大坝工程基础设计问题与处理方式的若干研究及讨论

□杨　飞（新疆伊犁州水利电力勘测设计研究院）



大坝工程基础设计问题与处理方式的若干研究及讨论

□杨飞（新疆伊犁州水利电力勘测设计研究院）

摘要：大坝是水利工程中不可或缺的重要基础设施之一，其运行稳定与否直接关系到整个水利工程的运行安全。由于地质条件等因素的影响，使得有些大坝工程的基础设计难度较大，并且还需要采用相应的处理方式对基础进行加固，这样才能使大坝基础具备足够的承载力。因此，在大坝工程中，必须合理进行基础设计，并采用有效的处理方式。文章首先简要阐述了大坝工程基础处理的重要性，并在此基础上依托工程实例，对大坝工程基础设计与处理方式进行论述。期望通过文章的研究能够对同类工程提供借鉴参考。

关键词：大坝；基础；设计；处理

1　大坝工程基础处理的重要性

根据筑坝使用的原材料，可将大坝具体分为混凝土坝和土石坝两类，无论哪一种类型的大坝，基础处理都是关键环节，若是该环节出现问题，轻则会造成坝基渗漏，重则可能会引起大坝坍塌。因此，必须对大坝工程基础处理工作予以足够的重视。坝基处理的重要性体现在如下几个方面：

1.1有助于大坝整体稳定性的提升

大坝工程在建设过程中，会受到工程所在地地下环境的影响，有些地基土体的均匀性相对较差，若是直接在这样的地基上修筑大坝，则会导致坝基的稳定性降低，这样一来，大坝的防水能力也会随之下降，很容易形成渗漏水的现象。通过对大坝基础的有效处理，能够使地基土体的性状发生改变，地基的稳固性也会随之增强，从而为大坝工程的建设提供牢固的基础，不仅有助于大坝整体稳定性的提升，而且还能解决渗漏水的问题。

1.2有助于防止岩体变形

相关研究结果表明，处于大坝基础之下的岩土层在受到大坝自重荷载的影响下，很容易出现变形，当部分岩体出现变形之后，整个岩体层的平衡性便会被破坏，由此会导致大坝的基础出现变形。而对大坝基础进行有效的处理之后，可以使地基下岩体层的承载能力有所提升，这样在大坝自重荷载的作用下，便不会轻易出现变形。

1.3有利于减少工程安全隐患

由于大坝工程本身所处的环境中，自然条件较为复杂，从而使得大坝需要承受较多的荷载，同时，大坝正常运行的过程中，还存在诸多不确定的影响因素，这些因素都在一定程度上对大坝的安全造成威胁。所以在大坝工程建设中，通过对地基基础的有效处理，能够减少各种不确定因素对工程带来的安全隐患，不但可以使大坝更好地抵御各类自然灾害，而且还可以延长工程的使用寿命。

2　大坝工程基础设计与处理方式

为了便于研究，文章以某水库的大坝工程为实例，对基础设计与处理的相关问题进行论述。某水库坐落于某省境内，是一座以灌溉为主，兼具供水、发电等功能的中型水利工程。该水库的总库容量约为2073万m3，主要建筑物包括拦河坝、放空洞、放水洞、供水洞和溢洪道等。拦河大坝采用的是强风化泥岩心墙石渣坝，坝前正常水位为496.05 m，校核洪水水位为496.56 m，坝顶高程497.52 m，最大坝高49.55 m。相关资料显示，工程所在地的区域内，并未发生过具有严重破坏性的地震灾害，通过查阅《中国地震动参数区划图》得知，工程所在区域的地震动峰值加速度为0.05 g，地震烈度为Ⅵ度。地质勘察资料显示，工程区域内的地层较为复杂，岩性以泥质粉砂岩、石英石岩、砂质泥岩为主。区内的降雨量较为充沛，多年平均降水量约为968.31 mm，7-9月的降雨量较多，约占全年总降水量的60%～65%左右。坝基覆盖层的揭示厚度为0～8 m，由钻孔资料可知，在工程中，大坝桩号0+200～0+280的覆盖层地层结构如表1所示。

表1　坝基覆盖层土体结构表

由表1可知，工程中的坝基覆盖层土体性质较为复杂，且厚度变化较大，若是以覆盖层直接作为地基进行利用，存在不均匀变形的问题。

2.1大坝工程基础设计方案

以现有的水文地质资料及工程地质详勘成果为依据，结合工程坝基覆盖层的实际情况，提出以下三种方案：

方案一。大坝基础设计中，对坝基覆盖层土体进行部分利用，即按照相关资料，将心墙的底高程从原本的450 m提升至452 m，并将大坝上下游砂岩石渣填筑区的建基高程从原本的452 m提升至456 m，从而使之能够与覆盖层下部的砂卵砾石层相接触。该设计方案的优点在于坝壳具有较好的排水性及稳定性，并且大坝本身的沉降量较小，有助于纵向连接。

