李永兵，王立成

(1.阿勒泰地區(qū)水利水電勘測設計院，新疆 伊犁 836500;2.中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222)

SETH水利樞紐工程位于新疆阿勒泰山區(qū)丘陵地帶，是一座具有多年調節(jié)能力的綜合性水庫樞紐，工程建成后，將成為WLGH上游河段的控制性工程。本樞紐的主要工程任務是供水和防洪，兼顧灌溉和發(fā)電，并為加強流域水資源管理和水生態(tài)保護創(chuàng)造條件。工程規(guī)模為Ⅱ等大(2)型，水庫總庫容2.94億m3，防洪庫容0.21億m3，電站裝機27.6MW。工程采用碾壓混凝土重力壩攔河、壩后式廠房布置方案，大壩為2級建筑物。

攔河壩設計最大壩高75.5m，壩頂長度372m，其中泄水壩段壩長34m(包括表孔壩段和底孔壩段)，引水壩段長18m。大壩采用全斷面混凝土筑壩，由于重力壩的受力工況及結構特點，相對于當?shù)夭牧蠅魏凸皦纹鋵位鶐r體的要求都較高，因此要求壩基巖體具有足夠的強度、抗?jié)B性能和耐久性[1]，大壩的基礎處理設計尤為重要。

1 壩址地形、地質概況

1.1 壩址地形條件

壩址位于剝蝕低山丘陵區(qū)，河谷呈不對稱“U”型，總體走向NE向，谷底寬約150m，主河槽偏向右岸，寬約50m河漫灘主要分布在河床兩岸。兩岸山體基巖裸露，山頂呈渾圓狀，右岸岸坡較陡，坡度約42°，沿岸多有陡壁分布，左岸岸坡稍緩，坡度約30°，局部見有陡壁。

1.2 大壩基礎地質條件

天然岸坡整體穩(wěn)定，局部可能存在不利于邊坡穩(wěn)定的結構面組合，需及時處理；河床部位地下水與河水位相近，基坑開挖將存在涌水問題；巖體風化差異明顯，局部構造裂隙發(fā)育。

1.3 主要地質問題

1.3.1建基基礎條件

強風化巖體切割劇烈，完整性差，強度低，難以滿足高混凝土重力壩對壩基的強度及完整性和抗?jié)B穩(wěn)定要求，故選擇弱風化帶中下部—新鮮巖體作為壩基。壩基巖體中節(jié)理裂隙較發(fā)育，為提高壩基巖體的整體性和抗變形能力，進行固結灌漿和帷幕灌漿是必要的。

1.3.2壩基抗滑穩(wěn)定

壩基巖體總體呈塊狀、次塊狀結構，局部見有少量緩傾角結構面發(fā)育，但很難形成連續(xù)的滑動面，因此壩基不存在深層抗滑穩(wěn)定問題，大壩抗滑穩(wěn)定主要取決于混凝土與基巖巖體接觸面之間結合強度。施工開挖過程中，必要時需進行局部處理。

1.3.3壩基及繞壩滲漏

壩址左岸坡地段(距壩軸線60～460m)山體相對單薄，存在永久滲漏可能性。根據(jù)鉆孔壓水試驗成果，單薄山脊處巖體透水率大多小于10Lu，最大為100Lu。單薄山脊巖性為砂巖、泥巖及凝灰?guī)r，巖體中結構面發(fā)育，結構面多擠壓緊密，滲漏以基巖裂隙滲漏的形式為主。滲漏主要在上部強—弱風化段巖體，下部巖體透水性為弱—微透水，問題不大。單薄山脊應采取防滲處理措施，并進行必要的監(jiān)測工作。

2 大壩基礎處理設計

2.1 基礎開挖

基礎開挖深度，應根據(jù)重力壩壩基應力，巖石物理力學性質及其完整程度，結合上部結構對基礎的要求確定[2]。根據(jù)規(guī)范，壩高50～100m級的中高壩，基礎可建在微風化至弱風化中部基巖上。本工程壩基松散堆積物不能滿足混凝土壩壩基要求，設計全部挖除；對于結構面發(fā)育、巖體破碎的強風化巖體同樣做挖除處理。根據(jù)壩址基巖風化卸荷程度等實際情況，結合巖層物理力學指標及混凝土與基巖接觸面抗剪斷強度指標見表1。

