饒宏玲

(1. 中國電建集團 成都勘測設計研究院有限公司，成都 610072；2. 國家能源水電工程技術(shù)研發(fā)中心 高混凝土壩分中心，成都 610072)

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高拱壩建基巖體條件研究

饒宏玲1，2

(1. 中國電建集團 成都勘測設計研究院有限公司，成都 610072；2. 國家能源水電工程技術(shù)研發(fā)中心 高混凝土壩分中心，成都 610072)

高拱壩攔蓄水體巨大，要求建基巖體應具有較高的承載力及抗變形能力，但壩基嵌入深度過大，壩基大量開挖會影響壩基上下游高邊坡的穩(wěn)定，此外，存在高地應力導致的壩基巖體卸荷松弛問題等。在對比研究國內(nèi)外設計標準對建基面的要求基礎上，結(jié)合錦屏一級特高拱壩建基面的確定進行分析，總結(jié)出幾點新的認識：在采取可靠基礎處理措施的前提下，可適當降低對建基巖體的質(zhì)量要求；可采取適當增加壩體厚度、降低拱壩應力水平的方式，降低建基巖體受載；采取在拱壩下游抗力體區(qū)域施加橫向錨索鎖固的方式，可提高建基巖體承載能力。

高拱壩；建基巖體；承載力；抗變形能力；加固措施

1 研究背景

一般認為，高拱壩壩基嵌入深度越大，基巖完整性越好，基巖承載力越高，對壩體的應力及變形越有利，大壩安全度越高。然而，基巖的完整性越好，基礎的剛度也越大，會促使壩基上游大面積拉力區(qū)的擴展;同時，致密的巖石排水性也差。壩基嵌入深度過大，壩基大量開挖還可能導致壩基上下游高邊坡的穩(wěn)定，此外，存在高地應力導致的壩基巖體卸荷松弛的問題，壩軸線加長引起壩體水荷載增加的問題以及工程量增加及工期加長的問題等。本文在對國內(nèi)外設計標準要求進行對比研究的基礎上，結(jié)合錦屏一級特高拱壩建基面的確定進行分析，對拱壩合理建基巖體條件進行研究。

2 設計標準對拱壩建基巖體的要求

20世紀70年代至80年代，我國還沒有拱壩設計規(guī)范，建基面的確定主要參照重力壩規(guī)范進行。1978年頒發(fā)的《混凝土重力壩設計規(guī)范》(SDJ21—78)[1]第98條規(guī)定“高壩應開挖到新鮮或微風化下部的基巖，中壩宜挖到微風化或弱風化下部的基巖”。1985年頒布實行的《混凝土拱壩設計規(guī)范(試行)》(SD145—85)[2]規(guī)定“一般高壩應盡量開挖至新鮮或微風化的基巖，中壩應盡量開挖至微風化或弱風化中、下部的基巖”，上述2個標準將70 m以上的壩劃分為高壩。我國現(xiàn)行電力行業(yè)標準《混凝土拱壩設計規(guī)范》(DL/T5346—2006)[3]規(guī)定“高壩應開挖至Ⅱ類巖體，局部可開挖至Ⅲ類巖體。中低壩可適當放寬”，同時，文獻[3]將壩高的標準進行了調(diào)整，由70 m提高到了100 m。我國現(xiàn)行水利行業(yè)標準《混凝土拱壩設計規(guī)范》(SL282—2003)[4]規(guī)定“結(jié)合壩高，選擇新鮮、微風化或弱風化中、下部的巖體作為建基面”，文獻[4]對壩高的劃分標準維持文獻[2]的規(guī)定，即70 m以上為高壩。美國墾務局《拱壩設計》[5]規(guī)定“在地基內(nèi)的最大容許應力應小于地基材料的抗壓強度除以安全系數(shù)4.0，2.7和1.3，分別相當于正常、非正常和極端荷載組合”。美國陸軍工程師兵團《拱壩設計》[6]表述為“如果變形模量值低于500 000磅/英寸2(3.4 GPa)，應當采用合理的變形模量值進行充分的應力分析。如果在各種假定條件下，壩的應力都在允許應力范圍之內(nèi)，則設計是可以接受的”。

