水库大坝坝基的处理设计要点研究

摘要：文章针对水库大坝坝基处理设计，结合水库工程实例，对坝基清基、防渗以及防渗结构设计的要点进行分析，得出主、副坝清基深度、防渗深度、渗流计算方法与结果、各坝段对应防渗结构等结论，并提出一种全新的水平铺盖与垂直防渗相结合的坝基防渗形式，旨在为类似水库工程提供可靠的参考。

关键词：水库大坝；坝基处理设计；清基设计；防渗设计；防渗结构设计 文献标识码：A

中图分类号：TV698 文章编号：1009-2374（2016）23-0116-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.23.056

对于水库工程建设而言，坝基处理设计是十分重要的环节，牵扯到工程的整体质量，在实际工作中必须予以足够的重视。由于坝基地层、地质、水文等存在明显的差异，设计前期应做好勘察工作，掌握详细的资料，以此为日后的设计工作提供可靠依据；设计中应充分利用勘察资料，根据地质条件等因素制定针对性设计方案，明确清基深度与防渗结构等，并在实践中不断对设计方案进行优化，从而达到最大化提升工程质量的目的。现结合某水库工程实例，围绕大坝坝基处理，对设计要点进行深入探讨，具体内容如下：

1 工程概况

本次研究将某水库工程作为研究对象，该工程主要包含主坝、副坝、引水闸、引水渠、放水闸、分水闸、防水渠与各类腐蚀设施。水库坝体选择土工膜斜墙防渗碾压土石坝，坝顶宽度为6.0m，坝体长约7.7km，上游坝坡相对较大，为1∶2.5，下游为1∶2；坝体的防渗措施选用复合膜结构，采用斜铺的方式，复合膜厚度为0.75mm，无纺布规格为200g/m2；坝体护坡结构为现浇混凝土板，厚度为15～22m。坝基防渗为本次研究的重点问题之一，工程根据实际情况，采用三种防渗措施，分别为PE塑模防渗、塑性混凝土墙以及水泥搅拌桩。

2 坝基清基设计

2.1 主坝清基设计

清基为坝基处理的首要环节，清基深度的确定是设计的重点内容，设计质量与水平会对后续施工造成直接的影响。水库主坝第三系坝段泥岩出露，表层为沙岩和泥岩，风化强烈，存在较大孔隙率，与水接触后容易软化，若将其当作坝基，则很难进行压实处理，而且还容易产生软弱面，所以设计决定对泥岩进行完全的清除，开挖厚度为1～2m。水库主坝第四系坝段表面为沉积物，下层存在泥岩与砂岩。该沉积物主要是冲洪积亚砂土夹亚黏土，其干容重相对较低，孔隙比最大可以达到1.67，属于典型的高压缩性土体，且含盐量偏高。但此处坝段的地下水位却偏高，为清基工作带来了很大的不便。对此，设计决定清除地层以下3m所有土体，剩余部分作为坝基进行清基作业。

2.2 副坝清基设计

西侧副坝由第三系台地组成，而表层主要为第四系砾石，厚度分布不均，大致为0.5～2.0m。此外，部分坝段的泥岩出露较为明显，因此清基设计深度为1～2m，被砾石覆盖的地层清基1m。东侧副坝位于第三系平台之上，表层与西侧副坝完全相同，但厚度相对较小，仅有0.4m左右，其下方全部为泥岩，故清基设计深度为0.4m，将清基后出露的第三系平台作为副坝坝基。

3 坝基防渗设计

3.1 深度设计

通过对地质报告的分析可知，强风化岩层在全坝段的实际分布厚度大致为4～8m，采取垂直防渗的方式对强风化岩层进行阻断，其防渗深度确定为6m，若存在泥岩，且其厚度在2m以上，埋深不超过6m的情况下，可将此层作为防渗体基面。为确保坝基渗透的稳定性，防止渗漏的产生，设计决定将水平铺盖和垂直防渗连接成一体，根据对应的实际情况，对铺盖的长度进行控制，随机选取三个坝段，其水平铺盖长度如表1所示。

