dǎo)致大壩的基礎(chǔ)出現(xiàn)變形。而對(duì)大壩基礎(chǔ)進(jìn)行有效的處理之后，可以使地基下巖體層的承載能力有所提升，這樣在大壩自重荷載的作用下，便不會(huì)輕易出現(xiàn)變形。

1.3有利于減少工程安全隱患

由于大壩工程本身所處的環(huán)境中，自然條件較為復(fù)雜，從而使得大壩需要承受較多的荷載，同時(shí)，大壩正常運(yùn)行的過(guò)程中，還存在諸多不確定的影響因素，這些因素都在一定程度上對(duì)大壩的安全造成威脅。所以在大壩工程建設(shè)中，通過(guò)對(duì)地基基礎(chǔ)的有效處理，能夠減少各種不確定因素對(duì)工程帶來(lái)的安全隱患，不但可以使大壩更好地抵御各類自然災(zāi)害，而且還可以延長(zhǎng)工程的使用壽命。

2　大壩工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與處理方式

為了便于研究，文章以某水庫(kù)的大壩工程為實(shí)例，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與處理的相關(guān)問題進(jìn)行論述。某水庫(kù)坐落于某省境內(nèi)，是一座以灌溉為主，兼具供水、發(fā)電等功能的中型水利工程。該水庫(kù)的總庫(kù)容量約為2073萬(wàn)m3，主要建筑物包括攔河壩、放空洞、放水洞、供水洞和溢洪道等。攔河大壩采用的是強(qiáng)風(fēng)化泥巖心墻石渣壩，壩前正常水位為496.05 m，校核洪水水位為496.56 m，壩頂高程497.52 m，最大壩高49.55 m。相關(guān)資料顯示，工程所在地的區(qū)域內(nèi)，并未發(fā)生過(guò)具有嚴(yán)重破壞性的地震災(zāi)害，通過(guò)查閱《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》得知，工程所在區(qū)域的地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震烈度為Ⅵ度。地質(zhì)勘察資料顯示，工程區(qū)域內(nèi)的地層較為復(fù)雜，巖性以泥質(zhì)粉砂巖、石英石巖、砂質(zhì)泥巖為主。區(qū)內(nèi)的降雨量較為充沛，多年平均降水量約為968.31 mm，7-9月的降雨量較多，約占全年總降水量的60%～65%左右。壩基覆蓋層的揭示厚度為0～8 m，由鉆孔資料可知，在工程中，大壩樁號(hào)0+200～0+280的覆蓋層地層結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1　壩基覆蓋層土體結(jié)構(gòu)表

由表1可知，工程中的壩基覆蓋層土體性質(zhì)較為復(fù)雜，且厚度變化較大，若是以覆蓋層直接作為地基進(jìn)行利用，存在不均勻變形的問題。

2.1大壩工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案

以現(xiàn)有的水文地質(zhì)資料及工程地質(zhì)詳勘成果為依據(jù)，結(jié)合工程壩基覆蓋層的實(shí)際情況，提出以下三種方案：

方案一。大壩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，對(duì)壩基覆蓋層土體進(jìn)行部分利用，即按照相關(guān)資料，將心墻的底高程從原本的450 m提升至452 m，并將大壩上下游砂巖石渣填筑區(qū)的建基高程從原本的452 m提升至456 m，從而使之能夠與覆蓋層下部的砂卵礫石層相接觸。該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)在于壩殼具有較好的排水性及穩(wěn)定性，并且大壩本身的沉降量較小，有助于縱向連接。

方案二。在大壩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，不對(duì)壩基覆蓋層進(jìn)行利用，即將大壩心墻與上下游砂巖石渣填筑區(qū)直接置于基巖面上，心墻的建造基面為弱風(fēng)化巖，上下游砂巖石渣填筑區(qū)的建造基面為強(qiáng)風(fēng)化層。此方案中，大壩心墻的建造基面要比方案一的基面低2 m左右，上下有砂巖石渣填筑區(qū)的建造基面低4 m左右。

方案三。在大壩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，對(duì)壩基覆蓋層土體的大部分進(jìn)行利用，依據(jù)表1中覆蓋層各層土體的性質(zhì)與厚度，該方案對(duì)未經(jīng)挖掘的土層進(jìn)行利用，同時(shí)采用砂井進(jìn)行排水，使覆蓋層以下的土體在筑壩時(shí)充分固結(jié)。

通過(guò)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析得出以下結(jié)果：方案一的總投資約為1290.58萬(wàn)元，方案二為1512.57萬(wàn)元，方案三為1367.87萬(wàn)元。此外，從工程現(xiàn)場(chǎng)的開挖情況上看，壩基覆蓋層的取樣采用的是坑挖的方式，其破壞較為嚴(yán)重，并且受地質(zhì)條件的限制，對(duì)大坑的回填無(wú)法采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行，進(jìn)度和質(zhì)量都難以獲得有效保障。因此，可將方案一作為工程大壩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的首選方案。