從上述可以看出，文獻[1-2]和文獻[4]根據(jù)巖體的風化程度確定拱壩建基面，文獻[3]采用巖體分級確定拱壩建基面，文獻[5]采用地基內(nèi)的最大容許應力確定建基面，文獻[6]則更強調(diào)用壩體的應力是否滿足控制標準來確定拱壩建基面。

與文獻[1]比較，文獻[2]對高壩的建基巖體要求略有降低；與文獻[2]比較，文獻[4]根據(jù)我國二灘、李家峽等工程經(jīng)驗，對高壩的建基巖體更進一步降低了要求，將高壩建基面標準放寬至弱風化基巖。

我國《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287—99)[7]附錄中規(guī)定的對巖體風化程度的劃分主要從巖石的顏色、光澤、巖體組織結(jié)構(gòu)的變化及破碎程度、礦物成分的變化、物理力學特性變化等主要特征，輔以風化巖聲波縱波速與新鮮巖體縱波速的比值，在現(xiàn)場以直觀的方式用肉眼鑒定進行風化分類，是定性的分類，巖體風化情況并不能反映巖石本身的強度和變形特征。因此，根據(jù)巖體風化程度作為壩基巖體開挖判斷標準確定拱壩建基面存在一定問題。文獻[3]修編時，采用巖體分級確定拱壩建基面。同時，對建基面可利用巖體質(zhì)量進行專題研究，調(diào)研了近20座水電站工程后得出結(jié)論：我國多座已建高拱壩均未將建基面建于微新巖體，當時已建的最高拱壩——二灘拱壩建基面也位于弱風化巖體中部，局部還達到了弱風化巖體上部；李家峽拱壩建基面也位于弱風化巖體下部。考慮到上述實踐經(jīng)驗，與文獻[2]相比，文獻[3]降低了對高壩建基巖體質(zhì)量的要求，同時，文獻[3]將高壩的劃分標準由70 m提高到了100 m，更進一步降低了對建基巖體的要求。

前蘇聯(lián)已不再規(guī)定壩基巖石開挖的風化標準，相反，盡量減少開挖量和利用裂隙巖體。其《混凝土和鋼筋混凝土壩設計規(guī)范》[8]規(guī)定：壩基開挖，應考慮地基加固措施，并在壩的強度和穩(wěn)定計算論證的基礎上使之達到最小。前蘇聯(lián)水工設計院規(guī)定：基礎變形模量小(1 GPa左右)，透水性大，不能作為挖出壩基巖體的理由[8]。

總之，隨著世界壩工技術(shù)的進步和巖石力學的發(fā)展，國際壩工界對混凝土壩壩基巖體的綜合利用標準和開挖深度的認識已有明顯的變化，總體趨勢是對巖體質(zhì)量的要求有所放寬，盡量減少壩基開挖量，優(yōu)先考慮以基礎處理措施代替深挖。

3 拱壩建基巖體條件分析

3.1 建基巖體的基本要求

3.1.1 建基巖體的承載力要求

高拱壩攔蓄水體巨大，100 m以上的大壩蓄積的水體產(chǎn)生的靜水荷載多在數(shù)百萬噸，高的可以達到千萬噸，因此，要求建基巖體應具有較高的承載力。巖體是巖塊和結(jié)構(gòu)面的組合體，巖塊的強度是巖體承載力的基礎，但受結(jié)構(gòu)面的切割分離成為了節(jié)理化介質(zhì)而非完整的剛性介質(zhì)，故承載力大幅度降低。文獻[9]收集整理了國內(nèi)外15個已建并成功運行的的拱壩工程，壩高從149.5 m到271.0 m，除美國的格林卡楊拱壩(壩高216.4 m，巖石飽和抗壓強度43.3 MPa)及伊朗的迪茲拱壩(壩高203.5 m，巖石飽和抗壓強度31.5 MPa)外，其余13個拱壩建基巖體的巖石飽和抗壓強度在60～150 MPa范圍內(nèi)。高150 m以上的拱壩傳遞給壩肩巖體的最大壓應力可以達到6～7 MPa[9]或以上，英古里拱壩的最大壓應力達到了9.4 MPa(壩高271.5 m，巖石飽和抗壓強度80～90 MPa)。據(jù)此計算分析，除美國的格林卡楊拱壩及伊朗的迪茲拱壩外，其他拱壩地基承載力的安全系數(shù)均可達到8以上，格林卡楊拱壩及迪茲拱壩，如按最大壓應力8 MPa估算，地基承載力的安全系數(shù)可達4以上，基本滿足美國墾務局拱壩設計的規(guī)定。根據(jù)上述分析，地基承載力安全系數(shù)在正常荷載工況下達到4即可滿足拱壩承載力要求。