方案二。在大坝基础设计中，不对坝基覆盖层进行利用，即将大坝心墙与上下游砂岩石渣填筑区直接置于基岩面上，心墙的建造基面为弱风化岩，上下游砂岩石渣填筑区的建造基面为强风化层。此方案中，大坝心墙的建造基面要比方案一的基面低2 m左右，上下有砂岩石渣填筑区的建造基面低4 m左右。

方案三。在大坝基础设计中，对坝基覆盖层土体的大部分进行利用，依据表1中覆盖层各层土体的性质与厚度，该方案对未经挖掘的土层进行利用，同时采用砂井进行排水，使覆盖层以下的土体在筑坝时充分固结。

通过经济性对比分析得出以下结果：方案一的总投资约为1290.58万元，方案二为1512.57万元，方案三为1367.87万元。此外，从工程现场的开挖情况上看，坝基覆盖层的取样采用的是坑挖的方式，其破坏较为严重，并且受地质条件的限制，对大坑的回填无法采用机械设备进行，进度和质量都难以获得有效保障。因此，可将方案一作为工程大坝基础设计的首选方案。

2.2坝基处理方式

为了进一步改善本工程地基土体的均匀性问题，增强地基的整体性，决定采用以下方式对大坝基础进行处理。

2.2.1固结灌浆

由于本工程中岸坡的坝基相对较陡，因此，在固结灌浆过程中，孔位的布设采用与坡面斜交的方式，使灌浆孔与水平面之间形成60°的夹角。灌浆孔的间距和排距均设置为3 m，呈井字型布设，帷幕线上游与坡面垂直孔深设计为6 m，下游与坡面垂直孔深设计为3 m。固结灌浆基岩段的长度＜6 m，采用全控一次纯压式灌浆法进行浆液灌注，灌浆压力控制在0.30～0.50 MPa之间，灌注前，采用生产性试验对灌浆参数进行调整。灌浆根据分序加密的原则进行，先对边排孔进行灌注，然后灌注中排孔。浆液灌注前，根据设计要求对裂隙进行冲洗，并进行简易的压水试验；灌注过程中，要对压力进行严格控制；灌浆结束14 d以后，应在相应的部位进行岩体波速测试。

2.2.2接触灌浆

对位于右岸上的坝基陡坡建基面采用接触灌浆的方式进行处理，具体分为两个灌注区，每个灌注区的面积均＜200 m2。接触灌浆系统主要是由以下几个部分组成：进浆管、回浆管、出浆管、排气管和止浆片等，该系统应当在固结灌浆完毕后进行安装，出浆盒呈梅花型布设，纵缝灌区出浆盒的间距和排距分别设置为3 m和1.50 m。岸坡位置处的接触灌浆可在大坝正式蓄水前的最后一个低温季节段进行；浆液采用42.50的普通硅酸盐水泥，水灰比为2:1、1:1和0.50:1三个等级；浆液灌注压力控制在0.15～0.30MPa之间。在灌浆过程中，若是浆液外漏，则应当先从外部进行堵漏，如果无效，可采用加浓浆液或是降低压力等措施进行处理，需要特别注意的是，不得采用间歇灌注法。

2.2.3地质问题处理

为了确保大坝基础的应力能够均匀分布，结合地质资料，对坝基存在的地质缺陷采取如下措施进行处理：在坝基覆盖层上，采用钢混垫层，加设锚杆，以梅花型进行布设，锚杆的排间距设置为1.50 m。由于覆盖层中的软弱夹层很难全部清除，故此采用槽挖回填处理的方法，以混凝土进行填塞，两侧按照1:1斜坡进行开挖。

3　结语

综上所述，文章在简要阐述大坝工程地基处理重要性的基础上，依托工程实例，提出了三种坝基设计方案，并通过经济性比选，选取了投资最少的一种方案，随后分析了坝基的处理方式。通过研究发现，在大坝工程建设中，应当针对地质条件进行坝基设计，并采取合理可行的技术措施，对坝基进行加固处理，只有这样，才能确保大坝工程的地基基础稳固，也才能保证大坝的安全、可靠运行。

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（责任编辑：韦诗佳）

收稿日期：2015-12-26

作者简介：杨飞（1982-），男，中级职称，研究方向：大坝、溢洪道、水工隧洞、水闸、渡槽等水工建筑设计。

中图分类号：TV223

文献标识码：A

文章编号：1673-8853（2016）03-0091-02