大壩工程基礎設計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設計研究院）

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大壩工程基礎設計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設計研究院）

摘要：大壩是水利工程中不可或缺的重要基礎設施之一，其運行穩定與否直接關系到整個水利工程的運行安全。由于地質條件等因素的影響，使得有些大壩工程的基礎設計難度較大，并且還需要采用相應的處理方式對基礎進行加固，這樣才能使大壩基礎具備足夠的承載力。因此，在大壩工程中，必須合理進行基礎設計，并采用有效的處理方式。文章首先簡要闡述了大壩工程基礎處理的重要性，并在此基礎上依托工程實例，對大壩工程基礎設計與處理方式進行論述。期望通過文章的研究能夠對同類工程提供借鑒參考。

關鍵詞：大壩；基礎；設計；處理

1　大壩工程基礎處理的重要性

根據筑壩使用的原材料，可將大壩具體分為混凝土壩和土石壩兩類，無論哪一種類型的大壩，基礎處理都是關鍵環節，若是該環節出現問題，輕則會造成壩基滲漏，重則可能會引起大壩坍塌。因此，必須對大壩工程基礎處理工作予以足夠的重視。壩基處理的重要性體現在如下幾個方面：

1.1有助于大壩整體穩定性的提升

大壩工程在建設過程中，會受到工程所在地地下環境的影響，有些地基土體的均勻性相對較差，若是直接在這樣的地基上修筑大壩，則會導致壩基的穩定性降低，這樣一來，大壩的防水能力也會隨之下降，很容易形成滲漏水的現象。通過對大壩基礎的有效處理，能夠使地基土體的性狀發生改變，地基的穩固性也會隨之增強，從而為大壩工程的建設提供牢固的基礎，不僅有助于大壩整體穩定性的提升，而且還能解決滲漏水的問題。

1.2有助于防止巖體變形

相關研究結果表明，處于大壩基礎之下的巖土層在受到大壩自重荷載的影響下，很容易出現變形，當部分巖體出現變形之后，整個巖體層的平衡性便會被破壞，由此會導致大壩的基礎出現變形。而對大壩基礎進行有效的處理之后，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，便不會輕易出現變形。

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境中，自然條件較為復雜，從而使得大壩需要承受較多的荷載，同時，大壩正常運行的過程中，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大壩的安全造成威脅。所以在大壩工程建設中，通過對地基基礎的有效處理，能夠減少各種不確定因素對工程帶來的安全隱患，不但可以使大壩更好地抵御各類自然災害，而且還可以延長工程的使用壽命。

2　大壩工程基礎設計與處理方式

為了便于研究，文章以某水庫的大壩工程為實例，對基礎設計與處理的相關問題進行論述。某水庫坐落于某省境內，是一座以灌溉為主，兼具供水、發電等功能的中型水利工程。該水庫的總庫容量約為2073萬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風化泥巖心墻石渣壩，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。相關資料顯示，工程所在地的區域內，并未發生過具有嚴重破壞性的地震災害，通過查閱《中國地震動參數區劃圖》得知，工程所在區域的地震動峰值加速度為0.05 g，地震烈度為Ⅵ度。地質勘察資料顯示，工程區域內的地層較為復雜，巖性以泥質粉砂巖、石英石巖、砂質泥巖為主。區內的降雨量較為充沛，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0+200～0+280的覆蓋層地層結構如表1所示。

表1　壩基覆蓋層土體結構表

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

2.1大壩工程基礎設計方案

以現有的水文地質資料及工程地質詳勘成果為依據，結合工程壩基覆蓋層的實際情況，提出以下三種方案：

方案一。大壩基礎設計中，對壩基覆蓋層土體進行部分利用，即按照相關資料，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。該設計方案的優點在于壩殼具有較好的排水性及穩定性，并且大壩本身的沉降量較小，有助于縱向連接。

