混凝土重力坝地基稳定性分析.doc

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1、 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文 原创优秀论文 题 目：混凝土重力坝地基稳定性分析 学习中心： 山东德州奥鹏 层 次： 专科起点本科 专 业： 水利水电工程 年 级：学 号：学 生： 指导教师： 张 静 完成日期： 2011 年09月15日 内容摘要我国已建和在建的混凝土坝的数量已居世界首位，坝基稳定是坝体安全最主要的保障。如何在工程实践中提高坝基的稳定性是目前混凝土重力坝研究的课题之一。本文结合工程实例，本着工程实践和应用的目的，就混凝土重力坝地基稳定性问题及技术处理措施进行工作研究。笔者重点从坝基开挖、固结灌浆、软弱岩层处理及防渗排水措施等方面着手，详细论述了坝基稳定性影响因素与应

2、对措施，对混凝土重力坝坝基稳定性做了较为系统的分析。关键词：抗滑稳定分析；坝基开挖；固结灌浆；软弱岩层处理；防渗排水措施目 录内容摘要I引 言11 重力坝地基稳定性概述21.1 重力坝地基基础理论21.1.1 重力坝地基存在问题21.1.2 重力坝地基的处理21.2 重力坝地基稳定性调查内容21.3 重力坝地基稳定性处理措施31.4 重力坝地基稳定性处理综合评价32 坝基开挖42.1 建基岩体的利用和开挖要求42.2 坝基开挖形状42.3 坝基表面地质缺陷处理52.4 坝基开挖程序52.5 坝基爆破设计与施工52.5.1 爆破实验52.5.2 爆破施工的一般规定62.5.3 爆破施工方法63

3、坝基固结灌浆83.1 固结灌浆的目的和要求83.2 固结灌浆设计83.3 无盖重固结灌浆104 坝基软弱岩层处理114.1 坝基软弱岩层处理的必要性114.2 软弱岩层处理措施114.3 断层破碎带和软弱夹层处理方法115 防渗排水工程措施135.1 重力坝地基渗流问题及其危害135.2 控制渗流的原则135.3 防渗措施135.4 排水措施146 重力坝地基稳定性案例分析156.1 重力坝地基稳定性案例内容156.2 问题产生原因156.2.1 坝址处工程地质情况156.2.2 工程地质分析186.3 问题解决措施18结论与展望21参考文献22引 言1949年解放后到目前的六十年，是我国水电

4、事业蓬勃发展的六十年，截止目前我国的混凝土坝建设数量和规模跃居世界首位。受我国能源短缺、旱涝灾害频发、日本福岛核电站安全事故的影响，紧跟西电东送、南水北调等国家能源战略形势，水电事业又被提高到国家优先发展的行列。目前，我国在西部地区较大江流的上游又陆续开工建设了一批大中型水电站，大约一半的坝型为混凝土重力坝。和其他工程一样，安全问题是大坝建设控制的核心问题。由于勘探和地基处理欠妥，法国的Malpasset大坝初次蓄水时即完全溃坝1。 根据统计，目前世界上每年的夸坝率在0.2%左右2。对于混凝土坝来讲，坝基稳定是坝体安全的最主要的保证。为了适应复杂的地基处理，总结我国以往的建坝施工经验，本文结合

5、实际案例，从实践的角度分析混凝土重力坝地基稳定性并对具体工程处理措施进行总结论述。1 重力坝地基稳定性概述1.1 重力坝地基基础理论1.1.1 重力坝地基存在问题目前世界上坝工设计中混凝土坝是主流，而混凝土重力坝是主流中的主流。我国从解放初期到上世纪八十年代中期以前的三十多年，所建成的30米以上的113座混凝土坝中，重力坝站到总数的51%。地基稳定是混凝土重力坝工程成败的关键。因不同地域、不同地质条件下的天然地基都存在不同程度和形式的缺陷，地基处理的难度和费用越来越高。有的工程因地基处理不当发生地基渗漏、坝体滑移、不均匀沉降甚至坝体倾覆等各种工程事故。因此，科学的分析重力坝地基的稳定性，采取高

6、效、实用、经济的工程手段进行地基处理，是保证混凝土重力坝工程安全的关键，也是降低工程造价和成本的有效措施。1.1.2 重力坝地基的处理地基指的是直接承受构造物荷载影响的地层，基础下面承受建筑物全部荷载的土体或岩体称为地基。地基不属于建筑的组成部分，但它对保证建筑物的坚固耐久具有非常重要的作用，是地球的一部分。重力坝地基一般有岩石地基、砂砾石地基和软土地基等，其中岩石地基因地质较好、地基的稳定性比其他地基要好、处理费用相对较低等原因，应用较广。天然地基一般存在很多缺陷，经过处理后才能作为建筑物的地基使用，地基处理时要结合上部建筑物的结构形式，有时调整上部结构形式以适应其下的地基条件。地基处理的目