對左右岸及河床典型壩段做不同建基面高程的抗滑穩(wěn)定及壩基應力計算，確定河床壩段建基面基本置于弱風化下部至微風化層，兩岸擋水壩段建基面置于弱風化中上部，最低建基面高程956.50m。施工過程中建基面開挖的標準除設計高程外，應最終以巖石縱波速度反映出的巖石性質是否達到建基要求來控制，對于局部難以滿足要求的地質缺陷還應根據(jù)實際情況做特殊處理。壩基開挖邊坡設計為：微—新巖體1∶(0.2～0.3)；弱風化巖體1∶(0.3～0.5)；強風化巖體1∶(0.5～1)∶0.75。

本工程地處嚴寒大風地區(qū)，揭露面極易風化，基礎開挖后要求盡快覆蓋混凝土或預留保護層對基礎進行防護，以減少巖體卸荷反彈，防止局部巖體進一步風化。對于開挖形成的永久巖石邊坡采用噴錨支護和排水措施。開挖邊坡每級高度控制在15m以下，各壩段基礎水平段長度保證在1/2～2/3壩段長度范圍內，以保證巖體的側向穩(wěn)定。

2.2 基礎加固

基礎加固措施主要為固結灌漿，固結灌漿可以膠結基礎巖石裂隙，加強巖體的整體性和均一性，提高壩基巖體的承載能力，并能在一定程度上改善壩基巖體的滲透性。本工程壩基外圍巖性較雜，巖體中結構面發(fā)育，巖體破碎，質量較差，設計對整個壩基進行固結灌漿，并在壩體基礎線外3～6m范圍內均進行固結灌漿，灌漿深度為6m，間排距均為3m，對軟弱破碎帶采取加密、加深或采取布置直徑Φ28的鋼筋網(wǎng)(間排距20cm)的措施，跨軟弱破碎帶。固結灌漿在有混凝土覆蓋的情況下進行，根據(jù)大壩承受的水頭及地質情況，自上而下實施。確定固結灌漿最大壓力Pmax=0.7MPa，最終應以現(xiàn)場灌漿試驗結果進行調整。

表1 壩址區(qū)巖體及結構面地質參數(shù)采用值

2.3 基礎防滲和排水

設計重力壩，?？紤]防滲帷幕和壩基排水系統(tǒng)結合的方式來解決壩基滲漏和滲透破壞的問題，其設計應當以工程地質、水文地質條件和灌漿試驗資料為依據(jù)，結合水庫功能和壩高綜合考慮。本工程壩高75.5m，屬于高壩，因此采用的防滲標準為：壩體部分帷幕灌漿標準采用3Lu控制，兩岸延伸的帷幕灌漿標準為5Lu。主排水孔深取防滲帷幕深度的0.6倍，約30m，副排水孔深取12m。

2.3.1壩基及單薄山脊帷幕灌漿

本工程壩基覆蓋層清除后，壩基滲漏通道主要是巖體結構面。據(jù)壩址河床及兩岸鉆孔中進行的138段壓水試驗成果，巖體透水率0.6～79Lu，地表強風化和卸荷巖體破碎、裂隙張開，透水率一般大于10Lu，屬中等—強透水性；左、右岸弱風化巖體透水率平均值3.2～26Lu，屬弱—中等透水性，微風化—新鮮巖體透水率1.1～5.8Lu，屬弱透水性；河床部位弱風化巖體透水率12～55Lu，屬中等透水性，微風化—新鮮巖體透水率1.7～3.9Lu，屬弱透水性。設計上游帷幕深度控制以透水率3Lu控制，壩基部位主帷幕平均深度約為60m左右，并向兩岸壩肩適當延長。考慮到河床壩段巖基裂隙較發(fā)育，設計將來結合施工地質情況，在裂隙較發(fā)育的河床壩段設2排帷幕，副帷幕設在上游側，主副帷幕孔距均為2.0m。