3.1.2 建基巖體的穩(wěn)定性要求

要求壩肩巖體在巨大的水推力作用下具有足夠的抗滑穩(wěn)定和抗變形穩(wěn)定性。滿足拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定是拱壩建基巖體必須具備的重要的基本條件之一，關(guān)于壩肩抗滑穩(wěn)定，限于篇幅限制，本文不做進一步討論，本文重點討論建基巖體的抗變形穩(wěn)定問題。

由于混凝土的變形模量在20 GPa左右，為取得受力、變形的協(xié)同性，壩基變形模量過高并不一定是工程運用中的理想巖體。根據(jù)文獻[9]的統(tǒng)計，國內(nèi)外高拱壩的壩基巖體變形模量除個別外(如黑部第四壩基變形模量7.14 GPa)，基本在10～20 GPa。

3.2 錦屏一級拱壩建基巖體條件研究

以下以錦屏一級工程拱壩建基面為例，對拱壩建基巖體條件進行分析。

3.2.1 錦屏一級工程拱壩基本情況

圖1 樞紐區(qū)河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)橫剖面圖Fig.1 Transverse profile of geological structures across the valley in the project area

壩址區(qū)發(fā)育的軟弱結(jié)構(gòu)面以斷層為主，產(chǎn)狀以走向NE—NNE向、傾向SE為主。與工程有關(guān)且規(guī)模較大的有：左岸f5，f8，f2斷層和煌斑巖脈(X)；右岸f13，f14斷層及斜穿河床壩基的f18斷層及煌斑巖脈(X)等(見圖2)。

圖2 樞紐區(qū)地質(zhì)構(gòu)造平面圖Fig.2 Planar diagram of geological structures in the project area

樞紐區(qū)左岸巖體受特定構(gòu)造和巖性影響，卸荷十分強烈，卸荷深度較大，谷坡中下部大理巖卸荷水平深度達150～200 m，中上部砂板巖卸荷水平深度達200～300 m，順河方向分布長度達500 m。卸荷裂隙多沿巖體構(gòu)造節(jié)理面松弛張開，裂隙開度達10～20 cm。這種現(xiàn)象十分少見，被稱為深卸荷現(xiàn)象，也是構(gòu)成兩岸地質(zhì)條件嚴重不對稱的主要因素。表1為壩區(qū)巖體質(zhì)量分級表。

3.2.2 錦屏一級拱壩建基面確定面臨的主要問題

(1) 壩區(qū)地應力量級較高，巖石抗壓強度較低，σ1量值普遍在20～30 MPa范圍內(nèi)，巖石強度應力比一般為2～3，開挖將引起建基面巖體卸荷松弛問題。

表1 壩區(qū)巖體質(zhì)量分級及其物理力學參數(shù)

(2) 壩區(qū)邊坡高陡，壩頂1 885 m高程以上邊坡高達1 315～1 715 m，谷坡陡峻，左岸邊坡傾倒變形、卸荷拉裂、風化強烈，右岸大理巖內(nèi)順坡向的層間擠壓錯動帶發(fā)育，邊坡穩(wěn)定問題突出，過大開挖將導致一系列復雜地質(zhì)條件的特高邊坡穩(wěn)定問題。

(3) 左岸壩基1 800 m高程以上的砂板巖以及1 730～1 800 m高程間受f5，f8斷層、煌斑巖脈X和深卸荷帶影響的大理巖，巖性軟弱，巖體破碎，且破碎巖體深度較大，但建基面若嵌入太深，又會造成拱壩形態(tài)畸形、應力分布不均。

