针对水利枢纽大坝基础处理设计的相关研究(万家寨水利枢纽大坝)

 【摘要】基础处理设计是水利枢纽大坝施工建设的关键环节，其处理设计水平对于整个水利枢纽大坝的使用性能和使用寿命有着决定性的影响，因此应高度重视水利枢纽大坝的基础处理设计，结合水利枢纽大坝施工现场的实际情况，采用多样化的基础处理设计方法，优化和改进大坝基础结构处理设计，提高水利枢纽大坝基础处理设计质量，保障水利枢纽大坝的安全性和稳定性。本文简要介绍了水利枢纽大坝的基本情况，分析了水利枢纽大坝基础处理设计要点，以供参考。

【关键词】水利枢纽大坝；基础处理；设计

水利枢纽大坝是我国重要的水利工程项目，关系着地区的经济发展和人们的生产生活，而水利枢纽大坝周围的水文地质情况往往比较复杂，这就对于基础处理设计提出了更高的要求。根据水利枢纽大坝工程项目的基本情况，采用科学合理的基础处理设计，提高大坝基础的牢固性和稳定性，延长水利枢纽大坝的使用寿命。

一、水利枢纽大坝的基本情况

某水利枢纽大坝的坝高55m，坝轴线长123m，是一个中小型混凝土重力坝，周围水文地质条件比较复杂，坝基工程上有5条基岩浅槽和NEE向断层，河床F1断层、右岸F1断层对周围构建物的稳定性造成影响，剪切裂隙和基岩软弱夹层情况良好，存在着NW倾角和NE倾角，根据夹层形状，主要包含I类泥化夹层、II类破碎夹层。该水利枢纽大坝的坝基岩层是一种透水岩体，防渗性能较好，但是含有大量的地下水，坝基局部区域含有裂隙性承压水，相对于不透水层有小于1Lu埋深。坝基岩体的强度较高可以满足混凝土重力坝对于承载力的要求，但是很容易出现坝基渗漏、软弱夹层和岩体错位等问题。

二、水利枢纽大坝基础处理设计要点

1、合理开挖大坝基础

合适的基础开挖方式是水利枢纽大坝开挖的重要环节，当前最常见的一种开挖方式是台阶式，台阶平台的宽度和高差对于坝体的稳定性和抗滑性有着重要影响，为了确保水利枢纽大坝基础的牢固性，台阶高度差应小于3m，坡度开挖比值控制在1：0.35。同时，水利枢纽大坝施工时，由于高程坝段的位置相对比较高，应结合基岩实际情况，适当调整河床位置。该水利枢纽大坝基础部位的岩层多是半新岩石，一旦出现地质缺陷、软弱基层、断裂构造等问题，会加速岩石风化，考虑到表面岩层的稳定性和完整性较差，并且裂隙位置较深，河床两岸之间的距离为4～5m，通过坝基表面岩层发育情况、风化厚度和岩体岩性等，溢流坝段的基础开挖深度应大于30m。另外，在水利枢纽大坝基础开挖过程中，应注意处理大坝周围的地质缺陷，主要包括两方面：软弱夹层和断层，采用科学合理的方法和措施，如掏挖和利塞方式处理地质缺陷。在处理断层时，一般情况下，坝体混凝土开挖深度约2～2.5m，结合实际的岩体情况，可以适当扩大处理范围，并且在处理软弱夹层时，可以应用掏挖方式，软弱夹层深度是基础开挖深度的1.5倍，采用深挖方式来处理断层和夹层交叉区域以及夹层密集区。

