重力坝 拱坝 土石坝的地基处理

重力坝、拱坝、土石坝的地基处理梁亚杰（西藏大学农牧学院水利水电本科班10级）【摘要】在水利工程中地基的处理相当重要，只有处理好地基，才能使大坝安全稳定，因此采取正确的处理措施确保建筑物安全，是水利工程中的重中之重。

【关键词】重力坝；拱坝；土石坝；地基；处理措施第一部分：重力坝地基处理措施重力坝承受较大的荷载，对地基要求较高。

然而天然地基经受长期地质构造运动及外界因素的作用，多少存在着风化、节理、裂隙、破碎带等缺陷，在不同程度上破坏了基岩的整体性，降低了基岩的强度和抗渗能力。

因此，必须对地基进行处理，以满足重力坝对地基的要求。

断层破碎带和软弱夹层等地质缺陷的处理措施1.1混凝土塞沿断层破碎带开挖出一定深度的倒梯形槽，将其中软弱构造岩及两侧破碎岩体清除，然后回填混凝土，其作用是使坝体荷载经混凝土塞传到两岸新鲜完整基岩上。

对顺河向的软弱带，除坝基内作混凝土塞子外，并应向上下游伸出坝外，以改善坝基承载能力。

1.2混凝土拱（或梁）、混凝土垫层对于很宽的断层破碎带，采用混凝土拱的处理型式，将坝体应力传送到两侧的完整岩体上，避免断层破碎带产生过大的压缩变形。

也可以采用混凝土梁的处理型式。

当大小断层密集交错，软弱破碎岩体的范围较大时，为改善坝基应力条件，可浇筑混凝土、钢筋混凝土垫层。

1.3大直径钢筋混凝土桩在坝基范围内用若干口径钻孔穿过缓倾角软弱夹层（带），进入完整岩体中，孔内放置钢筋并浇筑混凝土，形成钢筋混凝土桩。

坝工实践表明，钢筋混凝土桩可以把软弱夹层上下部岩体联成整体，并将应力传至深部岩体，具有抗滑和减少坝体水平变形作用。

1.4混凝土深齿墙在坝基中用深挖齿墙截断缓倾角软弱夹层，使齿墙嵌入软弱夹层下部的完整岩体一定深度，依靠嵌入部分混凝土齿墙的嵌固力，软弱夹层的摩擦力和下游抗力体三者联合作用，来满足坝基深层抗滑稳定要求。

这是一种处理软弱夹层的有效型式。

对于缓倾下游的软弱夹层，需要利用下游岩体作为抗力时，应详细查明下游抗力体的地质条件，必要时，可对下游抗力体采用固结灌浆，设置钢筋混凝土桩、压重等加固措施，以提高下游抗力体的岩体完整性和承载能力，减少坝基变形。

1.5预应力锚固锚固就是用钻孔穿过控制坝基岩体滑移的缓倾角软弱层（带），深入至坚硬、完整岩体的一定深度，插入预应力钢筋或钢缆，钻孔中回填水泥砂浆封闭，以增强岩体稳定的一种加固措施。

1.6坝基的开挖与清理坝基的开挖就是把覆盖层及风化破碎的岩石挖除，使大坝直接建在坚硬完整的基岩上。

坝基开挖的深度，应根据坝基应力情况，岩石强度及完整性，结合上部结构对基础的要求研究决定。

坝基开挖的边坡必须保持稳定；在顺河流方向，为保持坝体的抗滑稳定，不宜开挖成向下游倾斜的斜面，必要时可开挖成分级平台或向上游倾斜；两岸岸坡应开挖成台阶形，以利于坝体的侧向稳定；坝体开挖轮廓应尽量平顺，避免有高差悬殊的突变，以免应力集中造成坝体裂缝；当坝基中有软弱夹层存在，且用其他措施无法解决时，也应挖除。

坝基开挖后，在浇筑混凝土前，需进行彻底的清理和冲洗，清除一切松动的岩层，打掉突出的尖角。

基坑中原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵。

1.7坝基的固结灌浆固结灌浆是加固坝基的一种常用工程措施，它是用适当的压力，将水泥浆液或其它化学固化材料灌注到地质缺陷部位，如断层破碎带、软弱夹层、深风化槽、裂隙密集带、卸荷带中去，待浆液固化后，起到增加岩体完整性，提高岩体弹性模量，减少坝基沉陷的作用。

