任务七　掌握重力坝的地基处理

一、重力坝对地基的要求

（1）具有足够的强度，能承受重力坝的荷载。

（2）具有足够的整体性和均匀性，以满足坝体抗滑稳定的要求和减少不均匀沉降。

（3）具有足够的抗渗性，以满足渗透稳定的要求，控制渗流量，减小渗透压力。

（4）具有足够的耐久性，有抗侵蚀和抗风化的能力。

天然地基难以达到上述要求，因此常需对地基进行处理。重力坝对地基的要求介于拱坝和土石坝之间。除少数较低的重力坝可建在土基上外，一般均需建在岩基上。

对地基处理的主要任务是防渗、提高基岩的强度和整体性。坝基处理措施通常包括开挖、清理、灌浆、设置排水及对有缺陷地基的处理。

二、地基的开挖与清理

坝高不同对地基的要求也不一样。在满足坝基稳定和强度的基础上，通过对基础的加固处理可以减少开挖工程量。地基开挖与清理的目的是使坝体坐落在稳定、坚固的地基上。坝基开挖的深度，直接影响工程的安全和造价，应结合工程具体情况慎重决定。

坝高超过100m时，可建在新鲜、微风化至弱风化下部基岩上；坝高50～100m时，可建在微风化至弱风化中部基岩上。坝高小于50m时，可建在弱风化中部至上部岩石上，两岸地形较高部位的坝段，要求还可适当放宽。

坝段建基面开挖的基坑轮廓应尽量平顺，避免上、下游高差差异过大，并尽量略向上游倾斜，若差异过大或向下游倾斜，宜开挖成带钝角的大台阶状。台阶的高差与混凝土浇筑块的尺寸和分缝位置相协调，并和坝趾处的坝体混凝土厚度相适应。对基础高差差异大的位置，宜调整坝段的分缝或作必要处理。两岸岸坡坝段基础的形状，在平行坝轴线方向应尽量开挖成有足够宽的分级平台状，以确保坝体的侧向稳定。

坝基范围内有不深夹泥裂隙、风化岩石、断层破碎带、溶洞、节理密集带、岩溶填充物及浅层软弱夹层等局部工程地质缺陷，应挖除或局部开挖后进行处理。

基岩开挖到最后0.5～1.0m，应采用手风钻钻孔，小药量爆破；遇到易风化的页岩、黏土岩等，应留0.2～0.3m的保护层，待浇筑混凝土前再挖除，随挖随浇以防风化。

基岩开挖后，混凝土浇筑前，应进行彻底的清理和冲洗，清除松动岩石，打掉突出的尖角，封堵基坑中原有的钻孔、井、洞等。

三、地基的加固处理

1.固结灌浆

当基岩的节理裂缝发育或较破碎，挖除困难或不经济时，可在坝基的较大面积范围内钻孔，进行低压浅层灌水泥浆加固地基，这种工程措施称为固结灌浆，它能提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。

宜在坝基上游和下游一定范围内进行固结灌浆。当坝基岩石裂隙发育且具有可灌性时，可以在全部坝基内进行固结灌浆，并根据坝基应力大小和地质条件实际情况适当加大灌浆范围。防渗帷幕上游坝基宜进行固结灌浆，断层破碎带及其影响的范围、有其他地质缺项的部位应加强固结灌浆，坝基中的岩溶、溶槽等在开挖清理回填后其周边应该加强固结灌浆。

固结灌浆灌浆孔布置通常为梅花状，也有方格状。孔深5～8m，孔距、排距约3～4m，采用内插逐渐加密的方法施工。灌浆压力以不掀动岩石为限，尽量提高，有混凝土盖重时，一般为0.4～0.7MPa；采用混凝土封闭灌浆时，灌浆压力宜由灌浆试验确定，一般为0.2～0.4MPa；对于缓倾角结构面发育的岩石及软岩，灌浆压力由灌浆试验确定。坝基面灌浆示意图如图2-28所示。

2.帷幕灌浆

帷幕灌浆是为了减少坝基和绕坝渗漏、降低坝底渗透压力、减小渗透破坏，在坝基及两岸进行的深孔高压灌浆的防渗处理措施，采用灌水泥浆或化学浆。

帷幕灌浆宜在靠近上游坝轴线附近，并向两岸延伸，所以主要灌浆范围是上游坝基面和两岸，钻孔和灌浆在基础灌浆廊道内进行，两岸可以在坝顶、岸坡或两岸开挖的平洞内进行。当坝肩及两岸的帷幕深度较深时，应该分层设置灌浆隧洞，隧洞层间高差可取30～60m。上下层帷幕的搭接可采用斜搭式、直接式、错列式等，应保证搭接部位的连续封闭和密实。两岸坝头部位防渗帷幕伸入山体中的长度及帷幕轴线方向的选定，宜使帷幕延伸到相对隔水层处或正常蓄水位与地下水位相交处，并与河床部位的帷幕保持连续性。帷幕灌浆布置示意图如图2-29所示。

当坝基下存在可靠而较浅的隔水层时，采用封闭式帷幕，防渗帷幕伸入到隔水层以下3～5m。当坝基下相对隔水层较深或分布无规律时，采用悬挂式帷幕帷幕，深度应参照渗流计算，考虑工程地质条件和坝基扬压力等因素，结合工程经验研究确定，通常在0.3～0.7倍水头范围内选择。

