大坝基础处理技术探索

孙宝贵

（安徽省淠史杭灌区管理总局设计院淠史杭监理中心，安徽 六安 237005）

通常大型水库，特别是坝型为拱坝的，大多位于深切峡谷中，不仅坝高，拦蓄水体巨大，而且l00m以上坝蓄积巨大的水体产生的静水荷载多在数百万吨，高的可以达到千万吨。150m以上的拱坝传递给坝肩岩体的压应力可以达到6～7MPa，传递给河床坝基岩体的压应力也可以达到3～5MPa。这首先要求坝肩、坝基岩体应有较高的承载力；其次要求坝肩岩体在巨大压力下必须有足够的稳定性，即不会出现抗滑稳定性问题和变形过大引起的稳定性问题，坝肩岩体必须有较高的变形模量和强度。

综上所述，坝基岩层应能安全地承受坝体传递的应力并对于水库渗流具有抗渗性，且不得产生过大的变形或渗流量，如坝基岩层不满足这些要求时，就需进行岩基处理。本文就坝基岩层断层的处理、坝基础的处理和坝基岩层的选择等作一探讨。

1 坝基岩层断层的处理

1.1重力坝的断层

重力坝的基础有断层时，通常挖至适当的深度用混凝土回填。所回填的混凝土称为混凝土塞。施工时，在断层两侧挖到坚硬岩石，回填混凝土后，并在接触面周边的基岩中进行灌浆处理。

1.2大坝上下游方向的断层。需要判明各坝段的坝基是否能够保证所规定的抗剪摩擦安全系数，当抗剪摩擦安全系数不足时，则大多设置混凝土塞，依靠混凝土塞两侧的抗剪强度与侧面面积相乘所得的阻力来弥补抗滑力的不足。对于是否使混凝土塞的接缝与坝体接缝相重合，工程人员的意见并不相同，因断层的走向与坝体接缝不会完全一致，通常会形成明显的斜交部分。但当工程量不太大时，使混凝土塞的接缝与坝体接缝一致，是一种适当的处理措施；基岩的抗剪强度较大时，坝基底面虽有断层，但由横缝分开的一个坝段作为单体起作用，也具有足够的抗剪安全系数。因此，可不必设置混凝土塞。这是因为混凝土坝体可看作深梁，基本上不会变形，挖除一部分软弱岩层后，在坝体混凝土浇筑之前先回填混凝土塞，使全部基岩容易清理，同时可以防止在坝体混凝土浇筑前基岩松弛。所以，通常有断层时，即使按稳定计算不需要混凝土塞，也用小型混凝土塞先行施工。

1.3平行坝轴线方向的断层。对混凝土塞进行设计和施工时，一直沿用美国垦务局在夏斯塔(Shasta)坝中研究的公式计算混凝土回填深度。可该公式并不是分析基岩强度而求得的，而是在分析坝基底面内有软弱岩层时对坝体混凝土应力的影响程度而求得的。因此，我们认为通过这种处理就可保证基岩强度的想法是错误的，众所周知，对于重力坝横穿河流的断层，只需研究下游坝趾附近向上倾斜的断层即可，这种软弱岩层，能够用混凝土塞充分加固，这种混凝土塞的深度，因受坝高、软弱岩层的位置、坝体混凝土或基岩和软弱岩层间的变形程度(弹模)的比值等的影响，故需要综合这些条件分析确定。此外，该混凝土塞是用来向下游侧基岩传力的，故当位置条件不好时，即使软弱岩层的规模较小，也要求混凝土塞有相当大的深度，施工时必须注意不要损坏周围基岩，当软弱岩层与坝轴线斜交时，要加大各坝段的底面面积，以保证所规定的抗剪摩擦安全系数。同时，还要按照有软弱岩层横穿河道的情况，对坝的横断面进行校核。此外，对于设计上不必处理的断层，与前述大坝上下游方向断层同样处理。对下游坝趾附近几条横穿河道方向的断层，采用2.5x2.5m的水平坑道进行了组合回填。施工时，为不使岩体松弛，将这种断面的水平坑道每隔一条先回填混凝土，然后在其中间先进施工；上下层的水平坑道方向正交，组成井字形，以使岩石松弛限制在最小限度。

1.4拱坝的断层处理

拱坝坝基有断层时，将视断层的规模及位置，若在拱推力的作用下会产生滑动或较大的变形时，要用混凝土回填补强，其施工方法基本上是开挖平洞和浇筑混凝土。

1.5断层的防渗处理

当通过断层的渗流可能过大而灌浆又不能满足防渗要求时，就要用混凝土塞进行处理。混凝土塞的深度以渗流水力坡降和其流速不超过按断层材料所规定的临界值而定。

2 混凝土坝基础的处理

基岩中的软弱岩层，应视其范围和位置，考虑在坝体传力作用下会不会有沿软弱岩层发生滑动破坏的危险，如果用混凝土置换软弱岩层，则软弱岩层也具有混凝土的强度，或具有混凝土与周围基岩的附着强度，这就会大大提高基岩的强度。

3 混凝土支撑

经常会发现基岩内有许多大致平行的断层和节理缝等地质构造。如用混凝土全部置换软弱岩层，从施工和经济方面考虑都是不合理的，在这种情况下，有一种方法是在基础内部设置混凝土传力墙即混凝土支撑，以便起到桩基的作用将坝体应力传递到深部坚硬岩基中去。

4 基岩预应力拉锚

基岩承受坝体传来的力后，即使是比较均匀而接近弹性体的基岩，除部分岩体外，一般都会产生比较大的变位，补强基础以限制这种突出变位，可采用钢筋锚固基岩法。该方法是向基岩钻孔至所需深度，插入钢筋、钢丝、钢索等；两端固定在基岩中，根据要求张拉钢筋，对基岩施加预应力，此时的钢筋配置和预应力的大小，要考虑基岩的地质条件、应力分布和变形特性等。但是，一般坝体传来的力较大，作用的范围较广。所以，通常向基岩施加的预应力要大于坝的工作应力。

5 坝基岩层的选择

由于水库大坝基本上是建筑在地基岩体上的，地基岩体不可避免地要遇到各种风化的岩体，一方面由于高坝，大多修建在高山峡谷地区，位于峡谷表面或河床表面的岩体因风化严重，其抗压强度降低，承载力很低，而且风化岩体中裂隙增多、开度增大，岩体完整性较差，抗变形和抗滑稳定能力较差，不能满足大坝对地基岩体的要求，因此这部分风化严重的岩体必须予以挖除。由于岩体的风化，对于一定地区而言，当岩性相近、经受构造运动改造大致相同时，岩体风化程度和不同风化带的厚度在一定程度上具有对应性。另一方面，由于岩体中存在大的断层或结构面，它们不仅对拱坝的变形、稳定性带来很大的影响，而且有时会成为潜在地震的发震带，因此，在一个坝址或某一坝段，它们既是控制建筑物选址的决定性因素，又是选择拱坝建基位置的控制性因素，对于这些个案问题，在选择拱坝坝基前，必须首先予以评价，认清对建坝的影响。

结语

一般意义上的拱坝坝基选择或可利用岩体的选择，应是整个坝基在经济、技术、工程地质条件、设计、安全性方面的最佳组合，才是拱坝坝基的位置。我们选择拱坝坝基应从岩性、岩体风化程度、岩体的完整性、岩体结构、岩体工程特性、岩体的水文地质特征等基本条件及其对大坝稳定、安全的影响方面来进行。通过深入、细致的现场调查、试验、计算、分析，提出可供设计、施工等的最优位置，从而达到避免进行岩基处理的目的。

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