重力坝建坝对地质要求及建基面确定原则

前沿
重力坝工程地质问题主要研究枢纽工程区地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、物理地质现象等工程地质条件与枢纽工程及各水工建筑物的相互作用与影响。

在水利水电工程建设中，不可避免地会遭遇各种复杂的地质条件，如深厚覆盖层、活断层和强震区、复杂岩体结构及软弱岩体、高边坡及大型滑坡体、高地应力和高地下水位、岩溶渗漏等问题。

重力坝主要工程地质问题主要包括以下几个方面：
1) 弱结构面及其力学参数：岩体是岩石与结构面的结合体，结构面力学性质较差，是决定岩体结构类型、岩体质量、变形、透水性以及岩体稳定性的主要因素。

其中软弱结构面和软弱夹层由于力学强度低，影响水工建筑物整体稳定、变形稳定及渗透稳定，因此要查明结构面及软弱夹层的分布、连通性、厚度、性状、起伏差、分带、上下游岩体的完整性，检测其强度、变形和渗透性参数等。

不同类型的结构面及软弱夹层，工程性状有明显差别。

2)坝基岩体工程地质分类：坝基岩体工程地质分类主要适用于高混凝土重力坝，用于评价坝基岩体的变形和抗滑稳定性能。

坝基岩体工程地质分类对准确把握坝基岩体工程特性、合理选取岩体物理力学参数、客观评价坝基岩体稳定安全性以及对坝基开挖和地基处理设计等方面都起到了主要的指导作用。

3)抗滑稳定性分析及安全评价：坝基抗滑稳定性是指大坝在各种设计工况下抵抗发生剪切破坏的可靠性，是重力坝的主要问题之一。

由于坝基岩体地质结构不同，其滑动模式可归纳为3种类型：表面滑动、浅层滑动和深层滑动。

具体到某一座大坝，哪一类型滑动模式最危险、起控制作用的，则要结合工程的具体地质条件来判断，通过计算分析加以确定。

4)建基面选择：建基面位置的选择，应该考虑在经济可行的地基处理以后，能够满足大坝对地基的基本要求，即具有足够的力学强度、足够的抗滑稳定安全性、足够的抗变形性能和良好的抗渗性能，并有足够的耐久性，防止岩体性质在高压水的长期作用下发生恶化。

就地质而言，影响建基面选择的主要因素包括岩性、岩体结构、岩体完整性、岩体风化和卸荷特征、水文地质条件和地应力等。

良好的坝基应具有足够的抗变形和承载能力、弱的透水性和整体稳定性，以免变形过大引起地基破坏。

当然，良好的坝基应该有一个具体的标准，岩体质量分类就是通过某个(或某些)勘探指标的值，按照一定的划分标准区分不同类别的岩体。

岩体质量在一定程度上反映了岩体的稳定程度.岩体质量好，稳定性就好，不需要或要很少的加固支护措施，并且施工安全、简便、质量差，稳定性不好的岩体，需要复昂贵的加固支护等处理措施，常常在施工中带来预想不到的复杂情况。

因此，正确地对工程建设涉及到的岩体质量、岩体稳定性作出评价，是经济合理地进行岩体开挖固支护设计、快速安全施工以及建筑物安全运行必不可少的条件。

岩体质量研究多选响(或反映)岩体质量的单指标或多指标，采用定性、定量或二者相结合的方法，对岩体进行分级。

坝基开挖后，受爆破方式等主观因素、地质条件等客观因素等
的影响，坝基建基面不可避免的存在坝基稳定、缺陷等不良问题，如何处理及怎样处理对重力坝的稳定安全至关重要。

2 重力坝对工程地质条件的要求
重力坝依靠自身重力来维持稳定，根据筑坝材料或施工工艺方法的差异，可分为砌石重力坝、常态或碾压混凝土重力坝。

从目前坝工发展情况看，前者已基本不采用。

由于重力坝的荷载都直接作用于坝基且主要靠坝身自重与地基间产生足够大的摩阻力来保持稳定，因此对坝基的要求较高。

对常态或碾压混凝土重力坝而言，由于后者整体性更强，因此对工程地质条件的适应性要略好于前者。

对重力坝而言应注意：
（1）坝基的抗滑能力
重力坝坝基应具备足够的抗滑能力，能满足大坝各种抗滑稳定的要求。

大坝与坝基接触面抗剪强度高，坝基内没有软弱结构面和可能滑动的岩体或其强度能满足大坝抗滑稳定的要求，不致在水推力的作用下产生滑移失稳并有足够的安全储备，否则需采取工程阻滑措施。

（2）坝基的承载能力及均一性
大坝坝基应有足够的承载力，较好的均一性和完整性，与坝体混凝土相适应的变形模量，能承受坝体所传递来的巨大压力，不致产生过大的变形或不均匀变形，至使坝体产生过大的拉应力，使坝体裂开乃至毁坏。

一般来说，对于高坝应以Ⅱ、Ⅲ级岩体做为坝基持力层，尤其是坝趾部位，要求相对要高一些。

对于局部分布属Ⅳ、Ⅴ级岩体的断层带、节理密集带、不均匀风化带等不良工程地质条件，应采取专门的工程处理措施。

（3）坝基（肩）的抗渗能力
重力坝坝基及两岸坝肩岩体应有好的抗渗能力，在库水作用下不会产生大量的渗漏，影响工程的安全性和经济性；也不会出现过大的扬压力、岩体及结构面的软化、泥化、坝基的化学及机械管涌、流土、接触冲刷等危及大坝安全的不良现象。