7、的：达到强度要求，能承受重力坝的压力；达到抗渗要求，控制渗流损失和渗透稳定；达到耐久性要求，在工程寿命期内地基安全稳定；整体性和均匀性好，满足抗滑稳定和减低不均匀沉降。 1.2 重力坝地基稳定性调查内容地基稳定性是指地基在承受建筑荷载条件下的沉降变形、深层滑动等对工程建设安全稳定的影响程度。区域环境地质调查中对地基稳定性的调查内容主要有：地基主要持力层和特殊性岩土体的分布、岩性、厚度、埋藏条件、工程地质特性；现有建筑物基础类型和地基稳定性情况；现有基坑类型、规模和坑壁、坑底稳定状况；不良地基岩土体在工程作用下和基坑坑壁、坑底的变形对工程建设的危害和对周围环境影响的调查；采取的工程防治措施及其效

8、果调查。混凝土重力坝工程一般建设在河道和山谷里，库区建设前要移民安置，附近很少有相邻建筑物。混凝土重力坝底面积较大，一般建在较好的岩基上，坝基经过常规处理甚或不处理其抗压强度都能达到设计要求，坝基容易出现的问题是滑移失稳。所以重力坝地基稳定性调查的主要内容是持力层和特殊岩体的分布、岩性、厚度与埋藏条件、工程地质特性，即地基内有无软弱夹层或缓倾角断面、基底岩体面与混凝土的摩擦系数、岩基的渗透性。这些因素直接影响到坝体的滑移稳定性。为增加混凝土重力坝地基抗滑稳定性，目前常采用的工程措施有以下几种：（1） 迎水面做成小斜面，利用水体自重提高垂直压力，增加抗滑摩擦力；（2） 将建基面开挖成向上游倾斜的

9、坡面；（3） 在坝踵下设置齿墙；（4） 设置排水系统减小扬压力；（5） 加固地基，这是最常用、有效的工程措施；（6） 适当移动坝轴线，避开不利的地质缺陷段；1.3 重力坝地基稳定性处理措施对混凝土重力坝岩石地基中的节理裂隙采用浅孔低压灌注水泥浆的方法对坝基进行加固处理（即坝基的固结灌浆），可以提高岩石地基的整体性和抗压抗剪强度，降低坝基的渗透性。坝基的防渗处理措施一般有帷幕灌浆、混凝土防渗墙、水平铺盖等措施，目前应用最多的是帷幕灌浆，帷幕灌浆一般在坝踵附近预留的灌浆洞中进行深层高压水泥浆灌注，在一定深度内形成一道水泥浆填缝密实的防渗帷幕。当地基采用水泥灌浆效果差时采用化学灌浆，化学灌浆效果要比

10、水泥灌浆好，但是费用高。岩石地基中一般存在断层破碎带和软弱夹层等缺陷，容易导致坝体局部承载力低而产生应力集中、滑动或不均匀沉降。用换填混凝土或灌浆密实的方法处理。1.4 重力坝地基稳定性处理综合评价重力坝岩石地基经过固结灌浆、断层破碎带及软弱夹层加固、帷幕灌浆、排水等措施综合处理后，可以有效提高坝基承载力及弹性模量，减少渗流损失，降低坝底扬压力，避免发生滑动失稳或倾覆事故的发生，使地基达到设计标准，满足寿命期内的地基稳定性要求。2 坝基开挖2.1 建基岩体的利用和开挖要求混凝土重力坝对地基的要求和其他建筑物一样，要求建基面具有足够承受上部建筑物荷载的强度，同时还要具有一定的整体刚度，保证地基压

11、载后有相对稳定的变形，沉降均匀、微量。坝体对地基的要求与其他建筑物不同之处在于对抗渗性的要求，混凝土坝的目的是阻水或蓄水，所以选择坝基还要具有抗渗性。坝基开挖包括开挖定位、开挖深度、开挖方式以及开挖安全。开挖定位和开挖深度也就是坝址的选择，要结合现场情况和地质勘探结果，应选择地质相对较好、有岩基可利用且开挖方量少的地方作为坝址。对于岩石坝基，根据规范要求4，坝高超过100m的高坝，坝基应坐落于新鲜、微风化或弱风化层下部的岩基上；50m100m的混凝土坝体，应建于微风化至弱风化中部岩基上；坝高小于50m时，坝体可建在弱风化中部至上部岩基上；对于地形较高部位的两岸坝段，岩基的要求标准可比河床部位适

12、当降低。坝基开挖方式与开挖安全属于施工范畴，施工单位要根据工期要求、成本目标、现场地质条件以及工程所在地的法律法规要求确认开挖方式，并保证施工安全。坝基开挖的主要注意事项：（1） 一定要遵循先放线后开挖的原则，防止超挖或欠挖。（2） 坝基开挖要保证边坡安全，有防止滑坡、坠石或塌方的安全措施。（3） 两岸坝段建基面一般开挖成斜面台阶型，台阶高差和位置与混凝土分分缝位置应协调一致。（4） 坝基开挖应分层进行，接近建基面时采用机械或人工方式，防止超挖或扰动基底。（5） 建基面开挖轮廓应平整，高差控制在设计和规范要求范围内。（6） 在浇筑混凝土前，对建基面表层缺陷进行处理并清理干净。2.2 坝基开挖形

