水庫大壩壩基的處理設計要點研究

摘要：文章針對水庫大壩壩基處理設計，結合水庫工程實例，對壩基清基、防滲以及防滲結構設計的要點進行分析，得出主、副壩清基深度、防滲深度、滲流計算方法與結果、各壩段對應防滲結構等結論，并提出一種全新的水平鋪蓋與垂直防滲相結合的壩基防滲形式，旨在為類似水庫工程提供可靠的參考。

關鍵詞：水庫大壩；壩基處理設計；清基設計；防滲設計；防滲結構設計 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV698 文章編號：1009-2374（2016）23-0116-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.23.056

對于水庫工程建設而言，壩基處理設計是十分重要的環節，牽扯到工程的整體質量，在實際工作中必須予以足夠的重視。由于壩基地層、地質、水文等存在明顯的差異，設計前期應做好勘察工作，掌握詳細的資料，以此為日后的設計工作提供可靠依據；設計中應充分利用勘察資料，根據地質條件等因素制定針對性設計方案，明確清基深度與防滲結構等，并在實踐中不斷對設計方案進行優化，從而達到最大化提升工程質量的目的。現結合某水庫工程實例，圍繞大壩壩基處理，對設計要點進行深入探討，具體內容如下：

1 工程概況

本次研究將某水庫工程作為研究對象，該工程主要包含主壩、副壩、引水閘、引水渠、放水閘、分水閘、防水渠與各類腐蝕設施。水庫壩體選擇土工膜斜墻防滲碾壓土石壩，壩頂寬度為6.0m，壩體長約7.7km，上游壩坡相對較大，為1∶2.5，下游為1∶2；壩體的防滲措施選用復合膜結構，采用斜鋪的方式，復合膜厚度為0.75mm，無紡布規格為200g/m2；壩體護坡結構為現澆混凝土板，厚度為15～22m。壩基防滲為本次研究的重點問題之一，工程根據實際情況，采用三種防滲措施，分別為PE塑模防滲、塑性混凝土墻以及水泥攪拌樁。

2 壩基清基設計

2.1 主壩清基設計

清基為壩基處理的首要環節，清基深度的確定是設計的重點內容，設計質量與水平會對后續施工造成直接的影響。水庫主壩第三系壩段泥巖出露，表層為沙巖和泥巖，風化強烈，存在較大孔隙率，與水接觸后容易軟化，若將其當作壩基，則很難進行壓實處理，而且還容易產生軟弱面，所以設計決定對泥巖進行完全的清除，開挖厚度為1～2m。水庫主壩第四系壩段表面為沉積物，下層存在泥巖與砂巖。該沉積物主要是沖洪積亞砂土夾亞黏土，其干容重相對較低，孔隙比最大可以達到1.67，屬于典型的高壓縮性土體，且含鹽量偏高。但此處壩段的地下水位卻偏高，為清基工作帶來了很大的不便。對此，設計決定清除地層以下3m所有土體，剩余部分作為壩基進行清基作業。

2.2 副壩清基設計

西側副壩由第三系臺地組成，而表層主要為第四系礫石，厚度分布不均，大致為0.5～2.0m。此外，部分壩段的泥巖出露較為明顯，因此清基設計深度為1～2m，被礫石覆蓋的地層清基1m。東側副壩位于第三系平臺之上，表層與西側副壩完全相同，但厚度相對較小，僅有0.4m左右，其下方全部為泥巖，故清基設計深度為0.4m，將清基后出露的第三系平臺作為副壩壩基。

3 壩基防滲設計

3.1 深度設計

通過對地質報告的分析可知，強風化巖層在全壩段的實際分布厚度大致為4～8m，采取垂直防滲的方式對強風化巖層進行阻斷，其防滲深度確定為6m，若存在泥巖，且其厚度在2m以上，埋深不超過6m的情況下，可將此層作為防滲體基面。為確保壩基滲透的穩定性，防止滲漏的產生，設計決定將水平鋪蓋和垂直防滲連接成一體，根據對應的實際情況，對鋪蓋的長度進行控制，隨機選取三個壩段，其水平鋪蓋長度如表1所示。