布置在防渗帷幕前的坝基固结灌浆，并能起到提高坝基浅层的抗渗性，达到加强防渗帷幕的目的。

1.8坝基防渗和排水坝基防渗和排水设施的主要目的，是为了减少坝基渗流量，降低坝基扬压力至设计允许值以内。

1.8.1坝基防渗岩基上建坝的防渗设施，型式有水平和垂直两种。

水平防渗型式是在坝基上游一定范围内，用隔水材料筑成铺盖；垂直防渗型式有防渗帷幕和混凝土防渗墙等。

防渗设施除在坝体挡水前沿全线布置外，应根据坝址水文地质工程地质条件，向两岸伸入一定的长度和足够的深度，并与河床部位的防渗设施连成整体，以防止产生绕坝渗漏，不致影响两岸岸坡的稳定。

两岸防渗设施大都采用防渗灌浆帷幕，可在岸坡地表直接进行灌浆。

1.8.2坝基排水坝基处理中，普遍在地防渗帷幕下游设置进入基岩一定深度的排水孔，是降低坝基扬压力的有效措施。

如果坝基地质条件十分良好，经过充分论证，可以仅设置排水孔，而不设防渗帷幕。

为了充分发挥排水的降压作用，对于高坝，除在帷幕下游设置一道主排水孔外，还可设置2-3道辅助排水孔；中、低坝则可视情况增设1-2道，必要时还可沿横向廊道或在宽缝空腔内设置。

在岸坡坝段，一般在坝体内专门设置纵横向排水廊道，并使渗水尽量靠近低处坝基面排出坝体外，以降低岸坡部位的坝基渗透压力，有利于坝体的侧向稳定。

第二部分：拱坝地基处理措施拱坝的地基处理主要是为了加强地基的完整性、抗渗性和耐久性，提高坝基的强度和刚度，使坝体和地基接触面形状适宜，避免出现不利的应力分布。

3.1一般处理的方法拱坝的地基一般都会出现岸坡裂隙发育、断层穿过、软弱夹层等不良地基情况，这些不良地基会对拱坝的稳定、控制变形和防渗等会带来不利影响，需要对坝基进行合理有效的处理。

一般的方法有：1）通过拱坝结构或布置的调整，以避开岸坡软弱带，或减缓软弱程度；2）混凝土填塞，在断层、裂隙或软弱夹层的控制性部位，用混凝土填塞是有效的，一般对抗滑、防渗都有利；3）锚固，坝头岩性新鲜坚硬而完整性较差时，采用预应力锚固或用型钢进行锚固，效果较好；4）固结灌浆和接触灌浆，固结灌浆的范围和孔径主要根据基岩的裂隙情况、受力情况、坝基和拱座的变形控制、稳定要求加以确定。

孔径一般为5～15m，孔距一般为3～6m。

为了提高坝基接触面上的抗剪强度和抗压强度，以及减少延基础接触面渗漏，应对下列部位进行接触灌浆：坡角大于50°～60°的陡壁面；上游坝基接触面；在基岩中开挖的槽、井、洞等回填混凝土的顶部。

5) 防渗帷幕，一般布置在压应力区，并尽可能的靠近上游面，帷幕轴线的方向要延伸到岸坡内一定距离（约为0.5倍坝高），以减小两岸绕渗引起的渗透压力。

6）坝基排水，在防渗帷幕的下游应设置排水，排水孔与帷幕下游侧的距离应不小于防渗帷幕孔中心距的1～2倍，且不得小于2～4倍。

1.2关于地基断层或软弱夹层的置换加固处理修建岩基上的混凝土坝时，对地基中的软弱岩带来说，如果仅分布于地表，可采用挖除的办法，但对于呈条带状分布，且较深的软弱破碎带获断层而言，则必须进行局部挖除后再回填混凝土，所置换的混凝土称之为混凝土塞、抗剪洞或置换洞。