13、状重力坝的基坑轮廓形状主要根据设计和覆盖层地质条件确定，包括平面投影形状、横断面（垂直于坝轴线）形状和纵断面（平行于坝轴线）形状。一般岩石坝基，为了保证开挖安全并减少开挖量，坝轴线开挖形状一般为直线型，横断面为梯形。有的为了利用两岸山脊或避开两岸地质缺陷，两端或一端的坝肩轴线会设计成向上游或下游偏移的折线型。混凝土重力坝的纵断面通常开挖成斜面阶梯状，台阶面一般水平或向上游倾斜，以提高坝体的抗滑稳定性，台阶斜坡在地质条件允许的情况下尽量放缓，有利于施工安全和坝体的横向抗滑稳定。2.3 坝基表面地质缺陷处理坝基开挖，按设计要求达到建基高程后，建基面和浅部岩体仍会出现某些地质缺陷，必须予以处理。先期

14、勘探可能堪测不到的建基面地质缺陷一般有断层破碎带、裂隙密集带、浅层溶洞等，处理方法应根据地质缺陷在坝基中的位置、形状、对强度和防渗性能的影响程度来确定。表层缺陷埋深浅，规模小，处理相对方便，一般采取明挖换填混凝土的方式进行处理，处理简便经济。2.4 坝基开挖程序混凝土重力坝通常建在岩基上，为了保证将坝体建在较完整的微风化或更好的建基面上，重力坝基坑的开挖一般较深。坝基开挖程序要遵循“先放线后开挖、自上而下、分层开挖、多次校核的原则”。一般先开挖两岸，根据设计从两岸开始向河道方向逐级下挖，直至挖到坝基高程最低处。坝基开挖工艺程序为：开挖设计放线分层开挖分层校核建基面清理验收采用爆破施工时，要预留

15、保护层，采用微爆或机械施工的方式开挖到建基面，在浇筑混凝土前要清理建基面表层。岩基开挖边坡的坡度一般为1：0.51：1，建基面台阶坡度一般小于1：1.1，当开挖深度超过15米时，需设置不小于2m的马道平台。2.5 坝基爆破设计与施工因岩石比较坚硬，机械施工效率低、工期长，爆破施工是重力坝岩石地基开挖的首选方法。坝基爆破要根据当地法律法规、安全情况、地质条件、工期、设计要求来进行施工。2.5.1 爆破实验爆破实验十分重要，爆破施工前一定要进行爆破实验，科学合理的确认爆破参数。首先要确保爆破施工满足安全要求，并同时满足工程进度、质量、费用要求。爆破实验要根据当地爆破材料的资源情况、工程岩石坚硬程度

16、、以往类似工程的施工经验、工期要求和爆破成本来确定。爆破参数包括孔径、孔深、孔距、排距、底盘抵抗线、堵塞长度、单位炸药消耗量等。当工程量较大、现场地质条件复杂时，要针对不同的岩层种类进行多种实验，确认各种岩体的爆破施工参数。施工过程中，也可根据爆破结果进行调整。爆药消耗量和施工成本密切相关，根据工程经验，露天深孔爆破的单位消耗量一般在0.10.35Kg/m3之间，露天浅孔爆破单位炸药消耗量在0.20.6Kg/m3之间5。爆破工艺程序：爆破设计爆破实验炮孔布置与施工装药爆前清场起爆安全检查清渣验收。2.5.2 爆破施工的一般规定爆破施工始终坚持安全第一的原则。爆破施工属于具有一定规模、危险性大的

17、施工工艺，爆破施工一定要取得当地公安部门的批准，并编制专项施工方案，专项方案经过有关专家评审通过后再进行施工。爆破施工的一般规定有：（1） 爆破材料的采购、存储、使用要符合有关规定，保证安全。（2） 布孔施工要按着规定的参数实施，孔深、孔径、角度和方向要符合设计要求，布孔完毕要检查校核是否和设计相符并进行修正。（3） 爆孔装药要根据每孔设计的装药量、品种、雷管段别，核对无误后进行装药；禁止用石头、金属等坚硬物堵塞，以防远抛伤人。（4） 爆破前要进行安全清场，确认爆破区安全后再实施爆破。（5） 起爆后必须对爆破现场进行安全检查，检查出的盲炮处理完毕、经爆破负责人许可后方可允许进场清理，撤销警戒。

