大壩基礎處理技術探索

孫寶貴

（安徽省淠史杭灌區管理總局設計院淠史杭監理中心，安徽 六安 237005）

通常大型水庫，特別是壩型為拱壩的，大多位于深切峽谷中，不僅壩高，攔蓄水體巨大，而且l00m以上壩蓄積巨大的水體產生的靜水荷載多在數百萬噸，高的可以達到千萬噸。150m以上的拱壩傳遞給壩肩巖體的壓應力可以達到6～7MPa，傳遞給河床壩基巖體的壓應力也可以達到3～5MPa。這首先要求壩肩、壩基巖體應有較高的承載力；其次要求壩肩巖體在巨大壓力下必須有足夠的穩定性，即不會出現抗滑穩定性問題和變形過大引起的穩定性問題，壩肩巖體必須有較高的變形模量和強度。

綜上所述，壩基巖層應能安全地承受壩體傳遞的應力并對于水庫滲流具有抗滲性，且不得產生過大的變形或滲流量，如壩基巖層不滿足這些要求時，就需進行巖基處理。本文就壩基巖層斷層的處理、壩基礎的處理和壩基巖層的選擇等作一探討。

1 壩基巖層斷層的處理

1.1重力壩的斷層

重力壩的基礎有斷層時，通常挖至適當的深度用混凝土回填。所回填的混凝土稱為混凝土塞。施工時，在斷層兩側挖到堅硬巖石，回填混凝土后，并在接觸面周邊的基巖中進行灌漿處理。

1.2大壩上下游方向的斷層。需要判明各壩段的壩基是否能夠保證所規定的抗剪摩擦安全系數，當抗剪摩擦安全系數不足時，則大多設置混凝土塞，依靠混凝土塞兩側的抗剪強度與側面面積相乘所得的阻力來彌補抗滑力的不足。對于是否使混凝土塞的接縫與壩體接縫相重合，工程人員的意見并不相同，因斷層的走向與壩體接縫不會完全一致，通常會形成明顯的斜交部分。但當工程量不太大時，使混凝土塞的接縫與壩體接縫一致，是一種適當的處理措施；基巖的抗剪強度較大時，壩基底面雖有斷層，但由橫縫分開的一個壩段作為單體起作用，也具有足夠的抗剪安全系數。因此，可不必設置混凝土塞。這是因為混凝土壩體可看作深梁，基本上不會變形，挖除一部分軟弱巖層后，在壩體混凝土澆筑之前先回填混凝土塞，使全部基巖容易清理，同時可以防止在壩體混凝土澆筑前基巖松弛。所以，通常有斷層時，即使按穩定計算不需要混凝土塞，也用小型混凝土塞先行施工。

1.3平行壩軸線方向的斷層。對混凝土塞進行設計和施工時，一直沿用美國墾務局在夏斯塔(Shasta)壩中研究的公式計算混凝土回填深度。可該公式并不是分析基巖強度而求得的，而是在分析壩基底面內有軟弱巖層時對壩體混凝土應力的影響程度而求得的。因此，我們認為通過這種處理就可保證基巖強度的想法是錯誤的，眾所周知，對于重力壩橫穿河流的斷層，只需研究下游壩趾附近向上傾斜的斷層即可，這種軟弱巖層，能夠用混凝土塞充分加固，這種混凝土塞的深度，因受壩高、軟弱巖層的位置、壩體混凝土或基巖和軟弱巖層間的變形程度(彈模)的比值等的影響，故需要綜合這些條件分析確定。此外，該混凝土塞是用來向下游側基巖傳力的，故當位置條件不好時，即使軟弱巖層的規模較小，也要求混凝土塞有相當大的深度，施工時必須注意不要損壞周圍基巖，當軟弱巖層與壩軸線斜交時，要加大各壩段的底面面積，以保證所規定的抗剪摩擦安全系數。同時，還要按照有軟弱巖層橫穿河道的情況，對壩的橫斷面進行校核。此外，對于設計上不必處理的斷層，與前述大壩上下游方向斷層同樣處理。對下游壩趾附近幾條橫穿河道方向的斷層，采用2.5x2.5m的水平坑道進行了組合回填。施工時，為不使巖體松弛，將這種斷面的水平坑道每隔一條先回填混凝土，然后在其中間先進施工；上下層的水平坑道方向正交，組成井字形，以使巖石松弛限制在最小限度。