3.2 滲流計算

設計方案提出的滲流計算形式為：將垂直防滲換算成水平鋪蓋，其中包含水平鋪蓋，按照鋪蓋與壩體防滲的實際情況進行計算。計算的具體過程為：通過對垂直防滲的換算得出水平鋪蓋的實際長度，在完全等效的條件下，使用聯合防滲方法對滲流進行計算，相應計算結果如表1所示。

4 壩基防滲結構設計

4.1 設計方案

4.1.1 0+000～0+800壩段的防滲深度相對較小，以砂層防滲為主，防滲形式為塑膜；0+800～2+436壩段的防滲深度較大，為主要的防滲區域，設計選用的防滲形式為灌注防滲墻。

4.1.2 2+436～2+850壩段的防滲深度大約為10～11.5m，以深入首層泥巖為準，防滲形式為灌注防滲墻。防滲墻在砂層當中較易成槽，泥巖層的厚度不大，施工相對便利，而且還可以和西側副壩的防滲結構連接成一體。

4.1.3 2+850～5+050壩段的防滲深度波動較大，大致為3.5～11.5m，平均深度為7.0m，由于開槽難度較小，故采用垂直防滲。對于含有泥巖的部分壩段，為保證防滲效果，需運用特定的手段進行開槽，以此提升垂直防滲結構的性能。

4.1.4 5+050～6+025壩段的防滲深度較大，最深處可達15.5m，且不存在泥巖，很難使用垂直防滲，若使用鋪膜防滲，則難以控制質量。為此此壩段需采用關注防滲墻，實踐表明，由于存在大面積砂巖，所以成墻質量有所保證。

4.1.5 6+025～7+100壩段防滲深度大多為6.0m，僅有少數壩段超過10m。此處壩段的防滲層當中幾乎不存在泥巖，且地質條件良好，可運用垂直防滲。

4.2 方案優化

主要針對垂直防滲，且深度在6m左右，建議采用水平鋪蓋與垂直防滲相結合的方法。其中，垂直防滲方法為：在壩基表層開槽，鋪設一定厚度的PE膜，完成后進行回填。PE膜的厚度約為0.5mm，在下游鋪設，為提升槽面的平整度，避免損壞PE膜，需要在槽的外壁上預先攤鋪無紡布，再鋪設PE膜；水平鋪蓋方法為：對于第三系壩段，需整平地面，清理地面上的雜物和垃圾；對于第四系壩段，需對各種植物根系與覆蓋物進行清理，清理后實施整平。地面檢驗合格后鋪設一定厚度的復合膜，復合膜即為PE膜與無紡布的結合體，其連接和壩體的防滲體連接完全一致，并與垂直防滲等形成一個完整、密封的整體，鋪設與連接完成后在其上方回填砂土以起到保護作用，但要注意回填的深度不宜過大，否則會對復合膜造成破壞，一般控制在1.5m即可。

5 結語

總而言之，水庫大壩的壩基處理設計是一項復雜的系統工程，不僅涉及到相關的專業知識和技術，還要對地質、水文等實際條件實施充分的考慮和分析，工作中存在很大的難度，如果設計中考慮得不夠全面，將造成壩體變形、滲漏等問題，對水庫安全造成威脅。因此在設計過程中，明確各環節的設計要點，根據不同壩段的實際情況，采用最佳的防滲結構，確定合理的清基深度，從而在切實保證大壩安全與防滲性能的基礎上，為施工提供便利。

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作者簡介：呂曉輝，陜西千陽人，供職于西藏自治區水利電力規劃勘測設計研究院，研究方向：農田水利工程。

（責任編輯：小 燕）