18、（6） 爆破施工的警戒安全距离一般不小于300m。（7） 爆破施工要注意公害防护，应采取措施防止或降低飞石、震动、噪音与粉尘等对周围环境的不利影响，保证周围设施和人员的绝对安全。2.5.3 爆破施工方法岩石爆破基本方法一般包括裸露爆破法、炮眼爆破法、药壶爆破法及洞室爆破法等方法。因为炮眼爆破施工简单，易于控制，成孔速度快，属于最常用的是爆破法。炮眼爆破法根据炮孔的深度大小又分为浅孔爆破和深孔爆破。对开挖起爆存在时差的爆破称为梯段爆破。当坝基开挖深度较大时一般采用深孔梯段爆破，对于开挖深度不大的基岩可采取浅孔爆破。为了达到一定的质量目标，按着炮孔起爆时间顺序和作用方式，炮眼爆破又分为齐发爆破、微

19、差爆破、小抵抗线宽孔距爆破、微差挤压爆破、欲裂爆破、光面爆破等各种方法。坝基开挖一般采用微差顺序爆破法和小抵抗线宽孔距爆破，这两种方法施工相对安全，施工速度快，开挖成型好。对于开挖边界的爆破，一般采用光面爆破或欲裂爆破。这两种爆破方法装药量少，对钻孔精度要求高。钻孔间距与角度方向一定要满足规范精度要求，药包尽量置于炮孔中部位。3 坝基固结灌浆3.1 固结灌浆的目的和要求固结灌浆就是采用灌浆设备将水泥浆低压灌入岩石裂隙，对浅部岩石基础进行加固处理的方法。固结灌浆的目的是提高基础岩体的整体性和抗剪、抗压强度；提高坝基密实性，减少渗流量，从而降低坝底扬压力，固结灌浆是提高坝基稳定性的重要措施。固结灌

20、浆一般在混凝土坝体浇筑前进行，其中帷幕上游坝体以外区域的灌浆应在基础部位浇筑完后进行，有利于提高固结灌浆效果。固结灌浆时要控制好灌浆压力，防止压力过大扰动坝体基岩或破坏盖重，中国人在越南承建的某混凝土坝，在坝基固结灌浆过程中，就因为灌浆压力过大，超过设计规定，造成混凝土盖重开裂，并掀动了底部自然岩基。灌浆压力在无混凝土盖重时一般控制在0.20.4MPa，有盖重时为0.40.7MPa，具体情况要根据混凝土盖重和设计确定。3.2 固结灌浆设计固结灌浆设计的内容主要是参照地质勘探和灌浆实验数据，确定固结灌浆的范围、深度、布孔方式及灌浆施工技术参数。固结灌浆的范围要根据现场的地质情况和坝基的受力状况确

21、定。当基岩整体性和密实性较好时，灌浆可只在坝基局部和上游和下游应力较大的部位进行；当岩基软弱、裂隙较多、可灌性强时，应对整个坝基范围全部做固结灌浆处理，并适当向坝基上下游范围延伸。特别是在断层破碎带、软弱夹层和防渗帷幕的上游，根据开挖揭示的地质缺陷与坐标位置，进行局部加强固结灌浆。固结灌浆钻孔深度应根据工程地质条件和混凝土坝的设计计算结果确定。固结灌浆不同于帷幕灌浆，固结灌浆的主要目的是增强坝基的力学指标，提高抗滑和抗剪性能，属于浅层灌浆。灌浆深度一般控制在58m，局部加强部位可适当加深。在防渗帷幕的上游，固结灌浆沿帷幕灌浆线进行加深处理，能够起到辅助防渗帷幕的作用。灌浆孔平面布置，一般为梅花

22、形或方格形（如右图3-1）。灌浆孔钻孔方向尽可能垂直于裂隙面，但为了保证灌浆安全和施工方便，倾角也不能太大。灌浆孔的间距尽量相等，一般控制在34m。图3-1 固结灌浆孔布置图固结灌浆施工的其他设计参数还包括灌浆材料的选择、浆液配比、灌浆压力等。灌浆材料一般为水泥，也有少量用化学浆液的。固结灌浆最常用的是纯水泥浆液，纯水泥浆液施工工艺简单，技术成熟。灌浆压力P是保证灌浆质量的主要指标，压力大小可根据公式（3.1）计算：P=P0+MD+krgh (3.1)公式中 P0-岩基表层允许压力，Pa,可通过表3-15查询；D-灌浆段以上岩层厚度，m；M-灌浆段以上每增加1m所能增加的灌浆压力，Pa/m，可

23、查表3-1；h-灌浆孔位的混凝土盖重厚度；m；r-混凝土压中的容重，Kg/m3；g-重力常数，一般取值9.8；k-调整系数，可选13。表3-1 P0与M参数表岩石分类岩石性质M（105Pa/m）P0（105Pa）常用压力（105Pa）具有陡倾角斜裂隙，透水性低的坚固结晶岩、岩浆岩。253540100风化的中等坚固的块状结晶岩变质岩或大块体弱裂隙的沉积岩12231540坚固的半岩性岩石、砂、岩粘土页岩，凝灰岩，强或中等裂隙的成层的岩浆岩0.511.52515坚固性差的半岩性岩石，软质石灰岩，胶结弱的砂岩及泥灰岩，裂隙发育的较坚固岩石0.250.50.51.52.55松软的未胶结的泥沙、土壤、砾石