(4) 壩址區(qū)各種規(guī)模的斷層、擠壓帶發(fā)育。

3.2.3 錦屏一級拱壩建基面確定

由于錦屏一級拱壩建基巖體存在上述自然條件的制約，經(jīng)過分析研究，在考慮了邊坡穩(wěn)定、地應力條件、基礎處理工程量的基礎上，確定了錦屏一級拱壩建基面選擇的總體原則為：拱壩壩基中下部應全部置于Ⅱ級或Ⅲ1級巖體之中，中上部應盡可能置于Ⅲ1級巖體之中，若無法避開Ⅲ2級巖體或Ⅳ2級巖體時，應加強固結(jié)灌漿或置換處理，以確保壩基巖體穩(wěn)定和大壩安全。

(1) 河床壩基建基面選擇。遵循以下2個原則確定河床建基面：① 建基面盡量利用第2段第3層中較完整的微新無卸荷的Ⅱ級和微風化、弱卸荷的Ⅲ1級厚層狀大理巖、條紋狀大理巖；② 鑒于河床應力集中較高，建基面應盡量遠離河床谷底應力集中帶(1 550 m高程以下)，減小高應力對河床壩基開挖影響的原則，推薦河床壩基建基面高程為1 580 m。

(2) 左岸建基面。左岸壩基1 800 m高程以上的砂板巖以及1 730～1 800 m高程間受f5，f8斷層、煌斑巖脈X和深卸荷帶影響的大理巖，巖性軟弱，巖體破碎，建基面無法置于可用巖體之上，考慮到壩肩挖除過多會造成拱壩形態(tài)畸形、應力分布不均，左岸壩肩開挖以f5，f8斷層為界，挖除f5，f8斷層及其以外的谷坡巖體至1 730 m高程。在該范圍進行大體積混凝土墊座置換，將混凝土墊座作為拱壩左岸的人工基礎，墊座高135 m，墊座基礎寬度平均為61.2 m，厚度平均為49.8 m，混凝土方量為56.02萬 m3。

1 730.0 m高程以下拱座置于弱卸荷下限—新鮮的巖體上。

(3) 右岸建基面。右岸谷坡為大理巖，巖體相對完整，風化及卸荷深度屬于正常，一般不超過50 m，以里微新巖體多為可利用的Ⅱ類、Ⅲ1類巖體，因此右岸壩肩開挖范圍以風化卸荷帶為限。

(4) 對建基巖體內(nèi)的斷層、擠壓錯動帶等地質(zhì)缺陷進行處理。

3.2.4 錦屏一級拱壩開挖后建基巖體條件及基礎處理措施

錦屏一級拱壩開挖后建基面巖體質(zhì)量展示圖見圖3。建基面巖體質(zhì)量評價見表2。

圖3 錦屏一級拱壩建基面巖體質(zhì)量展示圖Fig. 3 Distribution diagram of rock mass quality on Jinping I arch dam foundation surface

部位不同巖級的巖體出露面積/%ⅡⅢ1Ⅲ2ⅣⅤ右岸河床左岸高程1730m以上高程1730m以下74.714.85.92.91.739.360.4——0.3—46.623.821.08.659.439.8——0.8

3.2.4.1 河床壩基

(1) 建基面巖體出露情況。河床高程1 580 m建基面巖體為第2段第3層厚層狀大理巖、條紋狀大理巖，河床壩基開挖新揭示fLC14，fRC42條斷層。河床壩基主要由Ⅱ，Ⅲ1級巖體組成，僅沿fLC14，fRC4斷層破碎帶為Ⅴ1級巖體。

