水利枢纽大坝基础处理设计研究

王聪辉

摘 要：水利枢纽工程中存在大量水工建筑物，其中大坝为水利枢纽当中的主体工程。大坝基础处理工作是否到位对整个水利枢纽的安全运行产生重要影响，同时还可能影响到大坝作用的正常发挥。因此，在实际工作中必须充分重视大坝基础处理设计问题。文章以工程实例作为分析基础，重点探讨了水利枢纽大坝基础处理设计工作，包括基岩加固处理设计，基础排水设计，基础地质问题处理设计及基础回填处理设计。

关键词：水利枢纽；基础设计；处理；大坝

1 工程概况

某水利枢纽工程主要被应用于防洪，大坝为混凝土结构，坝高最大为82m，坝底宽度最大为140.5m，坝轴线长度为350m，大坝全长743.1m。大坝基础周围存在基岩浅槽及6条东西向发育的断层，其中有两条断层可对水利枢纽工程的部分建筑物产生影响。由于该工程的坝高达到了80m以上，在处理大坝基础时应确保最大应力能够达到3.5～7.5Mpa。在设计大坝基础处理工作时应重点考虑渗流、承载力与稳定性问题。

2 水利枢纽大坝基础处理设计分析

2.1 基岩加固处理设计

本工程大坝基础主要由灰岩组成，灰岩具有爆破抵抗能力弱、易腐蚀及产生裂缝的特点，一旦基岩遭到破坏，将会对大坝基础的稳定性造成影响，对此本工程根据实际情况进行了基岩加固处理设计，加固处理方法为固结灌浆处理工艺，以增强基岩防渗性能。（1）加固处理设计原则。由于大坝基础受到一定的水平推力与压应力，所以在设计应对固结灌浆的施工部位进行合理安排[2]。针对本工程大坝基础下游侧具有过大侧应力的特点，在下游侧适当扩大了固结灌浆处理范围，增加范围在20～30m之间，并在考察大坝基础实际应力的基础上设计加固处理深度。（2）基岩加固处理范围如下：对于存在地质缺陷的位置，固结灌浆处理范围为30～35m，重力墩为15～23m，河床坝段为8～15m。此外，大坝基础防渗帷幕的灌浆孔深度为20～30m。帷幕防渗设计要求为，水垫塘、近岸山体及坝肩的透水率应≤3Lu，河床坝基则≤1Lu。（3）在利用固结灌浆工艺处理大坝基岩时，严格控制混凝土的配合比，将混凝土盖重控制在2.5～5.5m之间，固结灌浆施工中优先考虑将普通或大坝硅酸盐水泥作为施工材料，并将灌浆压力设计为0.3MPa。

2.2 基础排水设计

在对水利枢纽工程的实际情况进行考察并综合比较了几种基础排水方案后，将本工程的基础排水形式设计为封闭式帷幕抽水排水，以便能够使大坝基础的扬压力得以降低，并同时提高大坝基础的稳定性与安全性。（1）在对工程地下的渗流场进行计算分析后发现，如对大坝基础进行封闭式抽排处理，则水垫塘坝段、泄洪坝段的扬压力可以降低至0.4及0.25以下。对于近岸地段、山体及两岸坝肩，则采用常规形式的帷幕进行排水，两岸坝肩扬压力设计为0.35，近岸地段设计为0.25[3]。（2）在本工程的大坝基础中还设计了排水孔，排水孔包括辅助性排水孔、封闭性排水孔及主排水孔，封闭性排水孔与主排水孔的位置被安排在主帷幕后方、水垫塘U型区域，辅助性排水孔则设置于封闭抽排范围当中。排水孔设计参数为，直径控制在90～120mm之间，间距为5m，封闭性排水孔与主排水孔均为倾斜形式，倾斜角度保持在80°左右。辅助性排水孔应保持垂直向上状态。由于主排水孔需要发挥降低主帷幕扬压力的作用，所以在本工程中将主排水孔的孔深控制在主帷幕实际孔深的2/3左右。在调整主排水孔的深度之后，综合考察了基础扬压力情况，并将辅助性排水孔孔深设计为10m，封闭性排水孔孔深设计为15m。采用以上设计方案之前先进行了渗透流变等相关试验，在试验中发现渗透比被控制在2.5～6.5之间。图1为大坝基础排水设计图。