24、、石、砂质粘土0.150.2500.52.5灌浆施工完成的控制指标有两个，一个是残余吸浆量，一个是闭浆时间。当水泥浆液灌入率小于或等于0.4L/min 且延续时间超过30min，该灌孔的施工即可结束。3.3 无盖重固结灌浆有盖重固结灌浆，是指在坝基上浇筑一定厚度的混凝土（盖重混凝土）后进行灌浆施工，盖重混凝土厚度一般3m左右，盖重混凝土标号相对坝体可提高一个等级，以增加灌浆效果，提高坝体和基底的粘结强度。无盖重固结灌浆是在建基面验收合格、在坝基上浇筑30cm厚左右的混凝土找平层（目的是封堵岩基裂隙，防止灌浆液从裂隙中冒漏）后直接进行固结灌浆。无盖重固结灌浆技术是这些年水利灌浆方法中新出现的一种

25、新工艺，这种新方法主要用来解决大坝混凝土浇筑与固结灌浆相互干扰的问题。因为不用增加混凝土盖重就可以开始固结灌浆施工，所以灌浆速度快。坝体混凝土在固结灌浆完毕后可以顺序施工，避免了相互间的干扰与中断，都能保证施工的连续性，有利组织流水施工，加快主坝基础部位的混凝土施工速度，适当缩短施工周期。无盖重固结灌浆施工与有盖重灌浆相比，其主要优点有：（1） 灌浆面选择性大，提前分阶段灌浆可有效避免固结灌浆与坝体混凝土浇筑之间的相互干扰，保证坝体混凝土浇筑的连续性；（2） 可有效避免固结灌浆对已浇坝体混凝土内预埋设施的破坏；（3） 缩短坝体混凝土浇筑周期，对防止混凝土温度裂缝有利。无盖重灌浆的缺点：（1）

26、与有盖重灌浆相比，灌浆压力小，灌浆效果差；（2） 因为是新工艺，经验少，技术不如有盖重灌浆成熟，缺乏规范依据；（3） 建基面与坝体之间的粘结力不如有盖重灌浆大，不利于坝体抗滑稳定；（4） 与有盖重灌浆比，灌浆程序相对复杂。存在裂隙发育、断层或夹层较多的灰岩地区，不宜采用无盖重灌浆。4 坝基软弱岩层处理4.1 坝基软弱岩层处理的必要性软弱岩体(层)是指其强度、刚度、密实性均不能满足坝基稳定和变形要求的基岩，需要进行处理后才能进行坝体施工。坝基质量事故主要表现为三种情况：一是坝体沿着坝基软弱岩层或建基面产生滑移造成坝体失稳；二是因坝基不均匀沉降造成上部坝体开裂或设备损坏；三是库区水沿着坝基软弱岩层

27、或裂隙渗漏或管涌，造成坝基扬压力增加。可见软弱岩层的危害之大，必须进行处理。通过对坝基软弱岩层的处理，主要目的是提高坝基的抗压、抗滑、抗渗性，提高坝基的整体性，改善坝基的受力性能，使坝基保持稳定。4.2 软弱岩层处理措施软弱岩层的处理措施要根据其所处的部位、大小、走向等具体情况而定。浅埋的软弱岩层相对好处理，一般采用直接挖除方式处理。较深的软弱岩层，因其处于较深处无法观察，其大小、特征、具体分布和走向、对坝体的危害程度等不好直接判断，处理起来要复杂困难的多。一般要结合工程具体情况，必要时采取补勘或局部剥离的方法，认真详细的分析软弱岩层的特征和数据，采取针对性的处理措施，保证处理效果和坝基的稳定

28、性。对于局部面积不大的软弱岩层，采取混凝土换填方式加固；当软弱岩层面广量大时，直接挖除或换填混凝土方式不经济，一般采取灌浆加固处理的方法，有利于提高坝基的整体性，也相对经济方便。4.3 断层破碎带和软弱夹层处理方法断层破碎带和软弱夹层是软弱岩层的常见表现形式，工程实践中经常碰到。（1）断层破碎带处理措施对于倾角较大或与建基面接近垂直的软弱破碎带，处理简便，常用混凝土塞、混凝土梁进行加固处理（如图4-1）。混凝土塞（拱）是将软弱破碎带开挖至一定深度后再回填混凝土，提高该处坝基的地耐力和抗渗性。混凝土塞的高度一般为软弱带宽度的12倍且不小于1m。塞孔两侧开挖成1：11：0.5的斜坡，使混凝土塞将重