(2) 基礎處理措施。對fLC14，fRC4斷層破碎帶的Ⅴ1級巖體進行刻槽置換和加強固結(jié)灌漿，對溶蝕裂隙密集帶加強清基和固結(jié)灌漿處理。

3.2.4.2 左岸高程1 730 m以上砼墊座建基面

(1) 砼墊座建基面情況。左岸砼墊座建基面在高程1 800 m以上為第3段砂板巖，出露f8，f5，f38-2，f38-6等規(guī)模較大的斷層和fLC1—fLC2，fLC4—fLC7等規(guī)模較小的斷層和層間擠壓錯動帶gLC1，這些破碎帶及影響帶寬度大、性狀差，壩基巖體質(zhì)量分級屬Ⅳ2，Ⅴ1級巖體；高程1 800 m以下由第2段大理巖組成，出露f8，f5等規(guī)模較大的斷層和fLC8—fLC11等規(guī)模較小的斷層和層間擠壓錯動帶gLC2—gLC6，總體以Ⅲ1級巖體為主，Ⅳ2，Ⅴ1級巖體沿斷層和層間擠壓錯動帶帶狀展布，延伸較長。

左岸砼墊座建基面開挖后，建基面Ⅲ1級巖體出露面積約8 900 m2，占建基面的46.6%；Ⅲ2級巖體出露面積約4 520 m2，占建基面的23.8%；Ⅳ2級巖體出露面積約4 030 m2，占建基面的21.0%；Ⅴ1級巖體出露面積約1 650 m2，占建基面的8.6%。

(2) 表層處理。1 800 m高程以上砂板巖段邊坡穩(wěn)定性及性狀極差。在開挖過程中采取了嚴格控制梯段開挖高度、支護及時跟進等措施，對斷層破碎帶采取了80 cm厚的鋼筋混凝土面板支護，并在面板上進行了系統(tǒng)錨桿和錨索支護。對1 730～1 800 m段大理巖邊坡在開挖過程中采取了嚴格控制梯段開挖高度、支護及時跟進等措施，并進行噴混凝土封閉和系統(tǒng)錨桿加固處理。對墊座1 730 m高程建基面出露的斷層及Ⅳ2級巖體進行了刻槽置換處理。

(3) 深層處理。經(jīng)過多階段分析研究，采取了一系列綜合處理措施。結(jié)合拱推力傳力方向，分別在1 829，1 785和1 730 m高程處設置傳力洞，將拱推力傳至煌斑巖脈以里的III1類巖體，以解決左岸壩肩傳力問題。其中1 829 m高程處布置1條傳力洞，1 785，1 730 m高程處分別布置2條傳力洞，傳力洞洞徑為9.0 m×12.0 m(寬×高)；對于墊座基礎以下的f5斷層，在1 730，1 670 m 2個高程，沿斷層面走向分別設置混凝土置換平硐，置換平硐橫斷面高度均為10 m，寬度根據(jù)斷層破碎帶厚度確定，一般為9 m。在1 730～1 670 m高程之間沿斷層傾向設置4條混凝土置換斜井，斜井間距30～35 m，寬度為15 m；對左岸煌斑巖脈(X)，在1 829，1 785和1 730 m設置3層混凝土置換平硐,尺寸為9.0 m×12.0 m(寬×高)。在1 829 m和1 785 m高程之間結(jié)合大壩防滲線設置1條置換斜井、1 785 m和1 730 m高程之間設置4條置換斜井，斜井間距31 m，寬度為7 m；同時對拱壩左岸拱端以里一定范圍內(nèi)的深部裂隙和波速較低的Ⅳ，Ⅲ2級巖體進行全面固結(jié)灌漿處理，固結(jié)灌漿高程范圍1 635～1 885 m，水平深度范圍為煌斑巖脈(X)影響帶IV2類巖體以里5～10 m，順河向范圍通過有限元變形敏感性分析確定。

3.2.4.3 左岸高程1 730 m以下壩基

(1) 建基面情況。左岸壩基高程1 730～1 580 m之間的巖體由大理巖組成。壩基發(fā)育f2，fLC12，fLC13，fLC14斷層及gLC2，gLC3，gLC5至gLC10，gLD7，gLD9共10條層間擠壓錯動帶。

(2) 基礎處理措施。對于規(guī)模較小斷層及擠壓帶等地質(zhì)缺陷，在壩基清基過程中進行局部刻槽、順傾向帶掏挖和高壓水沖洗清除破碎巖體及軟弱填充物、兩側(cè)松動巖塊清撬等一般常規(guī)處理，處理深度按斷層出露寬度的2倍且≥50 cm進行控制，并結(jié)合建基面固結(jié)灌漿，加密灌漿孔距或孔深進行處理。