方案二。在大壩基礎設計中，不對壩基覆蓋層進行利用，即將大壩心墻與上下游砂巖石渣填筑區直接置于基巖面上，心墻的建造基面為弱風化巖，上下游砂巖石渣填筑區的建造基面為強風化層。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的建造基面低4 m左右。

方案三。在大壩基礎設計中，對壩基覆蓋層土體的大部分進行利用，依據表1中覆蓋層各層土體的性質與厚度，該方案對未經挖掘的土層進行利用，同時采用砂井進行排水，使覆蓋層以下的土體在筑壩時充分固結。

通過經濟性對比分析得出以下結果：方案一的總投資約為1290.58萬元，方案二為1512.57萬元，方案三為1367.87萬元。此外，從工程現場的開挖情況上看，壩基覆蓋層的取樣采用的是坑挖的方式，其破壞較為嚴重，并且受地質條件的限制，對大坑的回填無法采用機械設備進行，進度和質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設計的首選方案。

2.2壩基處理方式

為了進一步改善本工程地基土體的均勻性問題，增強地基的整體性，決定采用以下方式對大壩基礎進行處理。

2.2.1固結灌漿

由于本工程中岸坡的壩基相對較陡，因此，在固結灌漿過程中，孔位的布設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置為3 m，呈井字型布設，帷幕線上游與坡面垂直孔深設計為6 m，下游與坡面垂直孔深設計為3 m。固結灌漿基巖段的長度＜6 m，采用全控一次純壓式灌漿法進行漿液灌注，灌漿壓力控制在0.30～0.50 MPa之間，灌注前，采用生產性試驗對灌漿參數進行調整。灌漿根據分序加密的原則進行，先對邊排孔進行灌注，然后灌注中排孔。漿液灌注前，根據設計要求對裂隙進行沖洗，并進行簡易的壓水試驗；灌注過程中，要對壓力進行嚴格控制；灌漿結束14 d以后，應在相應的部位進行巖體波速測試。

2.2.2接觸灌漿

對位于右岸上的壩基陡坡建基面采用接觸灌漿的方式進行處理，具體分為兩個灌注區，每個灌注區的面積均＜200 m2。接觸灌漿系統主要是由以下幾個部分組成：進漿管、回漿管、出漿管、排氣管和止漿片等，該系統應當在固結灌漿完畢后進行安裝，出漿盒呈梅花型布設，縱縫灌區出漿盒的間距和排距分別設置為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低溫季節段進行；漿液采用42.50的普通硅酸鹽水泥，水灰比為2:1、1:1和0.50:1三個等級；漿液灌注壓力控制在0.15～0.30MPa之間。在灌漿過程中，若是漿液外漏，則應當先從外部進行堵漏，如果無效，可采用加濃漿液或是降低壓力等措施進行處理，需要特別注意的是，不得采用間歇灌注法。

2.2.3地質問題處理

為了確保大壩基礎的應力能夠均勻分布，結合地質資料，對壩基存在的地質缺陷采取如下措施進行處理：在壩基覆蓋層上，采用鋼混墊層，加設錨桿，以梅花型進行布設，錨桿的排間距設置為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，以混凝土進行填塞，兩側按照1:1斜坡進行開挖。

3　結語

綜上所述，文章在簡要闡述大壩工程地基處理重要性的基礎上，依托工程實例，提出了三種壩基設計方案，并通過經濟性比選，選取了投資最少的一種方案，隨后分析了壩基的處理方式。通過研究發現，在大壩工程建設中，應當針對地質條件進行壩基設計，并采取合理可行的技術措施，對壩基進行加固處理，只有這樣，才能確保大壩工程的地基基礎穩固，也才能保證大壩的安全、可靠運行。

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（責任編輯：韋詩佳）

收稿日期：2015-12-26

作者簡介：楊飛（1982-），男，中級職稱，研究方向：大壩、溢洪道、水工隧洞、水閘、渡槽等水工建筑設計。

中圖分類號：TV223

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8853（2016）03-0091-02