29、力坝的压力传递到两侧较好的基岩上。如果破碎带延伸到了坝基边界线以外，混凝土塞也适当向外延伸。1-断层； 2-混凝土图4-1平行于坝轴线的陡倾角断层破碎带处理图缓倾角的破碎带处理比较麻烦，因为缓倾角破碎带同时存在防渗、滑动、强度等问题，是一种对坝基稳定很不利的地质缺陷。若埋深浅，全部挖除，调整坝基高程；如埋深大，对断层适当下挖后做混凝土塞。（2）软弱夹层处理措施对于表层的软弱夹层，采用明挖后浇筑混凝土塞加固；对于深层的软弱夹层，采取洞挖方式回填混凝土。为了防止坝体沿软弱夹层滑动，设计会采取一些预防措施：在下游坝趾处设置齿坎；采用钢筋混凝土抗滑桩；采用预应力锚索。软弱岩层和断层破碎带经过处理后，要

30、在平面图上表明坐标位置和走向，在固结灌浆时对该部位进行重点灌注施工，以增强岩体的整体性和抗渗性。5 防渗排水工程措施5.1 重力坝地基渗流问题及其危害坝基都存在透水性，且岩体中存在断层、节理、裂隙等透水结构面，岩基面与坝体之间的接触面也可能存在空隙，蓄水后在上下游水位差的作用下水会经过坝基渗透，在坝基内形成渗流场。渗流一旦形成，会产生扬压力，对坝体稳定不利；随着水库水位的提升，地下水位抬高，坝基渗透压力增大，基岩力学性能降低，不利于坝基和边坡稳定；渗透坡降变陡还会使软弱岩层、裂隙密集带部位的岩体产生渗透破坏，进而影响坝基与坝肩岩体的稳定；大的渗漏还会产生水资源浪费，影响水库正常蓄水。5.2 控

31、制渗流的原则渗流的控制原则为：(1) 防渗措施的目的和标准根据地质条件和工程要求确定；(2) 充分掌握地质资料，参考类似工程经验，拟定帷幕和排水方案，确定帷幕结构、施工工艺。(3) 排水措施要简单可靠，方便施工维护，以自流排水为主，有可靠的抽排水措施。(4) 采取动态设计方案，施工中根据实际情况完善，调整孔排距、孔深和施工工艺。5.3 防渗措施坝基防渗分为水平防渗和垂直防渗两种方式。水平防渗常采用铺盖式，依靠铺设在坝体上游基础上与坝体防渗系统连成整体的不透水层或弱透水铺盖，延长渗径，减少渗透量。水平铺盖材料一般为混凝土、粘土、土工织物等。水平铺盖防渗效果不确定因素多，大型工程中较少使用或作为辅

32、助措施采用。垂直防渗措施采用较多，效果较好，也较为经济。垂直防渗措施包括水泥灌浆帷幕、高压喷射帷幕、混凝土防渗墙、混凝土截渗墙（槽）等。（1）水泥灌浆帷幕利用压力经钻孔注浆管，向地基内部灌入以水泥为主要原材料的各种浆液并控制液体扩散到预期的范围内，浆液凝结后与地基形成有一定强度的封闭防渗通道，达到防渗降压的目的。（2）混凝土防渗墙该措施主要用于覆盖层、岩体溶蚀或破碎严重等透水性较强的岩基防渗。在坝基下开挖连续的槽孔并深入岩基一定深度，然后浇筑防渗混凝土墙体材料，形成一道防渗墙，达到防渗堵漏的目的。在重力坝设计中一般在两岸坝肩或与其他挡水建筑物连接的部位。（3）高压喷射帷幕高压喷射帷幕是在透水沙

33、砾层内利用带有特殊喷嘴的注浆管，借助高压喷射冲切透水层，水泥浆液在射流作用下，在注浆管周围扩散、填充，形成防水帷幕。5.4 排水措施排水和防渗是坝基相辅相成的对应措施，排水可以显著降低坝基扬压力。水平排水措施是利用铺设在岩基面上的排水管或开挖的排水沟组成的水平排水系统进行排水，但是水平排水设施在施工和运行过程中容易堵塞，也不方便维护和检修。垂直排水措施是通过排水廊道、排水洞内的竖向排水孔，形成排水幕，将岩体内渗水排除，释放渗透压力。垂直排水措施易于施工和维护，效果好于水平排水，混凝土重力坝通常采用垂直排水措施。6 重力坝地基稳定性案例分析6.1 重力坝地基稳定性案例内容项目背景：巴基斯坦达拉瓦

