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。

第四部分：结语

重力坝、拱坝、土石坝的地基处理侧重点是不同的。重力坝地基处理主要是

为了提高坝的抗滑稳定及降低扬压力；拱坝地基处理主要是为了提高坝肩的稳定性；土石坝地基处理主要是为了控制坝体渗流、沉降。它们的共同点是是防止渗漏，以保证大坝的正常运营。

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重力坝、拱坝、土石坝的地基处理

姓名：梁亚杰

学号：2010474106

班级：水利水电本科班10级

学院：水利土木工程学院