對左岸拱壩建基面規(guī)模較大的f2斷層及層間擠壓錯動帶、fLc13斷層采用專門處理措施。f2斷層及層間擠壓錯動帶采用刻槽置換、建基面高壓水沖洗灌漿、建基面常規(guī)固結(jié)灌漿綜合處理，處理后，經(jīng)檢測及換算，Φ50 cm原位承壓板變形模量>4.5 GPa，與相臨壩基Ⅲ1級大理巖變形模量(9～13 GPa)相比，綜合處理后f2斷層及層間擠壓錯動帶巖體的變形模量均為Ⅲ1級大理巖變形模量的34.6%～50.0%。對大壩建基面出露的fLc13斷層按清基技術(shù)要求進行挖除，并回填混凝土、高壓沖洗及水泥-化學復合灌漿處理。處理后，經(jīng)檢測及換算，其變形模量E050值為10.30 GPa左右，與相臨壩基Ⅱ級大理巖(變形模量26 GPa)相比，變形模量相差約2.6倍，提高了壩基整體承載力和抵抗不均勻變形能力。

3.2.4.4 右岸壩基

(1) 建基面情況。右岸壩基均由大理巖組成。發(fā)育規(guī)模較大的f13，f14，f18斷層和規(guī)模較小的f18-1，fRC1，fRC2，fRC3，fRC4斷層共8條，層間擠壓錯動帶gRC1，gRC2，gRC3，gRC4共4條。

(2) 基礎處理。 壩基高程1 850 m以上局部可利用Ⅲ2級巖體。 對層間擠壓錯動帶破碎帶及影響帶類Ⅳ1級、Ⅴ1級巖體進行刻槽置換、 加強固結(jié)灌漿， 對弱—強風化綠片巖類Ⅳ1級、Ⅴ1級巖體和溶蝕裂隙密集帶加強清基和固結(jié)灌漿處理。 對fRC1—fRC4斷層及影響帶類Ⅳ1級、 Ⅴ1級巖體進行刻槽置換、加強固結(jié)灌漿。對建基面出露的f13斷層進行建基面開挖置換處理。對1 820～1 720 m高程出露的f14斷層進行建基面開挖置換處理，置換深度在壩趾處約為3倍斷層影響帶厚度，在壩踵處約為2.5倍斷層影響帶厚度。斷層影響帶外側(cè)的Ⅲ2類巖石結(jié)合斷層置換槽的處理進行部分挖除。同時，對f14斷層深部進行了網(wǎng)格置換及固結(jié)灌漿處理，以將拱壩推力傳至拱座巖體深部。

對右岸壩基15#—17#壩段出露的f18斷層及煌斑巖脈進行了壩基刻槽、水泥加密固結(jié)灌漿、磨細水泥-化學復合灌漿和混凝土回填等專門處理。經(jīng)檢測及換算，處理后的f18斷層破碎帶變形模量E050為7.17～11.86 GPa，煌斑巖脈變形模量E050為6.84～7.41 GPa。與相臨壩基Ⅲ1級大理巖(變形模量11.5 GPa)相比，f18斷層和煌斑巖脈(X)化學灌漿后的變形模量最大相差約1.68倍，提高了壩基整體承載力和抵抗不均勻變形能力。

3.2.5 建基巖體承載力、抗變形能力及拱壩整體穩(wěn)定

(1) 建基巖體的承載力分析。錦屏一級拱壩可研設計時，拱梁分載法計算出的壩體最大主壓應力8.59 MPa，位于右岸1 750 m高程下游面。招標設計時，考慮到錦屏一級拱壩地質(zhì)條件復雜，邊坡高陡，建基面確定受到自然條件的制約，適當增加拱壩厚度，以降低拱壩應力水平，拱冠梁處壩底厚度由可研階段的58 m增到63 m?；窘M合Ⅰ情況下壩體壓應力由可研階段的8.59 MPa(<9 MPa)降到7.77 MPa(<8 MPa)。拱壩基本體形壩體混凝土方量從可研體形435.59萬m3增加到施工圖階段體形476.47萬m3，施工圖階段拱壩體形相對可研體形壩體混凝土方量增加40.88萬m3。