34、特大坝项目地基处理项目简介：DARAWAT大坝位于巴基斯坦信德省，为混凝土实体重力坝，最大坝高43m，坝顶高程119.5m，坝长306m，溢流坝段108m，河道自然海拔高程87m，蓄水高度111m。工程处于平原和丘陵地貌过渡带，坝址下游为广袤的印度河平原，地势平坦，坝址区附近山梁顶海拔高程200m左右，向北逐渐抬升，条状山梁之间地势平坦，季节性河流在条状山梁之间穿行。6.2 问题产生原因6.2.1 坝址处工程地质情况1） 地形地貌 坝址处为不对称的“V”型河谷。左岸岸坡地形略缓，坡度大约 15；右岸略陡，坡度约25。河道在坝址区为向西南略突出的弧形弯段，河道宽约50m,河床面较平整，两岸岸坡均

35、为岩石岸坡，河床为冲积的含卵砾石砂层覆盖。坝址处地貌特征见图6-16-1 坝址处地貌特征图2） 基岩特性： 坝址区的基岩为始新世晚期Laki组，主要为白垩质灰岩、瘤状灰岩夹少量泥质灰岩、砂岩、页岩等组成。根据岩性分层及相互组合特征，坝址区范围内的基岩分为6层。第一层为薄层钙质灰岩；第二层为瘤状灰岩夹白垩质灰岩；第三层为白垩质灰岩；第四层为灰岩夹白垩质灰岩、泥质灰岩，局部灰岩与泥质灰岩互层；第五层为瘤状灰岩夹白垩质灰岩；第六层为泥质灰岩与灰岩、白垩质灰岩互层。坝基岩石中分布有一些软弱夹层，局部软弱夹层有层间错动的迹象，软弱夹层特征分布及性质见表6-1表6-1 软弱夹层特征表序号编号名称厚度（cm

36、）性质1T1炭质页岩、粉砂岩250薄片状、灰黑色炭质页岩，钻孔ZK5(厚2cm)、ZK10(厚12cm)揭露；ZK2、ZK3、ZK4孔中为浅灰色粉砂岩， 厚度分别为50cm、30cm、50cm。2T2炭质页岩10灰黑色，薄片状。在ZK5中揭露，厚度10cm。3T3油页岩40灰黑色，薄极薄层状，岩性软弱，见层理，倾角在5度左右，与ZK5中揭露（厚度40cm）。4T4泥质灰岩夹炭质页岩20灰黑色，泥质灰岩呈薄片状，炭质页岩呈片状，页岩总厚度23cm，片状厚23mm。于ZK14孔中揭露（厚度20cm）。5T5炭质页岩5灰黑色，片状，见擦痕，倾角约5。6T6炭质页岩2灰黑色，片状。3） 地质构造坝址区

37、岩层走向为N20WNS向，倾向SW或W，倾角为1030。岩层走向与坝轴线斜交，向库区内及右岸倾斜。通过地质测绘及钻孔揭露，坝址区发育的断层有5条。4） 岩石的物理力学性质结合岩性分布进行分类统计，参照同类工程的经验及有关规范，岩石强度参数及软弱夹层的参数值见表6-2、6-3表6-2 坝址区结构面强度参数值建议表项目抗剪断强度抗剪强度结构面fCfc(MPa)(MPa)软弱夹层断层0.450.100.400表6-3 岩体物理力学参数表层号岩石性质风化程度密度比重吸水率抗压强度变形模量抗剪参数抗剪断参数允许承载力岩体/岩体岩体/砂浆PRwE0fcFCfCg/cm3MpaGpaMpaMpaMpaMpa

38、灰岩夹白垩质灰岩强风化2.232.106.84101211.5弱风化2.362.263.232025（810）1.52.50.600.70.50.70.523（0.50.8）白垩质灰岩夹灰岩强风化1.871.7512.322.550.5弱风化1.911.76116100.50.80.4500.50.30.50.30.81灰岩夹白垩质灰岩、泥质灰岩、局部灰岩与泥质灰岩呈互层状强风化2.031.999.0210150.71弱风化2.312.175.351820（810）1.52.00.500.70.50.70.51.52灰岩夹白垩质灰岩弱风化2.362.263.232530（810）2.53.00

39、.6500.80.70.90.72.53（0.50.8）灰岩与泥质灰岩互层弱风化2.232.16.8415200.51.00.500.6040.60.41.526.2.2 工程地质分析（1） 坝基稳定问题坝趾区无全风化带，强风化带分布于两岸基岩岸坡浅部，左岸风化强于右岸，左岸风化层厚221m，右岸厚418m，河床覆盖层下即为弱风化岩体。坝基岩体属软岩中硬岩，强度较低，灰岩局部有溶蚀现象，对于坝基浅层抗滑稳定和不均匀沉降不利，特别是右岸不均匀变形问题尤为突出。河床段坝基岩石中有软弱夹层分布，岩层倾角较缓，坝基可能存在深层抗滑稳定问题，须采取一定的抗滑稳定措施。（2） 坝基防渗根据勘探压水实验，除