（4）坝址岸坡的稳定性
重力坝对地形的适应性好，几乎任何地形条件都可修建重力坝。

但其坝基开挖深度大，临时边坡高度高；大坝泄洪雾化强烈，影响范围大，因此两岸岸坡，包括下游消能雾化区坡体必须稳定，没有难以处理的滑坡体或潜在的不稳定体。

（5）泄洪消能区岩体的抗冲刷能力
大坝下游泄洪消能区岩体应具有对高速水流的相应的抗冲刷的能力，以避免冲刷坑向上游或两岸扩展，威胁、影响大坝和两岸岸坡的安全。

（6）天然建筑材料
枢纽建筑物区附近合适的运距范围内应有满足储量和质量要求的混凝土天然骨料或人工骨料料源。

3 建基面确定原则
3.1 概述
大坝建基面岩体的选择和建基面的确定关系到工程建设的安全和经济，是坝基工程地质研究的重要任务之一。

但影响建基面选定的因素很多，既有坝基岩体工程地质的因素，又有上部结构的因素，既有技术因素又有经济因素，涉及面很广。

因而建基岩体的选择和建基面的确定就成为坝址工程地质勘察中一项重要的课题。

在20世纪80年代以前，我国水利水电工程坝基岩体的选择多以岩体的风化程度作为建基面选择的重要依据，特别是高坝，建基岩体大多要求选择在微风化和新鲜岩体上，向铜街子、石泉、安康、新丰江等水电站。

但也有部分工程选在弱风化下部或下限岩体中，如红石、凤滩等水电站。

进入20世纪80年代后期，我国水利水电地质开始研究坝基岩体地质分类体系。

在对坝基岩体进行工程地质分类的基础上，考虑岩体加固处理的效果、坝基承受荷载的大小（坝的高度）等因素，综合确定坝基岩体的可利用标准。

以此原则确定的坝基开挖深度较以前普遍有所减少，从而减少了坝基岩体开挖量和坝体混凝土方量，在保证工程安全的前提下给工程带来了巨大的经济效益。

3.2 影响坝基岩体质量及建基面选择的几个主要因素
（1）岩性
众所周知，岩石强度是影响坝基岩体质量的基本因素，硬岩（饱和单轴抗压强度Rb）60M pa)作为坝基，其强度、刚度和抗剪强度均高，一般易于满足混凝土坝的建基要求；而软岩（Rb《３０pa)作为坝基，特别是作为高度较大的大坝的坝基，则需要详细研究、要充分考虑岩块强度、岩体整体强度、地基承载力和耐久性能否满足大坝地基应力的要求。

（2）岩体结构
一般来讲，整体状、块状－次块状或巨厚－厚层状结构岩体是好的混凝土重力坝坝基，互层状、薄层状或镶嵌状结构岩体次之，碎裂或散体结构不宜作为高混凝土重力坝坝基。

（3）岩体完整性
岩体完整性是一下坝基岩体质量的另一重要因素。

岩体完整性好或较好的坝基岩体，其均一性好，岩体的抗变形能力和抗渗性能也好，易于满足混凝土大坝对地基的要求。

反之，岩体完整性差的岩体能否作为混凝土大坝的坝基，则需结合工程的具体情况进行研究。

（4）岩体风化与卸荷特征
岩体的风化程度也是影响坝基岩体质量的主要因素。

浅表部岩体在风化、卸荷等表生作用改造后，岩体中风化裂隙发育，不同程度的张开，隐裂隙进一步显现，岩石强度和岩体完整性均会有不同程度的降低。

微风化和新鲜岩体由于受风化和卸荷改造的影响小，基本上保持了原岩的强度、完整性和紧密程度，是良好的坝基岩体。

岩体卸荷作用有时与风化相辅相成，卸荷作用会进一步加剧岩体的风化作用，但卸荷主要是表现为岩体的松弛、裂隙违章甚至宽张，进一步破坏岩体的完整性，同时也进一步加剧了岩体风化。

（5）水文地质条件
地下水对岩体的作用主要表现在以下两方面：1）地下水的渗透使岩石软化，尤其使软弱结构面产生软化泥化，降低其原有的强度，或在渗透压力的作用下产生化学或机械的潜蚀作用；2）由于地下水渗透作用形成的扬压力对混凝土重力坝的抗滑稳定产生不利影响。

（6）地应力
在深山峡谷中，河床下一定范围内往往存在较高的河谷应力集中区，在进行建基面选择时，要充分考虑应力集中区可能对坝基产生的不利影响。

如建基面开挖太深，触及该应力集中区，则可能导致地应力快速释放，使坝基岩体松弛，不仅增加坝基开挖量和混凝土浇筑量，且将增加工程处理的难度，也可能降低工程的安全度，由此带来一系列复杂的问题。

结论：上述这些影响因素，一般应在坝基岩体质量分级或工程地质分类中给予考虑，从而在研究坝基岩体的可利用标准时体现这些因素的综合影响。