表3為錦屏一級拱壩上下游壩面拱端處的壓應力沿高程的分布。

表3 拱壩上下游拱端處壓應力分布

由表3看出，出現(xiàn)拱壩最大壓應力7.77 MPa的1 750 m高程處建基面基本體形范圍內(nèi)為Ⅱ級巖體，計算出其地基承載力安全系數(shù)可達到7.8～9.7。同時，根據(jù)表3數(shù)據(jù)可計算出基本體形范圍內(nèi)的建基面Ⅱ級、Ⅲ1級巖體地基承載力安全系數(shù)均可達到7.8～9.7。Ⅲ2級巖體在壩基高高程局部出露，以及在高程1 710～1 620 m壩趾區(qū)及下游擴挖區(qū)出露，根據(jù)表3中數(shù)據(jù)計算，Ⅲ2級巖體地基承載力安全系數(shù)也可達到5.2～9.7。參考前述工程經(jīng)驗，即使不考慮Ⅲ2級巖體的加密灌漿等處理措施，Ⅲ2級巖體地基承載力也應該滿足拱壩建基巖體的承載要求。

(2) 建基巖體的抗變形能力。表4為考慮基礎處理措施后計算出的錦屏一級拱壩壩基綜合變形模量，根據(jù)前述分析，參考其他工程經(jīng)驗，拱壩抗變形能力滿足拱壩建基要求。

表4 拱壩壩基綜合變形模量設計值

(3) 拱壩整體穩(wěn)定情況?？紤]基礎處理措施后，錦屏一級拱壩超載法地質(zhì)力學模型試驗表明，大壩上游起裂載荷約為2.5P0(P0為拱壩正常蓄水位水荷載)，下游面起裂載荷約為3P0，大壩非線性變形從(3.5～4.0)P0開始，極限載荷約為7.5P0。綜合法地質(zhì)力學模型試驗表明，綜合法試驗安全度為KC=KSKP=1.3×(4.0～4.6)=5.2～6.0。三維非線性有限元法計算表明，超載工況下，拱壩基礎處理后，上游壩踵在2P0以上開裂，其非線性超載倍數(shù)K2≥3.5，極限超載倍數(shù)K3≥7?？傮w而言，錦屏一級拱壩的整體安全度與國內(nèi)已建和在建的工程相比較處于中上水平。

3.2.6 壩趾錨索加固

由建筑地基加固方式可以看出，在建筑物荷載的作用下，建筑物地基外側(cè)土體可能產(chǎn)生鼓脹變形，通常采用的加固措施是在建筑物基礎外側(cè)施加作用力。實踐表明，側(cè)向少量的加固力可換取比自身大數(shù)10倍的地基承載力的提高，加固效果極為顯著[10-11]。根據(jù)上述原理，在拱壩壩趾下游一定范圍施加錨索，可提高拱壩建級巖體的承載能力及抗變形能力。錦屏一級拱壩建基巖體主要薄弱區(qū)域包括以下部位：

(1) 左岸1 730 m高程以上抗變形能力較弱的壩基巖體，尤其是1 800 m高程以上IV2類砂板巖區(qū)域和f5斷層分布區(qū)域。

(2) 左岸斷層f2出露部位。

(3) 右岸高程1 850 m以上抗變形能力較弱III2類巖區(qū)域。

(4) 右岸高程1 830 m高程左右河谷埡口部位及斷層f14出露部位，該部位為拱壩高梯度應力區(qū)。

(5) 右岸高程1 710～1 620 m段壩體基本體形外壩趾部位抗變形能力較弱的III2類巖區(qū)域。

根據(jù)計算分析，確定了錦屏一級拱壩壩趾錨索加固方案。加固部位為上述拱壩壩趾主要薄弱區(qū)域的拱壩基本體形線下游一定范圍的巖體；順河向加固范圍為墊座區(qū)域在拱壩基本體形線下游80 m范圍及墊座以外區(qū)域在拱壩基本體形線下游50 m范圍；加固深度為錨索盡可能穿過壩趾范圍高應力梯度區(qū)及左、右岸主要結(jié)構(gòu)面，如f5，f2，f13，f14斷層及煌斑巖脈等。