40、局部岩石裂隙发育、岩石破碎带透水性较大外，大部分基岩透水率10Lu。110Lu下限界线埋深：左岸520m，右岸810m，河床0m。按1Lu作为防渗下限，从基岩面起算，左岸防渗深度为520m，右岸为810m，防渗处理深度须进入防渗下限一定深度。（3） 边坡稳定性坝址左岸开挖边坡稳定性差，存在顺层滑动问题，在开挖过程中应及时采取支护措施。左坝肩上游岩石以白垩质灰岩为主，岩性软弱，水库蓄水后随着水位上升，白垩质灰岩遇水浸泡软化，易产生顺层滑动，对坝体稳定不利，应引起注意，必要时宜采取支护措施。6.3 问题解决措施根据坝址区的工程地质条件和重力坝对地基的要求，对重力坝采取以下措施进行处理，主要措施包括

41、：固结灌浆、帷幕灌浆、排水、岸坡喷锚支护措施等。1） 固结灌浆该地区为典型的海相灰岩地区，勘探及开挖断面发现有几条明显的裂隙及断层，局部有较小的溶洞，故此采用有盖重固结灌浆方式，提高灌浆效果。盖重为2m厚C25混凝土。坝基范围内布置固结灌浆孔，钻孔深度5m，间排距均为3m，固结灌浆量约6650m。因为该坝岩基局部整体性及密实性较好，抗渗性能强，只有在裂隙附近时灌浆量较大，一般孔位的灌浆量很小，很快达到设计灌浆要求。固结灌浆的目的主要是加强断层及其影响带，提高岩基的整体性和抗滑能力，并辅助帷幕灌浆，提高坝基的抗渗性。2） 帷幕灌浆为降低两岸和坝基的渗透压力，在大坝底部设置2排防渗帷幕，上游主帷幕

42、深度按0.75倍的水头进行控制，河床部位帷幕灌浆最大深度为30m，孔距为2m；下游侧副帷幕最大深度为17m，孔距为2m；左右岸坝头坝段帷幕灌浆从坝顶实施，帷幕下游布置一排排水孔，入岩深度为10m，孔距为3m，帷幕灌浆量6605m。灌浆布置及廊道如下图。图6-2帷幕灌浆及灌浆廊道图上游围堰防渗墙面积1352m2，下游围堰防渗墙面积569m2，防渗墙厚度0.8m。冲砂孔接触灌浆量约30m2。3） 排水措施排水系统包括坝体排水和坝基排水，其中坝基排水孔布置在基础灌浆廊道之帷幕灌浆的下游侧，坝体和坝基的排水通过基础灌浆廊道引至设于排水廊道内的集水井内，通过排水泵排到下游河道。排水措施布置图见图6-2。

43、4） 断层及软弱夹层处理坝址区裂隙即断层不发育，断层处理采用混凝土塞法，并加强断层及影响带的固结灌浆。5） 坝基开挖及边坡稳定处理措施在坝基开挖过程中，强风化岩石开挖坡度为1：0.75，弱风化岩为1：0.5，坡高每15m设置平台，平台宽度不小于2m。部分岩体破碎带或节理发育等需要保护部位采用挂网喷锚支护。本工程地处灰岩地区，坝高43m，属中小型坝，坝基坐落于弱风化层。表层覆盖为强风化岩石，密度在1.92.3g/cm3之间，表层很软，建基面弱风化层的岩石密度也只有2.4g/cm3左右，且开挖方量不大。本工程坝基全部采用机械方式开挖，利用挖掘机液压式破碎锤进行破碎，使用岩石斗挖掘机进行表面修坡、除

44、渣。破碎锤开挖出平面以后，表层比较软的强风化岩层采用配带松土器的履带式推土机分层犁挖，每层犁深200mm左右，犁松后用推土机推刀集料，挖掘机装车除渣。深层较硬的岩层推土机效率下降，改用破碎锤破碎开挖。该坝基开挖总量约13万m3,6个月时间开挖完毕。图6-3坝基机械开挖施工图该工程全部采用机械开挖，结束了岩基开挖必须爆破的历史。采用机械方式开挖的优点是：安全性高；开挖基本没有震动，有利于边坡稳定；建基面开挖平整、规矩，可一次成型，有利于保护建基面；施工工艺比爆破施工简单，易于控制；扬尘少，有利于环保。机械开挖的缺点是施工强度低，工期长；不适用于大型岩基或坚硬岩石的开挖。结论与展望混凝土重力坝地基稳定性是对坝体安全影响最大的因素，特别是现场地质勘探无法揭露的深层隐患和软弱夹层等地质缺陷，是无法用理论的方式解决的。作为当今混凝土坝建设规模和数量世界第一的国家，我国在混凝土坝施工领域中掌握了一整套行之有效的地基处理方法和施工工艺：坝基开挖、软弱夹层处理、固结灌浆、防渗帷幕灌浆、排水措施等。通过以上措施的综合利用，特别是具有我国特色的高压水泥灌浆技术，在对坝基采取全断面、深孔密布固结灌浆和帷幕灌浆处理后，即保证了坝基的