2.3 基础地质问题处理设计

在大坝基础的施工阶段所采用的开挖方式不同，则基础处理设计过程中需要解决的地质问题也存在一定的差异，如裂隙及断层等，本工程需要处理的主要问题为软弱夹层与断层。（1）断层处理设计。根据工程实际情况调整基面，确保基面锐角的角度>50°，在设计处理深度时依据以下公式h=0.0067bH+1.5，在上述公式中，H为地质缺陷部位的坝高，单位为m，b为断层宽度，单位为m，h为混凝土填塞的深度，单位为m。如基面锐角<50°，则根据实际情况控制完整岩体的最小厚度值，如两岸坝基的断层性状较差，则厚度值应控制在1.5～2.5m之间，如性状较好，则厚度为1.0～1.5m。此外，对于大坝的重力墩，如断层性状较差，则厚度最小为2.5～3.5m，如性状较好，则最小厚度应为1.0～2.5m。如倾角断层贯穿坝基下游与上游，则在坝基中设计防渗竖井，使竖井深度到达岩溶高程，以便有效封堵岩溶通道。此外，在处理断层时要注意将处理范围延伸至断层周围2～3m。（2）软弱夹层处理设计。在处理大坝基础中的软弱夹层时，可采用掏挖处理形式，掏挖深度为夹层宽度的1～1.5倍，开挖后重点处理断层与软弱夹层交叉部位、夹层密集部位。如采用明挖形式，则全部挖除埋藏较浅的软弱夹层，以保证大坝的安全稳定性。如采用洞挖形式，则将平洞沿软弱夹层倾角交叉布置，将部分夹层挖出后采用接触灌浆工艺或固结灌浆工艺进行处理。

2.4 基础回填处理设计

在开挖坝基时通常会留下钻孔及勘探平洞等，为了提高大坝的稳定性，则必须将混凝土回填到钻孔及勘探平洞当中，本工程所采用的回填处理设计方法如下：（1）回填设计应综合考虑大坝防渗情况及应力分布情况，并确保设计方案与坝基安全要求、基础排水要求相符。如勘探平洞贯穿整条帷幕线，且勘探平洞在帷幕轴线下10m、上20m的范围内时，则清理平洞后进行回填封堵处理即可。在设计钻孔回填处理方案时，必须考虑大坝拱座应力情况，并采用有限元方法对混凝土的回填深度进行分析计算。（2）在进行回填处理时采用以下设计方案：首先彻底清理出平洞或钻孔中存在的杂质与废弃物，如存在松动岩块，也必须完全清除后才能开始回填施工。第二，了解平洞与钻孔情况后，在回填部位放置灌浆管路，以便于顺利进行回填灌浆施工。（3）采用灌浆回填与封堵回填相互配合的施工工艺处理平洞、钻孔中的管状、脉状及狭缝状裂缝；同时将止水片设置于贯穿主帷幕的岩溶通道、钻孔及勘探平洞当中。此外，如钻孔及勘探平洞的规模较大且埋藏深，则采用泵送回填工艺将混凝土填塞到孔洞当中，以便有效增强大壩基础的强度。

3 结束语

综上所述，大坝基础处理是一项较为复杂的任务，在设计大坝基础处理方案的过程中应综合考虑多种因素，如防渗要求、基础强度要求等，并同时结合水利枢纽大坝的具体功能，以便使基础处理设计方案变得科学化与合理化。此外，在大坝基础处理的设计工作中应不断积累经验，找出大坝基础处理工作中存在的不足之处，以便能够有效完善大坝基础设计工作，从而促进水利工程的发展。

参考文献

[1]吕洪旭，陈科文，邓建辉，等.瀑布沟大坝防渗墙应力分布特性及机理探讨[J].人民长江，2011，42（10）：39-43.

[2]邓铭江，韩民，陆鸣，等.卡拉贝利水利枢纽地震安全评价及大坝抗震结构设计[J].水利水电技术，2012，43（9）：59-64.

[3]傅汝强.以丰岩水库工程为例浅析大坝构造和基础设计的相关问题[J].广东科技，2012，21（24）：152-153.