2.2壩基處理方式

為了進(jìn)一步改善本工程地基土體的均勻性問題，增強(qiáng)地基的整體性，決定采用以下方式對(duì)大壩基礎(chǔ)進(jìn)行處理。

2.2.1固結(jié)灌漿

由于本工程中岸坡的壩基相對(duì)較陡，因此，在固結(jié)灌漿過(guò)程中，孔位的布設(shè)采用與坡面斜交的方式，使灌漿孔與水平面之間形成60°的夾角。灌漿孔的間距和排距均設(shè)置為3 m，呈井字型布設(shè)，帷幕線上游與坡面垂直孔深設(shè)計(jì)為6 m，下游與坡面垂直孔深設(shè)計(jì)為3 m。固結(jié)灌漿基巖段的長(zhǎng)度＜6 m，采用全控一次純壓式灌漿法進(jìn)行漿液灌注，灌漿壓力控制在0.30～0.50 MPa之間，灌注前，采用生產(chǎn)性試驗(yàn)對(duì)灌漿參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。灌漿根據(jù)分序加密的原則進(jìn)行，先對(duì)邊排孔進(jìn)行灌注，然后灌注中排孔。漿液灌注前，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)裂隙進(jìn)行沖洗，并進(jìn)行簡(jiǎn)易的壓水試驗(yàn)；灌注過(guò)程中，要對(duì)壓力進(jìn)行嚴(yán)格控制；灌漿結(jié)束14 d以后，應(yīng)在相應(yīng)的部位進(jìn)行巖體波速測(cè)試。

2.2.2接觸灌漿

對(duì)位于右岸上的壩基陡坡建基面采用接觸灌漿的方式進(jìn)行處理，具體分為兩個(gè)灌注區(qū)，每個(gè)灌注區(qū)的面積均＜200 m2。接觸灌漿系統(tǒng)主要是由以下幾個(gè)部分組成：進(jìn)漿管、回漿管、出漿管、排氣管和止?jié){片等，該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)在固結(jié)灌漿完畢后進(jìn)行安裝，出漿盒呈梅花型布設(shè)，縱縫灌區(qū)出漿盒的間距和排距分別設(shè)置為3 m和1.50 m。岸坡位置處的接觸灌漿可在大壩正式蓄水前的最后一個(gè)低溫季節(jié)段進(jìn)行；漿液采用42.50的普通硅酸鹽水泥，水灰比為2:1、1:1和0.50:1三個(gè)等級(jí)；漿液灌注壓力控制在0.15～0.30MPa之間。在灌漿過(guò)程中，若是漿液外漏，則應(yīng)當(dāng)先從外部進(jìn)行堵漏，如果無(wú)效，可采用加濃漿液或是降低壓力等措施進(jìn)行處理，需要特別注意的是，不得采用間歇灌注法。

2.2.3地質(zhì)問題處理

為了確保大壩基礎(chǔ)的應(yīng)力能夠均勻分布，結(jié)合地質(zhì)資料，對(duì)壩基存在的地質(zhì)缺陷采取如下措施進(jìn)行處理：在壩基覆蓋層上，采用鋼混墊層，加設(shè)錨桿，以梅花型進(jìn)行布設(shè)，錨桿的排間距設(shè)置為1.50 m。由于覆蓋層中的軟弱夾層很難全部清除，故此采用槽挖回填處理的方法，以混凝土進(jìn)行填塞，兩側(cè)按照1:1斜坡進(jìn)行開挖。

3　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文章在簡(jiǎn)要闡述大壩工程地基處理重要性的基礎(chǔ)上，依托工程實(shí)例，提出了三種壩基設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)經(jīng)濟(jì)性比選，選取了投資最少的一種方案，隨后分析了壩基的處理方式。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在大壩工程建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)針對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行壩基設(shè)計(jì)，并采取合理可行的技術(shù)措施，對(duì)壩基進(jìn)行加固處理，只有這樣，才能確保大壩工程的地基基礎(chǔ)穩(wěn)固，也才能保證大壩的安全、可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]陸文海.增加具有軟弱夾層的壩基抗滑穩(wěn)定性措施的研究[J].水利水電技術(shù), 2012(11): 88-90.

[2]吳先澤.探討確保水利水電大壩工程施工質(zhì)量的措施[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）, 2013(14): 110-112.

[3]白建軍,董陽(yáng)光,耿凡坤,水利樞紐大壩工程基礎(chǔ)穩(wěn)定性漿液灌漿中的問題及措施[J].中國(guó)科技博覽, 2014(2): 208-209.

[4]王克.淺談務(wù)坪大壩基礎(chǔ)處理與觀測(cè)資料分析[J].水利水電工程設(shè)計(jì), 2013(6): 94-95.

[5]熊偉.水利水電大壩基礎(chǔ)處理的重要性及設(shè)計(jì)方法[J].中國(guó)科技縱橫, 2012(10): 54-56.

[6]祝衛(wèi)靈.淺析水利水電大壩工程基礎(chǔ)的處理設(shè)計(jì)[J].江西建材, 2103(9): 77-78.

（責(zé)任編輯：韋詩(shī)佳）

收稿日期：2015-12-26

作者簡(jiǎn)介：楊飛（1982-），男，中級(jí)職稱，研究方向：大壩、溢洪道、水工隧洞、水閘、渡槽等水工建筑設(shè)計(jì)。

中圖分類號(hào)：TV223

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-8853（2016）03-0091-02