楊安泉（湖北省隨州市水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北隨州441300）

淺析水利水電大壩工程基礎(chǔ)的處理設(shè)計(jì)

楊安泉（湖北省隨州市水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北隨州441300）

近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，而水利工程作為國(guó)家建設(shè)的基礎(chǔ)工程，其發(fā)展自然得到了國(guó)家的不斷關(guān)注。樞紐大壩工程在整個(gè)水利水電工程中占據(jù)重要地位，但是這些工程實(shí)施起來往往較有難度。大壩工程不僅具有范圍廣、流動(dòng)性大特點(diǎn)，因此在建設(shè)大壩過程中特別容易發(fā)生質(zhì)量事故，尤其是在水利水電大壩工程的基礎(chǔ)處理環(huán)節(jié)，大壩工程的質(zhì)量直接反映工程質(zhì)量的好壞。因此，在建造設(shè)計(jì)水利水電大壩工程時(shí)，必須要對(duì)它的基礎(chǔ)處理進(jìn)行嚴(yán)格技術(shù)分析，并且依照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來設(shè)計(jì)，以確保水利水電大壩工程基礎(chǔ)的質(zhì)量安全。本文以大壩基礎(chǔ)處理的作用和特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)經(jīng)常采用的基礎(chǔ)處理方法加以概括敘述，之后用實(shí)際的工程項(xiàng)目為范本，盡可能詳盡的描述其采用的處理內(nèi)容和方法，并且對(duì)壩基的滲流控制進(jìn)行了說明。

水利水電大壩工程；基礎(chǔ)處理；設(shè)計(jì)

1 引言

伴隨水利水電工程的飛速發(fā)展，與之對(duì)應(yīng)的大壩建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量也得到了很大提高。樞紐大壩是水利水電工程的重要一環(huán)，其質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)水利水電工程的質(zhì)量和使用效率，樞紐大壩工程的基礎(chǔ)處理更是整個(gè)大壩施工中的重中之重，所以水利水電大壩工程的基礎(chǔ)處理工作在施工是一定要做好。

2 水利水電大壩工程的基礎(chǔ)處理特點(diǎn)

2.1 水利水電大壩所受的各種危險(xiǎn)因素

因?yàn)樗姶髩喂こ痰氖┕きh(huán)境地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、所以施工過程中要思考的載荷數(shù)目較大，而且實(shí)際運(yùn)行過程中未知因素會(huì)比較多。由于這些因素都無(wú)法輕易確定和理論控制，所以基礎(chǔ)質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)掌控的重要性也彰顯的更加明顯。大壩的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)如果科學(xué)度和準(zhǔn)確度不夠會(huì)造成整個(gè)大壩的危險(xiǎn)系數(shù)增加，甚至有可能發(fā)生工程事故或者無(wú)法抵抗自然災(zāi)害。

2.2 大壩工程技術(shù)復(fù)雜及基礎(chǔ)工作重要性

在投入使用后，復(fù)雜多樣的地質(zhì)環(huán)境會(huì)對(duì)水利水電大壩下部造成影響，而且上部也會(huì)受到結(jié)構(gòu)物的各種工程指標(biāo)要求。在這種上、下部結(jié)構(gòu)都受到影響的情況下，基礎(chǔ)工程的重要性就凸顯了出來。因此，在實(shí)施水壩基礎(chǔ)工程之前，要先對(duì)施工地域進(jìn)行嚴(yán)格的勘探，施工之前還必須要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)。

2.3 大壩工程的質(zhì)量評(píng)估難

因?yàn)榇髩位A(chǔ)工程為隱蔽工程，所以在工程收工后，難以對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行有效的評(píng)估和檢驗(yàn)。工程質(zhì)量的好與壞只有在其運(yùn)行之后才能充分掌握，但是一旦大壩在運(yùn)行之后出現(xiàn)基礎(chǔ)工程質(zhì)量問題，其返修工作的進(jìn)行將會(huì)很難。這是因?yàn)槿绱?，在工程施工前期需要特別重視施工設(shè)計(jì)和施工過程中的質(zhì)量把關(guān)。

2.4 大壩工程施工工期較短

一般大壩的建筑選址在河流上面，并且其基礎(chǔ)工程施工日期通常為河流枯水期或者水位較淺時(shí)間。然而往往這段時(shí)間天氣變化較大、施工工期也比較短、工程任務(wù)也比較多，所以在這前要對(duì)施工過程進(jìn)行周密的計(jì)劃和布置，盡可能多的選擇施工效率高、效果可靠的機(jī)械設(shè)備和方法。