2、基础回填处理

水利枢纽大坝基础开挖过程中往往需要挖掘勘探平洞和钻孔，为了保障枢纽大坝的安全性和稳定性，在勘探平洞和钻孔中应及时回填混凝土，结合该水利枢纽大坝的实际情况，可以采用以下回填设计方法。首先，对于勘探平洞和钻孔的混凝土回填，应考虑到水利枢纽大坝的应力分布和防渗情况，相关处理设计方案应符合基础排水和坝基安全要求，例如，在该水利枢纽大坝勘探平洞中设置帷幕线，在小于20m大于10m范围内，先仔细清理勘探平洞，然后使用回填混凝土进行封堵处理。对于钻孔的回填处理，应结合该水利枢纽大坝拱座的应力分布，应用有限元方法分析计算混凝土回填深度。同时，对勘探平洞和钻孔进行混凝土回填施工时，应彻底清理勘探平洞和钻孔中的废弃物和杂质，特别是将松动的岩块清理干净，然后再进行混凝土回填施工，并且充分考慮钻孔和勘探平洞情况，将灌浆管路设置在回填区域，保障回填灌浆施工的顺利进行。另外，对于钻孔和勘探平洞中的狭缝状、脉状和管状裂缝，可以采用封堵回填和灌浆回填相结合的方式，在勘探平洞、钻孔和岩溶通道中设置止水片，并且当勘探平洞和钻孔埋深较深，规模较大时，可以采用泵送回填施工方法，使孔洞中充满混凝土，从而提高水利枢纽大坝基础的稳定性和强度。

3、基岩加固处理

该水利枢纽大坝基础包含大量的灰岩，而灰岩具有容易断裂、易腐蚀、抗爆破性能弱等特点，若灰岩处理不当会直接影响大坝基础的承载力和稳定性。结合该水利枢纽大坝的实际情况，采用固结灌浆处理方法，对大坝基础进行加固处理，以不断提高大坝基岩的稳定性和抗渗性能。水利枢纽大坝基础往往会受到压应力和水平推力，在进行加固处理时，应注意合理安排固结灌浆施工部位。由于该水利枢纽大坝下游的侧应力比较大，因此应适应扩大下游区域的固结灌浆处理面积，考虑到该水利枢纽大坝基础周围的水文地质情况，适当加大加固处理深度。同时，对于大坝基础存在地质缺陷的区域，固结灌浆处理可以从20～30m范围内扩大到30～40m，并且设置15～20m的沉降缝，结合坝肩、近岸山体和水垫塘的施工情况，帷幕防渗设计河床坝基的透水率应小于1Lu。另外，采用固结灌浆处理方法时，应按照水利枢纽大坝基础施工设计要求，有效控制混凝土配合比，尽量采用硅酸盐水泥，减少混凝土的水化热，混凝土灌浆压力可以控制在0.4MPa。

4、基础排水设计

结合该水利枢纽大坝的具体情况，选择合适的基础排水设计，利用封闭式帷幕抽水方法，降低坝基周围的扬压力，并且可以有效提高大坝基础的承载力和稳定性。在分析和计算该水利枢纽大坝的渗流场分布情况后，如果采用封闭式抽排方法对大坝基础进行排水处理，可以降低泄洪坝段、水垫塘坝段的扬压力达到0.35。如果应用常规的帷幕形式，对两岸坝肩、山体和近岸地段进行排水，堤段扬压力为0.22，两岸坝肩扬压力为0.35。同时，为了保障该水利枢纽大坝基础的排水效果，可设计主排水孔、封闭性排水孔、辅助性排水孔等，如图1所示，在水垫塘和主帷幕后方区域设置主排水孔和封闭性排水孔，在封闭抽排范围内设计辅助性排水孔，排水孔间距应控制在5m，直径约90～110mm，主排水孔和封闭性排水孔采用倾斜形式，保持80度左右的倾斜角，垂直向上设置辅助性排水孔，并且主排水孔还具有降低大坝基础主帷幕压力的效果，主帷幕孔深应控制为主排水孔深的1.5倍。在确定主排水孔深度以后，结合该水利枢纽大坝基础的扬压力条件，封闭性排水孔深度可以设置为10m，辅助性排水孔深度可以设置在15m，通过开展渗透流变试验，水利枢纽大坝基础最佳的渗透比应处于2.3～4.6之间。

结束语：

水利枢纽大坝基础处理是一项专业、复杂的系统工程，应综合考虑基础强度、防渗要求等，结合大坝工程的实际情况，采用科学合理的基础处理设计方案，推动水利工程的快速发展。

参考文献：

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