SETH水利枢纽工程碾压混凝土重力坝基础处理设计

李永兵，王立成

(1.阿勒泰地区水利水电勘测设计院，新疆 伊犁 836500;2.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222)

SETH水利枢纽工程位于新疆阿勒泰山区丘陵地带，是一座具有多年调节能力的综合性水库枢纽，工程建成后，将成为WLGH上游河段的控制性工程。本枢纽的主要工程任务是供水和防洪，兼顾灌溉和发电，并为加强流域水资源管理和水生态保护创造条件。工程规模为Ⅱ等大(2)型，水库总库容2.94亿m3，防洪库容0.21亿m3，电站装机27.6MW。工程采用碾压混凝土重力坝拦河、坝后式厂房布置方案，大坝为2级建筑物。

拦河坝设计最大坝高75.5m，坝顶长度372m，其中泄水坝段坝长34m(包括表孔坝段和底孔坝段)，引水坝段长18m。大坝采用全断面混凝土筑坝，由于重力坝的受力工况及结构特点，相对于当地材料坝和拱坝其对坝基岩体的要求都较高，因此要求坝基岩体具有足够的强度、抗渗性能和耐久性[1]，大坝的基础处理设计尤为重要。

1 坝址地形、地质概况

1.1 坝址地形条件

坝址位于剥蚀低山丘陵区，河谷呈不对称“U”型，总体走向NE向，谷底宽约150m，主河槽偏向右岸，宽约50m河漫滩主要分布在河床两岸。两岸山体基岩裸露，山顶呈浑圆状，右岸岸坡较陡，坡度约42°，沿岸多有陡壁分布，左岸岸坡稍缓，坡度约30°，局部见有陡壁。

1.2 大坝基础地质条件

天然岸坡整体稳定，局部可能存在不利于边坡稳定的结构面组合，需及时处理；河床部位地下水与河水位相近，基坑开挖将存在涌水问题；岩体风化差异明显，局部构造裂隙发育。

1.3 主要地质问题

1.3.1建基基础条件

强风化岩体切割剧烈，完整性差，强度低，难以满足高混凝土重力坝对坝基的强度及完整性和抗渗稳定要求，故选择弱风化带中下部—新鲜岩体作为坝基。坝基岩体中节理裂隙较发育，为提高坝基岩体的整体性和抗变形能力，进行固结灌浆和帷幕灌浆是必要的。

1.3.2坝基抗滑稳定

坝基岩体总体呈块状、次块状结构，局部见有少量缓倾角结构面发育，但很难形成连续的滑动面，因此坝基不存在深层抗滑稳定问题，大坝抗滑稳定主要取决于混凝土与基岩岩体接触面之间结合强度。施工开挖过程中，必要时需进行局部处理。

1.3.3坝基及绕坝渗漏

坝址左岸坡地段(距坝轴线60～460m)山体相对单薄，存在永久渗漏可能性。根据钻孔压水试验成果，单薄山脊处岩体透水率大多小于10Lu，最大为100Lu。单薄山脊岩性为砂岩、泥岩及凝灰岩，岩体中结构面发育，结构面多挤压紧密，渗漏以基岩裂隙渗漏的形式为主。渗漏主要在上部强—弱风化段岩体，下部岩体透水性为弱—微透水，问题不大。单薄山脊应采取防渗处理措施，并进行必要的监测工作。

2 大坝基础处理设计

2.1 基础开挖

基础开挖深度，应根据重力坝坝基应力，岩石物理力学性质及其完整程度，结合上部结构对基础的要求确定[2]。根据规范，坝高50～100m级的中高坝，基础可建在微风化至弱风化中部基岩上。本工程坝基松散堆积物不能满足混凝土坝坝基要求，设计全部挖除；对于结构面发育、岩体破碎的强风化岩体同样做挖除处理。根据坝址基岩风化卸荷程度等实际情况，结合岩层物理力学指标及混凝土与基岩接触面抗剪断强度指标见表1。

对左右岸及河床典型坝段做不同建基面高程的抗滑稳定及坝基应力计算，确定河床坝段建基面基本置于弱风化下部至微风化层，两岸挡水坝段建基面置于弱风化中上部，最低建基面高程956.50m。施工过程中建基面开挖的标准除设计高程外，应最终以岩石纵波速度反映出的岩石性质是否达到建基要求来控制，对于局部难以满足要求的地质缺陷还应根据实际情况做特殊处理。坝基开挖边坡设计为：微—新岩体1∶(0.2～0.3)；弱风化岩体1∶(0.3～0.5)；强风化岩体1∶(0.5～1)∶0.75。

本工程地处严寒大风地区，揭露面极易风化，基础开挖后要求尽快覆盖混凝土或预留保护层对基础进行防护，以减少岩体卸荷反弹，防止局部岩体进一步风化。对于开挖形成的永久岩石边坡采用喷锚支护和排水措施。开挖边坡每级高度控制在15m以下，各坝段基础水平段长度保证在1/2～2/3坝段长度范围内，以保证岩体的侧向稳定。

2.2 基础加固

基础加固措施主要为固结灌浆，固结灌浆可以胶结基础岩石裂隙，加强岩体的整体性和均一性，提高坝基岩体的承载能力，并能在一定程度上改善坝基岩体的渗透性。本工程坝基外围岩性较杂，岩体中结构面发育，岩体破碎，质量较差，设计对整个坝基进行固结灌浆，并在坝体基础线外3～6m范围内均进行固结灌浆，灌浆深度为6m，间排距均为3m，对软弱破碎带采取加密、加深或采取布置直径Φ28的钢筋网(间排距20cm)的措施，跨软弱破碎带。固结灌浆在有混凝土覆盖的情况下进行，根据大坝承受的水头及地质情况，自上而下实施。确定固结灌浆最大压力Pmax=0.7MPa，最终应以现场灌浆试验结果进行调整。