3 水利水電大壩工程基礎(chǔ)的處理方法

3.1 大壩斷層處的處理方法

①重力壩的處理，首先把斷層處的土質(zhì)用機(jī)械方法抽出，然后澆筑混凝土，還可以額外進(jìn)行灌漿處理，用來增強(qiáng)巖石與混凝土的粘結(jié)能力。②大壩上下游方向斷層的處理，首先要驗(yàn)測(cè)巖石抗擊壓力的能力，和檢測(cè)它抵抗剪切的性能是否違反規(guī)定。若檢驗(yàn)的結(jié)果和相關(guān)規(guī)范不符合，可采用重新填混凝土的辦法處理，用于增強(qiáng)其它抵抗剪切的能力。③大壩拱壩的斷層。如果大壩的拱壩壩基出現(xiàn)斷層，則首先要測(cè)定斷層的大小和所在位置。若大壩承受拱推力太大，壩基極易產(chǎn)生滑動(dòng)因而導(dǎo)致變形，此時(shí)可以采用重新填埋混凝土的方法處理。

3.2 大壩壩基混凝土處理方法

工程中，在壩基選址過程中，要盡量避開軟弱基層。這主要是由于軟弱基層的抗滑能力較弱，很有可能導(dǎo)致大壩抗滑安全系數(shù)不足而無(wú)法承擔(dān)過大水流的壓力，致使大壩壩基發(fā)生位移。

3.3 大壩混凝土支撐的處理方法

在修筑大壩時(shí)，我們能夠看到基巖中有很多斷斷續(xù)續(xù)的巖層存在，最理想的處理方法是把這些斷層全部使用混凝土回填方法進(jìn)行替換處理，然而這樣并不切合實(shí)際，需要科學(xué)的選擇混凝土支撐方法來解決壩基不穩(wěn)、抗壓能力弱的問題。

3.4 大壩巖基預(yù)應(yīng)力拉錨的處理方法

在水流沖擊作用下，不論大壩的壩基基巖是否存在斷裂層，壩基都會(huì)產(chǎn)生些許形變。對(duì)于這種情況，一般采用鋼筋加固處理來減小水沖力對(duì)大壩造成影響。先使用向基巖鉆孔鉆到計(jì)劃深度，然后插入鋼筋加固，之后進(jìn)行拉張預(yù)應(yīng)力處理，預(yù)應(yīng)力的大小由當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、變形特征等決定。

3.5 大壩工程基礎(chǔ)的平洞與鉆孔回填處理設(shè)計(jì)

針對(duì)大壩基礎(chǔ)出現(xiàn)洞孔的情況，可以防滲帷幕灌漿與大壩灌漿的相應(yīng)條件為前提，對(duì)此洞孔采取有效的混凝回填處理。根據(jù)對(duì)該工程的實(shí)地勘察，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)孔洞進(jìn)行回填混凝土處理，與此同時(shí)還要對(duì)平洞的回填混凝土進(jìn)行排水和深部檢測(cè)，之后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行混凝土襯砌處理。在進(jìn)行回填混凝土?xí)r，需要先將其內(nèi)部的額雜質(zhì)清理干凈。在處理過程中要對(duì)此洞孔進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，同時(shí)將灌漿管植入洞孔中進(jìn)行回填灌漿。若是孔洞的規(guī)模和埋藏深度較大時(shí)，則需要在基面中設(shè)置相關(guān)的大孔徑鉆孔，之后再進(jìn)行回填混凝土處理。

4 水利水電大壩工程基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)實(shí)例分析

4.1 案例簡(jiǎn)介

某一攔河大壩，壩高83m，壩軸線總長(zhǎng)度為340m。大壩主要用途為防洪，大壩的類型為混凝土重力壩，位于峽谷之中，大壩對(duì)地質(zhì)條件沒有過高要求，在壩基周圍發(fā)現(xiàn)6條斷層。壩基巖體透水性一般，防滲功能較好。

4.2 大壩基礎(chǔ)處理的主要內(nèi)容

①軟弱夾層。軟弱夾層的工程特點(diǎn)出現(xiàn)顯著降低，其變形模量為0.02～0.04Gpa，抗剪強(qiáng)度f(wàn)值僅有0.22～0.33，與周圍巖體相比，這些性質(zhì)均比較低，容易造成大壩壩基整體抗剪強(qiáng)度過小。②壩基滲漏問題。雖然壩基附近的巖石防滲性能較好，但存在部分?jǐn)鄬哟┩噶藟位默F(xiàn)象。這易使巖基產(chǎn)生裂縫、滲水等問題，這些問題均要采取相關(guān)的措施處理。