1.4拱壩的斷層處理

拱壩壩基有斷層時，將視斷層的規模及位置，若在拱推力的作用下會產生滑動或較大的變形時，要用混凝土回填補強，其施工方法基本上是開挖平洞和澆筑混凝土。

1.5斷層的防滲處理

當通過斷層的滲流可能過大而灌漿又不能滿足防滲要求時，就要用混凝土塞進行處理。混凝土塞的深度以滲流水力坡降和其流速不超過按斷層材料所規定的臨界值而定。

2 混凝土壩基礎的處理

基巖中的軟弱巖層，應視其范圍和位置，考慮在壩體傳力作用下會不會有沿軟弱巖層發生滑動破壞的危險，如果用混凝土置換軟弱巖層，則軟弱巖層也具有混凝土的強度，或具有混凝土與周圍基巖的附著強度，這就會大大提高基巖的強度。

3 混凝土支撐

經常會發現基巖內有許多大致平行的斷層和節理縫等地質構造。如用混凝土全部置換軟弱巖層，從施工和經濟方面考慮都是不合理的，在這種情況下，有一種方法是在基礎內部設置混凝土傳力墻即混凝土支撐，以便起到樁基的作用將壩體應力傳遞到深部堅硬巖基中去。

4 基巖預應力拉錨

基巖承受壩體傳來的力后，即使是比較均勻而接近彈性體的基巖，除部分巖體外，一般都會產生比較大的變位，補強基礎以限制這種突出變位，可采用鋼筋錨固基巖法。該方法是向基巖鉆孔至所需深度，插入鋼筋、鋼絲、鋼索等；兩端固定在基巖中，根據要求張拉鋼筋，對基巖施加預應力，此時的鋼筋配置和預應力的大小，要考慮基巖的地質條件、應力分布和變形特性等。但是，一般壩體傳來的力較大，作用的范圍較廣。所以，通常向基巖施加的預應力要大于壩的工作應力。

5 壩基巖層的選擇

由于水庫大壩基本上是建筑在地基巖體上的，地基巖體不可避免地要遇到各種風化的巖體，一方面由于高壩，大多修建在高山峽谷地區，位于峽谷表面或河床表面的巖體因風化嚴重，其抗壓強度降低，承載力很低，而且風化巖體中裂隙增多、開度增大，巖體完整性較差，抗變形和抗滑穩定能力較差，不能滿足大壩對地基巖體的要求，因此這部分風化嚴重的巖體必須予以挖除。由于巖體的風化，對于一定地區而言，當巖性相近、經受構造運動改造大致相同時，巖體風化程度和不同風化帶的厚度在一定程度上具有對應性。另一方面，由于巖體中存在大的斷層或結構面，它們不僅對拱壩的變形、穩定性帶來很大的影響，而且有時會成為潛在地震的發震帶，因此，在一個壩址或某一壩段，它們既是控制建筑物選址的決定性因素，又是選擇拱壩建基位置的控制性因素，對于這些個案問題，在選擇拱壩壩基前，必須首先予以評價，認清對建壩的影響。

結語

一般意義上的拱壩壩基選擇或可利用巖體的選擇，應是整個壩基在經濟、技術、工程地質條件、設計、安全性方面的最佳組合，才是拱壩壩基的位置。我們選擇拱壩壩基應從巖性、巖體風化程度、巖體的完整性、巖體結構、巖體工程特性、巖體的水文地質特征等基本條件及其對大壩穩定、安全的影響方面來進行。通過深入、細致的現場調查、試驗、計算、分析，提出可供設計、施工等的最優位置，從而達到避免進行巖基處理的目的。

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