防渗帷幕的排数、排距、孔距应根据工程地质、水文地质、作用水头及灌浆试验确定，一般帷幕孔距1.5～3.0m，排距比孔距稍小。

帷幕排数在考虑帷幕上游区的固结灌浆对加强基础浅层的防渗作用后，坝高大于等于100m的坝采用两排，坝高100m以下可以采用一排，特殊情况可以适当增加排数。当有多排时，应该将其中一排钻灌到设计深度，其余各排深度为设计深度的1/2～2/3。钻孔宜穿过岩体的主要裂隙和层理，可以采用斜向上游0°～10°的斜孔。

帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土后才能进行。灌浆压力通过灌浆试验确定，灌浆时不能抬动坝体和坝基。

3.坝基排水

为了进一步降低坝底面的扬压力，可在防渗帷幕后面设置主排水孔幕和辅助排水孔幕（图2-30），特别是在透水性较差的岩基上效果较显著。

坝基主排水孔一般设置在基础灌浆廊道内防渗帷幕的下游附近，在建基面上主排水孔与帷幕孔的距离不宜小于2m。主排水孔孔距2～3m，孔径约为150～200mm，不宜过小，以防堵塞。孔深一般为帷幕深度的0.4～0.6倍，高坝、中坝的孔深不应小于10m，当坝基内存在裂隙承压水层、深层透水区时，除加强防渗措施外，主排水孔宜伸入此部位。

高坝可以设置2～3排辅助排水孔，中坝可以设置1～2排辅助排水孔，必要时可以沿横向排水廊道或宽缝设置排水孔。当基础中存在相对隔水层和缓倾角岩层时，应根据分布情况合理布置排水孔。辅助排水孔孔距3～5m，孔深一般为6～12m。

尾水较高时，采用抽排措施时，应该在主排水下游坝基设置纵、横向辅助排水孔。当高尾水位历时较长或岩体透水性较大时，宜在坝趾封闭防渗帷幕。当坝较低、基岩条件较好且为弱透水层时，也可以不设置帷幕而只排水，这时需要在坝基的上游部分进行固结灌浆。

岸坡坝段的坝基可以设置专门的排水设施，必要时可以在岸坡山体内设置排水隧洞，并布置排水孔。

当排水孔的孔壁有塌落的可能或排水孔穿过软弱结构面夹泥裂隙时，应该采取保护措施。

4.断层破碎带和软弱结构面处理

断层破碎带强度低，压缩大，容易产生不均沉降而拉裂坝体，若贯通水库，会明显加大渗透压力，对大坝造成危害。倾角较陡的断层破碎带可以采取以下方法处理：

（1）坝基范围内单独出露的断层破碎带，其组成物质主要为坚硬的构造岩石，对基础影响不大时，可以将破碎带及两侧影响带岩石适量挖除。

（2）断层破碎带规模不大，但其组成物质以软弱的构造岩石为主，并且对基础有一定影响时，可以用混凝土塞加固（图2-31）。当断层破碎带宽度为2～3m时，混凝土塞的高度一般为破碎带宽度的1～1.5倍，且不小于1m，或根据计算确定，混凝土塞的两侧为1ϒ1～1ϒ1.5的斜坡。贯穿坝基上、下游的纵向断层破碎带的处理，宜向上、下游坝基适当延伸，延伸长度一般为1.5～2倍混凝土塞高度。

（3）规模较大的断层破碎带或断层交汇带，影响范围较大，其主要组成物质主要是软弱构造岩石，并且对基础影响较大时，必须进行专门的处理设计。

软弱结构面夹层厚度小，遇水易软化或泥化，使坝基抗剪能力降低，降低大坝的抗滑稳定性，危害大坝安全。软弱结构面的处理，根据软弱结构面埋深的不同，可以采用混凝土置换、混凝土深齿墙（图2-33）、混凝土塞（图2-32）等方法，必要时也可以采用抗滑桩、预应力锚索、化学灌浆等方法。

5.溶洞的处理

喀斯特地质地貌对水利工程影响很大，如能掌握其发育规律，并采取相应措施，则可消除其不利影响，使水利工程正常运行。

在喀斯特溶岩地区建坝，有可能遇到溶洞、漏斗、溶槽、地下暗河等问题，它们可能引起渗漏，而且降低了地基的强度。

在建坝过程中，应该做好地质勘查，避开溶岩地段。当大坝遇到溶岩地质时，就要采取工程措施进行处理。溶岩的处理主要是开挖、回填、灌浆等措施配合使用。

对于坝基存在贯穿上、下游的溶洞，较浅的溶洞可以直接开挖后冲洗干净，然后回填混凝土。对于深层较大的溶洞，不宜明挖时，可以采用洞挖回填混凝土的处理方法。

对于深层的溶洞，如果规模不大，可以进行帷幕灌浆，孔深达到溶洞以下相对不透水层，如果漏水速度大，用一般材料难于处理，可以在浆液中加入速凝剂、加投砾石或灌热沥青等加快堵塞的速度。两岸的防渗帷幕线路应根据两岸的地形地质情况和溶岩分布特征选定，可以采用直线式、折线式、前翼式、后翼式等布置方式。帷幕线路尽量选择溶岩发育较弱带通过，如果必须通过溶岩暗河或溶岩通道时，宜与其垂直布置。