4.3 大壩基礎(chǔ)處理方法

①壩基開挖方法。臺(tái)階式是壩基的基本開挖方式，臺(tái)階高度差和平臺(tái)寬度要求可以滿足大壩的抗滑動(dòng)需要。這個(gè)工程開挖的平臺(tái)幅寬與大壩底部的深度比為14：1，臺(tái)階高差超過7.5m，最終開挖坡之比為1：0.32。為滿足實(shí)際操作需要，施工前計(jì)劃時(shí)把大壩基面向上游處傾斜大概5°，使壩基在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的位置。泄洪過程中會(huì)產(chǎn)生霧化水，而且這些霧化水會(huì)對(duì)大壩的兩岸產(chǎn)生侵蝕作用，在邊坡開挖中對(duì)壩基產(chǎn)生作用，這種現(xiàn)象要求我們采取相應(yīng)方法處理。②大壩基面的開挖高程處理。次大壩兩岸高程壩段較高，所以要根據(jù)壩基巖石的工程特點(diǎn)來改善河床承力能力；壩基裂隙和間隙導(dǎo)致夾巖石的風(fēng)化程度加重，并且壩基表面巖石的完整性較差。我們應(yīng)多方面勘察大壩巖體的工程情況，主要方面有壩基巖體的風(fēng)化厚度、表部巖體的完整性以及巖體巖性。其次因?yàn)榇髩嗡诤佣未嬖诤哟惨缌鲏味维F(xiàn)象，所以在進(jìn)行基面建設(shè)時(shí)要將開挖高程控制在65m附近，而且兩岸的擋水壩段高度應(yīng)需逐漸增加。③大壩區(qū)地質(zhì)缺陷處理。大壩壩基的地質(zhì)缺陷以斷層和軟弱夾層兩部分為主，在壩基地質(zhì)處理前需要充分了解地質(zhì)的實(shí)際情況，并制定相應(yīng)的解決方案，一般情況下采用掏挖和利塞這兩種處理方式。在開挖壩基斷層時(shí)需要將開挖深度與開挖寬度的比控制在1～16左右，斷層處理也要擴(kuò)展到壩外2～4m處。若使用掏挖的方法，不但要將把深度與寬度比控制在1～16，還需要對(duì)夾層密集區(qū)域和斷層交匯區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性處理。

5 大壩滲流控制說明

5.1 總體設(shè)計(jì)方案

該河床泄洪壩段主要存在的問題有：高程低、抗浮動(dòng)穩(wěn)定性差、水頭位置高。這個(gè)項(xiàng)目的排水方案以下面兩種為主，第一種是使用封閉帷幕抽水排水，實(shí)驗(yàn)表明，這樣可以使地基的揚(yáng)壓力降低，增強(qiáng)壩的穩(wěn)定性能；第二種是采用封閉抽水排水方法，能夠保證揚(yáng)壓力折減系數(shù)在0.25最好。

5.2 大壩基礎(chǔ)排水的處理辦法

在大壩中基礎(chǔ)排水孔的主要任務(wù)是降低壩基揚(yáng)壓力，排水孔主要設(shè)計(jì)在防滲帷幕后面和水墊塘附近，同時(shí)也在封閉抽排區(qū)內(nèi)設(shè)置輔助排水孔，用來保證封閉抽排的作用效果。在滲透流變?cè)囼?yàn)結(jié)果中可以看出，大壩壩基軟弱夾層的抗?jié)B能力較差，所以設(shè)計(jì)排水孔時(shí)，需要盡可能的避開軟弱夾層。

5.3 大壩防滲帷幕處理說明

這個(gè)工程項(xiàng)目的防滲帷幕設(shè)計(jì)裝置在上游基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)，并沿著大壩壩肩延伸。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為河床壩基的透水率不應(yīng)大于1Lu，山體、壩肩的透水率應(yīng)不大于3Lu。一般來說選擇單排孔的防滲帷幕，但經(jīng)過實(shí)際考察發(fā)現(xiàn)壩基只有兩處透水性較好，所以分別使用分段鉆灌和孔內(nèi)循環(huán)灌注處理方法，漿材為525號(hào)普通硅酸鹽水泥。

6 結(jié)束語(yǔ)

水利水電大壩基礎(chǔ)工程是一個(gè)綜合性的工程，其基礎(chǔ)處理在整個(gè)水利水電工程的運(yùn)行中占據(jù)重要地位，不但可以影響大壩工程的正常使用，還影響大壩工程的經(jīng)濟(jì)效益能否達(dá)到最大化。所以，在水利水電大壩工程基礎(chǔ)的處理設(shè)計(jì)中要始終依據(jù)有關(guān)工程標(biāo)準(zhǔn)施工，同時(shí)根據(jù)施工情況，采取效率高的加固和防滲方法，才能確保大壩工程的安全性和穩(wěn)固性，更好的服務(wù)國(guó)家和人民。

［1］李丕清，王永德.探究水利水電大壩工程基礎(chǔ)的處理設(shè)計(jì)［J］.建筑與發(fā)展，2015（04）：29～30.

［2］肖 勇.大壩工程基礎(chǔ)處理的設(shè)計(jì)探討［J］.城市建設(shè)理論研究，2015（33）：34～35.

TV223

A

2095-2066（2016）28-0112-02

2016-9-23

楊安泉（1982-），男，工程師，本科，主要從事水利水電設(shè)計(jì)工作。