表1 坝址区岩体及结构面地质参数采用值

2.3 基础防渗和排水

设计重力坝，常考虑防渗帷幕和坝基排水系统结合的方式来解决坝基渗漏和渗透破坏的问题，其设计应当以工程地质、水文地质条件和灌浆试验资料为依据，结合水库功能和坝高综合考虑。本工程坝高75.5m，属于高坝，因此采用的防渗标准为：坝体部分帷幕灌浆标准采用3Lu控制，两岸延伸的帷幕灌浆标准为5Lu。主排水孔深取防渗帷幕深度的0.6倍，约30m，副排水孔深取12m。

2.3.1坝基及单薄山脊帷幕灌浆

本工程坝基覆盖层清除后，坝基渗漏通道主要是岩体结构面。据坝址河床及两岸钻孔中进行的138段压水试验成果，岩体透水率0.6～79Lu，地表强风化和卸荷岩体破碎、裂隙张开，透水率一般大于10Lu，属中等—强透水性；左、右岸弱风化岩体透水率平均值3.2～26Lu，属弱—中等透水性，微风化—新鲜岩体透水率1.1～5.8Lu，属弱透水性；河床部位弱风化岩体透水率12～55Lu，属中等透水性，微风化—新鲜岩体透水率1.7～3.9Lu，属弱透水性。设计上游帷幕深度控制以透水率3Lu控制，坝基部位主帷幕平均深度约为60m左右，并向两岸坝肩适当延长。考虑到河床坝段岩基裂隙较发育，设计将来结合施工地质情况，在裂隙较发育的河床坝段设2排帷幕，副帷幕设在上游侧，主副帷幕孔距均为2.0m。

根据地形地质情况，防渗帷幕向两岸延伸，封闭垭口薄弱环节。右岸帷幕延伸长度230m，左岸帷幕延伸长度约700m。单薄山脊防渗帷幕控制标准为透水率5Lu线，单排孔布置，右岸帷幕灌浆孔距1.5m，左岸帷幕灌浆孔近坝段部位为1.5m，延伸方向改变后孔距2m，在左岸单薄山脊岩体较为破碎的垭口部位，增加一排副帷幕以保证防渗效果。

帷幕按三序孔布置。灌浆应在有混凝土覆盖的情况下施工，帷幕灌浆工艺采用“孔口封闭，自上而下，小口径钻孔，孔内循环”高压灌浆工艺。

2.3.2坝基排水系统

坝基排水的目的是排除透过帷幕的渗水及基岩裂隙中的潜水，与帷幕灌浆构成一个相对完整的坝基(坝肩)防渗排水系统[1]，为有效降低坝基扬压力，在基础下游布置排水系统是非常必要的。本工程坝基设2道纵向基础排水廊道，4条横向排水廊道将上游帷幕灌浆与主排水廊道、第一基础排水廊道和第二基础排水廊道联系。廊道底部钻排水孔形成排水幕，孔距3m，主排水廊道排水孔深取为防渗帷幕深度的0.6倍，约30m，基础排水廊道和横向排水廊道排水孔深取12m。12#坝段基础最低位置布置集水井，用以抽排各排水廊道汇集的地下水。

2.4 岩混结合(接触灌浆)

本工程建基面岸坡部位开挖较陡，斜坡坡度1∶0.5，倾角约为63°，为预防坝体混凝土侧向收缩出现张开，与基岩之间形成缝隙，导致渗漏，设计以接触灌浆措施加强混凝土与坝基岩体的结合。根据斜坡面积布置灌区数量，每个灌区均设计灌浆管路、止浆片和出浆盒，管路通至各灌浆站，灌浆站一般设在坝内廊道。灌浆管布置间排距为6m×3m，出浆盒布置间排距为6m×3m，二者梅花型布置。

3 施工期基础地质缺陷处理

对于施工期间开挖揭露的小规模裂隙和断层破碎带，采用常规刻槽与混凝土塞方法处理。对于规模较大的地质缺陷，如15#～16#坝段基础揭露的风化深槽，根据现场实际地质和施工情况，挖除部分囊状风化深槽而不必开挖至囊状风化深槽的深槽底线，以人工码放块石回填开挖后的囊状风化深槽，人工码放块石回填成穹顶形状，内部预埋钢管作为排水管套管，预留水泵进水口与排水管相连，大坝建基面设置排水泵，将地下水通过水泵排出，随后在人工码放块石周圈设置钢筋混凝土支撑圈梁，圈梁置于囊状风化深槽周边的坚固岩体上，以人工码放块石作为混凝土模板，浇筑穹顶形的钢筋混凝土盖板，最后在穹顶形的钢筋混凝土盖板上部回填混凝土至建基面高程。处理措施如图1所示。

4 结语

大坝基础的质量是整个大坝长期正常运转的保障[3]，基础处理不过关，将导致坝体存在安全隐患，因此在水利枢纽设计中，重点关注基础处理设计是非常重要的。我国水利事业经过多年的发展，对于基础处理已经形成了相对成熟的系统方法，但水利工程都有其各自的特点，基础处理的设计需要针对不同工程的实际情况出具适用性方案。本文通过对严寒地区SETH水利枢纽工程主体大坝基础处理各方面设计的详细阐述，为同等施工环境和地质条件下的类似工程提供可靠的技术参考。

图1 风化深槽处理示意图