3.2 渗流计算

设计方案提出的渗流计算形式为：将垂直防渗换算成水平铺盖，其中包含水平铺盖，按照铺盖与坝体防渗的实际情况进行计算。计算的具体过程为：通过对垂直防渗的换算得出水平铺盖的实际长度，在完全等效的条件下，使用联合防渗方法对渗流进行计算，相应计算结果如表1所示。

4 坝基防渗结构设计

4.1 设计方案

4.1.1 0+000～0+800坝段的防渗深度相对较小，以砂层防渗为主，防渗形式为塑膜；0+800～2+436坝段的防渗深度较大，为主要的防渗区域，设计选用的防渗形式为灌注防渗墙。

4.1.2 2+436～2+850坝段的防渗深度大约为10～11.5m，以深入首层泥岩为准，防渗形式为灌注防渗墙。防渗墙在砂层当中较易成槽，泥岩层的厚度不大，施工相对便利，而且还可以和西侧副坝的防渗结构连接成一体。

4.1.3 2+850～5+050坝段的防渗深度波动较大，大致为3.5～11.5m，平均深度为7.0m，由于开槽难度较小，故采用垂直防渗。对于含有泥岩的部分坝段，为保证防渗效果，需运用特定的手段进行开槽，以此提升垂直防渗结构的性能。

4.1.4 5+050～6+025坝段的防渗深度较大，最深处可达15.5m，且不存在泥岩，很难使用垂直防渗，若使用铺膜防渗，则难以控制质量。为此此坝段需采用关注防渗墙，实践表明，由于存在大面积砂岩，所以成墙质量有所保证。

4.1.5 6+025～7+100坝段防渗深度大多为6.0m，仅有少数坝段超过10m。此处坝段的防渗层当中几乎不存在泥岩，且地质条件良好，可运用垂直防渗。

4.2 方案优化

主要针对垂直防渗，且深度在6m左右，建议采用水平铺盖与垂直防渗相结合的方法。其中，垂直防渗方法为：在坝基表层开槽，铺设一定厚度的PE膜，完成后进行回填。PE膜的厚度约为0.5mm，在下游铺设，为提升槽面的平整度，避免损坏PE膜，需要在槽的外壁上预先摊铺无纺布，再铺设PE膜；水平铺盖方法为：对于第三系坝段，需整平地面，清理地面上的杂物和垃圾；对于第四系坝段，需对各种植物根系与覆盖物进行清理，清理后实施整平。地面检验合格后铺设一定厚度的复合膜，复合膜即为PE膜与无纺布的结合体，其连接和坝体的防渗体连接完全一致，并与垂直防渗等形成一个完整、密封的整体，铺设与连接完成后在其上方回填砂土以起到保护作用，但要注意回填的深度不宜过大，否则会对复合膜造成破坏，一般控制在1.5m即可。

5 结语

总而言之，水库大坝的坝基处理设计是一项复杂的系统工程，不仅涉及到相关的专业知识和技术，还要对地质、水文等实际条件实施充分的考虑和分析，工作中存在很大的难度，如果设计中考虑得不够全面，将造成坝体变形、渗漏等问题，对水库安全造成威胁。因此在设计过程中，明确各环节的设计要点，根据不同坝段的实际情况，采用最佳的防渗结构，确定合理的清基深度，从而在切实保证大坝安全与防渗性能的基础上，为施工提供便利。

参考文献

[1] 张瑞洁.韩信沟水库大坝坝基处理设计方案比选[J].山西水利科技，2013，（2）.

[2] 魏光辉，何玉春，王勇.希尼尔水库大坝坝基处理设计[J].水电站设计，2014，（1）.

[3] 李蜀.云龙水库大坝右岸坝基F_2断裂带处理设计[J].人民长江，2005，（9）.

[4] 付体江，滕树生.灌浆防渗堵漏技术在梅玄水库除险加固工程中的应用[J].贵州水力发电，2009，23（2）.

作者简介：吕晓辉，陕西千阳人，供职于西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院，研究方向：农田水利工程。

（责任编辑：小 燕）