根據(jù)地形地質情況，防滲帷幕向兩岸延伸，封閉埡口薄弱環(huán)節(jié)。右岸帷幕延伸長度230m，左岸帷幕延伸長度約700m。單薄山脊防滲帷幕控制標準為透水率5Lu線，單排孔布置，右岸帷幕灌漿孔距1.5m，左岸帷幕灌漿孔近壩段部位為1.5m，延伸方向改變后孔距2m，在左岸單薄山脊巖體較為破碎的埡口部位，增加一排副帷幕以保證防滲效果。

帷幕按三序孔布置。灌漿應在有混凝土覆蓋的情況下施工，帷幕灌漿工藝采用“孔口封閉，自上而下，小口徑鉆孔，孔內循環(huán)”高壓灌漿工藝。

2.3.2壩基排水系統(tǒng)

壩基排水的目的是排除透過帷幕的滲水及基巖裂隙中的潛水，與帷幕灌漿構成一個相對完整的壩基(壩肩)防滲排水系統(tǒng)[1]，為有效降低壩基揚壓力，在基礎下游布置排水系統(tǒng)是非常必要的。本工程壩基設2道縱向基礎排水廊道，4條橫向排水廊道將上游帷幕灌漿與主排水廊道、第一基礎排水廊道和第二基礎排水廊道聯(lián)系。廊道底部鉆排水孔形成排水幕，孔距3m，主排水廊道排水孔深取為防滲帷幕深度的0.6倍，約30m，基礎排水廊道和橫向排水廊道排水孔深取12m。12#壩段基礎最低位置布置集水井，用以抽排各排水廊道匯集的地下水。

2.4 巖混結合(接觸灌漿)

本工程建基面岸坡部位開挖較陡，斜坡坡度1∶0.5，傾角約為63°，為預防壩體混凝土側向收縮出現(xiàn)張開，與基巖之間形成縫隙，導致滲漏，設計以接觸灌漿措施加強混凝土與壩基巖體的結合。根據(jù)斜坡面積布置灌區(qū)數(shù)量，每個灌區(qū)均設計灌漿管路、止?jié){片和出漿盒，管路通至各灌漿站，灌漿站一般設在壩內廊道。灌漿管布置間排距為6m×3m，出漿盒布置間排距為6m×3m，二者梅花型布置。

3 施工期基礎地質缺陷處理

對于施工期間開挖揭露的小規(guī)模裂隙和斷層破碎帶，采用常規(guī)刻槽與混凝土塞方法處理。對于規(guī)模較大的地質缺陷，如15#～16#壩段基礎揭露的風化深槽，根據(jù)現(xiàn)場實際地質和施工情況，挖除部分囊狀風化深槽而不必開挖至囊狀風化深槽的深槽底線，以人工碼放塊石回填開挖后的囊狀風化深槽，人工碼放塊石回填成穹頂形狀，內部預埋鋼管作為排水管套管，預留水泵進水口與排水管相連，大壩建基面設置排水泵，將地下水通過水泵排出，隨后在人工碼放塊石周圈設置鋼筋混凝土支撐圈梁，圈梁置于囊狀風化深槽周邊的堅固巖體上，以人工碼放塊石作為混凝土模板，澆筑穹頂形的鋼筋混凝土蓋板，最后在穹頂形的鋼筋混凝土蓋板上部回填混凝土至建基面高程。處理措施如圖1所示。

4 結語

大壩基礎的質量是整個大壩長期正常運轉的保障[3]，基礎處理不過關，將導致壩體存在安全隱患，因此在水利樞紐設計中，重點關注基礎處理設計是非常重要的。我國水利事業(yè)經過多年的發(fā)展，對于基礎處理已經形成了相對成熟的系統(tǒng)方法，但水利工程都有其各自的特點，基礎處理的設計需要針對不同工程的實際情況出具適用性方案。本文通過對嚴寒地區(qū)SETH水利樞紐工程主體大壩基礎處理各方面設計的詳細闡述，為同等施工環(huán)境和地質條件下的類似工程提供可靠的技術參考。

圖1 風化深槽處理示意圖