由于錦屏一級拱壩兩岸邊坡穩(wěn)定條件較差，根據(jù)邊坡穩(wěn)定需要，兩岸抗力體范圍布置了一系列錨索，該部分錨索對拱壩基礎同樣可起到側(cè)向加固的作用。因此，在抗力體范圍布置邊坡穩(wěn)定所需錨索時，在布置方式上，同時兼顧了對抗力體的側(cè)向鎖固作用，盡量穿過對拱壩變形穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定不利的結(jié)構(gòu)面。

4 結(jié) 語

(1) 拱壩建基面的確定方法正在由傳統(tǒng)的按巖石風化程度確定的定性設計方法向根據(jù)巖體質(zhì)量分級的半定量化方法過渡，目前國內(nèi)一系列已建及在建的高拱壩、特高拱壩均采用巖體質(zhì)量分級的方法確定拱壩建基面。

(2) 拱壩建基面確定原則的趨勢是對巖體的質(zhì)量要求有所放寬，但這種放寬不是盲目的，應根據(jù)工程的具體條件，尤其是工程地質(zhì)條件，確定適宜且效果可靠的基礎處理措施，并在對處理措施效果進行充分計算分析、試驗論證和預測的基礎上，進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。

(3) 對壩址區(qū)地質(zhì)條件復雜、邊坡穩(wěn)定突出、高地應力區(qū)等工程，為減少壩基開挖，可采取適當降低拱壩應力水平的方式，減小拱壩傳遞給建基巖體的荷載，即這種情況下，不可一味追求滿應力設計，可適當增加拱壩厚度，降低拱壩應力水平，以減少建基巖體的負擔。這樣做雖然會導致拱壩混凝土工程量有一定的增加，但可能帶來拱壩基礎處理工程量減小、工程邊坡規(guī)模降低、建基面卸荷松弛減少和對建基面破壞程度降低等一系列優(yōu)勢，并可提高工程安全度。

(4) 在抗力體部位施加一定范圍和數(shù)量的橫向鎖固錨索，可提高拱壩建級巖體的承載能力和抗變形能力。

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[10]楊 強，陳英儒，周維垣.基于變形加固理論的小灣拱壩壩趾錨固研究[J].云南水力發(fā)電，2007，23(1)：1-8.

[11]楊 強，劉耀儒，陳英儒，等. 變形加固理論及高拱壩整體穩(wěn)定與加固分析[J]. 巖石力學與工程學報，2008，27(6)：1121-1136.

(編輯：黃 玲)

Study on Rock Mass in the Foundation of High Arch Dam

RAO Hong-ling1,2

(1.PowerChina Chengdu Engineering Corporation Limited，Chengdu 610072，China；2.High Concrete Dam Affiliation of National Hydropower Technology Research & Development Center，Chengdu 610072，China)

Bearing capacity and anti-deformation ability of rock mass in the foundation of high arch dam must be fulfilled to design requirement , because water volume impounded by the dam is giant. But excavation on a large scale at the foundation will be harmful to stability of high slopes at the upstream and downstream of dam foundation , as well as stress relaxation of rock mass due to high geostress. Based on the comparison of the standard requirements of foundation surface at home and abroad, we analyzed the determination for dam foundation surface of the highest dam, Jinping arch dam, and summarized some new viewpoints as follows:1)in premise of reliable measures for foundation treatment ,we can reduce the quality requirements of rock mass in specific projects; 2) we can increase the thickness of arch dam and decrease the stress of arch dam to reduce the load of rock mass in the foundation; 3) transversal anchor locking imposed in the resistance body region at the downstream of arch dam can improve the bearing capacity of rock mass in the foundation.

high arch dam；rock mass in the foundation；bearing capacity；anti-deformation ability；treatment measures

2014-08-02；

2014-09-05

饒宏玲(1963-)，女，四川成都人，教授級高級工程師，碩士，長期從事水工設計工作，(電話)13880559650(電子信箱)1426831688@qq.com。

10.11988/ckyyb.20140644

2016,33(01):65-71

TV22

A

1001-5485(2016)01-0065-07