岩体内的断裂面往往就是潜在的滑动面。

用混凝土填塞断裂部分就消除了滑动的可能。

在填塞混凝土之前，应将断裂部分的泥质冲洗干净，这样使混凝土与岩石可以良好地结合。

第三部分：土石坝地基处理措施土石坝是由散粒材料填筑而成，对地基变形的适应性比混凝土坝好。

合理进行地基处理的主要目的是为了满足渗流控制（包括渗流稳定和控制渗流量）、动静力稳定以及容许沉降量等方面的要求，以保证坝的安全运行。

1.砂卵石地基的处理当土石坝修建在砂卵石地基上时，地基的承载力通常是足够的，而且地基因压缩产生的沉降量一般也不大。

对砂卵石地基的处理主要是解决防渗问题，通过采取“上堵”、“下排”相结合的措施达到控制地基渗流的目的。

土石坝渗流控制的基本方式有垂直防渗，水平防渗和排水减压等。

前两者体现了上堵的原则，后者体现了下排的原则。

垂直防渗可采用明挖回填截水槽、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等基本形式。

水平防渗常用防渗铺盖。

（1）明挖回填截水槽。

当透水砂卵石覆盖层深度在10～15m以内时，可在透水坝基上开挖深槽直达不透水层或基岩，向槽内回填与坝体防渗体相同的土料，并与防渗体紧密结合成整体。

采用粘性土截水槽防渗，由于其结构简单，工作可靠，防渗效果好，得到广泛的应用。

截水槽开挖边坡约为1:1.5，截水槽顶宽应尽量和防渗心墙厚度相协调。

为便于施工，槽底宽应≥3m槽底部与基岩连接时应把风化岩挖除，并要求截水槽深入相对不透水的岩层0.5～1m。

（2）混凝土防渗墙。

当坝基透水层较厚，采用明挖回填截水槽施工有困难时，可采用混凝土防渗墙，其优点是施工快，材料省，防渗效果好，但需要机械设备。

混凝土防渗可利用冲钻机，在透水地基中建造槽孔直达基岩，并以泥浆固壁，采用直升导管，向槽孔内浇注混凝土，形成连续的混凝土墙，起到防渗的目的。

混凝土防渗墙顶部与坝体相连接，接触渗径应满足允许渗透坡降的要求；防渗墙底部嵌入弱风化基岩深度0.5～1.0m。

（3）灌浆帷幕。

当砂卵石层很深时，可采用帷幕灌浆防渗，或在深层采用帷幕灌浆，上层采用明挖回填截水槽或混凝土防渗墙等措施。

帷幕灌浆最常用的灌浆材料为水泥黏土浆，特殊情况下还可采用化学灌浆或超细水泥浆。

帷幕灌浆常设一排或几排平行于坝轴线的灌浆孔，布置与防渗体底部中心线偏上游部位。

（4）防渗铺盖。

铺盖时一种由黏性土等防渗材料做成的水平防渗设施，通过延长渗径的方式起到防渗的作用。

多用于透水层厚，采用垂直防渗措施有困难的场合，常与下游排水减压设施联合使用，以保证渗透稳定。

铺盖与地基接触面应大体平整，底部应设置反滤层或垫层，以防止发生渗透破坏。

铺盖上面应设置保护层，防止发生干裂或冲刷破坏。

铺盖两边与岸坡不透水层连接处必须密封良好。

（5）坝基排水设施。

如果在透水地基层存在有黏性土层时，由于渗流出口中排水不畅，使渗透压力增加，有可能引起坝基发生渗透破坏，影响坝体的稳定，可在下游坝基设置排水设施。

当地表黏性土层较薄时，一般只需在坝趾下游附近设置排水沟用以排水减压即可；当地表钻性土层较厚，而强透水层又较深，可采用排水减压井与排水沟相结合的做法。

通过排水减压井将深层承压水导出，然后从排水沟排走。

2.软黏土地基的处理地基的软黏土及淤泥层，含水量高，渗透系数小，承载后难以固结，抗剪强度低，承载力小，影响坝的稳定。

当厚度较大和分布较广，难以挖除时，必须采取措施予以处理，具体措施有：进行预压排水以提高强度和承载力；通过铺垫透水材料和设施砂井，插塑料排水带等加速土体排水固结，使大部分沉降在施工期发生；调整施工速度，结合坝脚压重，使荷载的增长与地基强度的增长相适应，以保证地基的稳定。

用于处理软黏土地基的砂井，呈梅花形网格布置。

砂井中填粗砂石作为排水料，砂井顶部的地基面上铺粗砂垫层，与坝趾排水体相连接。

3.其他地基的处理对于湿陷性黄土地基，其主要问题是遇水湿陷，沉陷量较大，可能引起坝体的失稳和开裂。

处理方法处理：可全部或部分挖除、翻压、强夯等，也可采用预先浸水的方法处理。

对于饱和的疏松砂土及少黏性土，处理的关键是防止土体液化问题。

处理方法是尽量采取挖或换土措施，当挖除比较困难或很不经济时，可采取加密及排水措施。

对于浅层疏松砂土及少黏性土宜用表面振动压密；对于深层则采用振冲强夯等方法加密；还可以结合振冲处理设置砂石桩，加强坝基排水，以及采取盖重等防护措施。