第九节 重力坝的地基处理
重力坝地基处理的任务主要是防渗和加固，即提高基岩不透水性、强度和整体性。处理措施包括：开挖与清理、灌浆、坝基排水和软弱破碎带的处理等。
一、坝基的开挖与清理
为了将坝体坐落于稳定坚固的地基上，首先须将坝基表层风化破碎岩层挖除。开挖深度，根据SL 319—2005要求。当坝高超过100m时，需建在新鲜、微风化至弱风化下部基岩上；坝高50～100m时，可建在微风化至弱风化中部基岩上；坝高小于50m时，可建在弱风化中部至上部基岩上。两岸地形较高部位的坝段，可适当放宽。设计采用的抗滑计算参数应与地基开挖后利用基岩的标准一致。
靠近坝基面的缓倾角软弱夹层应尽量挖除，基岩轮廓应尽量平顺，避免突坎产生应力集中。顺水流方向高差不宜过大，应尽量略倾向上游，高差过大或倾向下游时，宜挖成台阶状。岸坡较陡时，应开挖成顺水向有足够宽度的小台阶，或用锚系钢筋、横缝灌浆等保证坝的侧向稳定性。开挖至距设计基岩面0.5～1m时应采用手风钻钻孔、小药量爆破，以免造成新裂隙。遇到易风化的页岩、黏土岩时，应留0.2～0.3m的护层，待混凝土浇筑前再挖除。混凝土浇筑前，需进行彻底清理和清洗，包括清除松动的岩块，打掉突出的尖角，填塞钻孔、竖井等。
二、坝基固结灌浆
坝基固结灌浆是用灌浆机械将水泥浆液灌入基岩裂隙，使之胶结起来以改善坝基力学性能。固结灌浆的目的，是提高基岩的整体性、抗压、抗剪强度和弹性模量，减少坝基渗漏。灌浆范围可以是应力较大的坝踵、坝趾附近，也可以是整个坝基或分别再向上下游延伸一定区域。钻孔一般作梅花或方格状布置，先钻灌周边各孔，再向中间按2～3个次序逐渐加密，孔距和排距从10～20m开始，加密至最终为3～4m。孔深一般为5～8m，局部有缺陷区域或地基应力较大的高坝坝基，必要时可适当加深，防渗帷幕上游孔深一般为8～15m。灌浆压力一般是底部大、顶部小，中间孔比边孔大，以不掀动岩石为限，一般为0.2～0.4MPa。浆液从水灰比为8的稀浆开始，依照水灰比为5、3、1.5、0.8、0.6、0.5的等级逐渐加浓。当灌浆孔段单位时间吸浆量不大于0.4L/min时，再延续30～60min则可结束灌浆。灌浆完毕尚须钻孔检查其灌浆效果。
三、防渗帷幕灌浆
帷幕灌浆是对坝踵处基岩自基面向深层钻孔灌浆，封闭岩石裂隙以形成防渗屏障，其目的是降低坝底扬压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，以保证坝基渗透稳定，减少坝基渗透量。帷幕灌浆的深度，应根据坝的作用水头、坝基透水性和降低渗透压力的要求来确定。当相对不透水层埋深不大时，帷幕应深入相对不透水层内3～5m，做成接地式帷幕；如相对不透水层埋藏较深或分布无规律时，帷幕深度可根据设计中采用的剩余扬压力系数α所要求的渗径长度来确定，通常采用0.3～0.7倍的坝前水头。帷幕灌浆向两岸延伸的长度，当相对不透水层距地面不远时，帷幕应与相对不透水层衔接；相对不透水层埋深大时，帷幕应伸到原地下水位与水库最高水位的交点B处，见图2-58，B点以上设排水降低库岸地下水位，以防塌岸。
帷幕灌浆的防渗标准和坝基相对透水性，用透水率q来确定。《规范》（SL 319—2005）中，根据不同坝高采用下列控制标准：当坝高H＞100m时，q为1～3Lu（吕荣）；当H＝50～100m时，q为3～5Lu；当H＜50m时，q为5Lu。q是指单位时间内，通过单位长度试验孔段，在单位压力作用下，所压入试验孔段的水量，即q＝Q/PL，Q为流量（L/min），P为压力（MPa），L为基岩或帷幕区内压水试验段长度（m），q的单位为（Lu）。
防渗帷幕区内透水率满足上述要求时，最小帷幕厚度Lmin可按下式确定：
图2-58 帷幕深入两岸的范围
1—灌浆廊道；2—山坡钻进；3—坝顶钻进；4—平洞内钻进；5—排水孔；6—最高库水位；7—原河水位；
8—相对不透水层；9—原地下水位线；
10—蓄水后地下水位线
而钻孔灌浆的帷幕实际厚度L与钻孔的孔距和排距有关，可用下式计算：
式中的c为灌浆孔孔距，c′为排距，一般c＝1.5～3m，c′略小于c。
表2-18 防渗帷幕的容许渗透坡降
实际采用帷幕厚度应不小于最小帷幕厚度，即L≥Lmin。
由于最大渗透坡降发生在帷幕灌浆的顶部，向深处逐渐减小，所以帷幕厚度也可向下减薄。一般当设n排孔时，只需一排孔钻灌至设计深度，其余各排的孔深可取设计深度的1/2～2/3，见图2-59。帷幕灌浆必须待坝体升至一定高度作盖重后进行，较陡的岸坡段也可在山体里打平洞进行。灌浆压力可按不大于该灌浆层以上的岩石和盖重之和估算，也可按坝的作用水头估算，一般帷幕表层不宜小于1～1.5倍水头，底部不宜小于2～3倍水头，且以不掀动岩体为原则。
四、坝基排水
为进一步降低坝底扬压力和排除渗水，需在帷幕下游设置坝基排水系统，做法是先在帷幕灌浆廊道下游侧钻设一排主排水孔称主排水孔幕，对尾水较高采取抽排降压措施的高坝，还须再设2～3排辅助排水孔；中坝设1～2排辅助排水孔。辅助排水孔在坝基纵向排水廊道内钻设，排水廊道之间有时还加设半圆排水扣管，纵向排水廊道、管由设在坝段内上游倾斜，二者成10°～15°交角，主排水孔孔距2～3m，孔径15～25cm，孔深为帷幕深的0.4～0.6倍，高、中坝不宜小于10m。辅助排水孔孔距一般为3～5m，孔深6～12m。主、辅排水孔内填塞冲洗干净的卵、碎石。排水孔幕在坝内的部分需预埋钢管。和横缝间的横向排水沟或廊道连通，将渗水汇入集水井，由水泵抽排至坝外，见图2-60。主排水孔幕在坝基面处与帷幕下游面的距离不宜小于2m，一般略向下游倾斜，帷幕略向
图2-59 防渗帷幕和排水孔幕布置
1—坝基灌浆排水廊道；2—灌浆孔；3—灌浆帷幕；
4—排水孔幕；5—φ100排水钢管；6—φ100三通；
7—φ75预埋钢管；8—坝体
图2-60 坝基排水系统
1—灌浆排水廊道；2—灌浆帷幕；3—主排水孔幕；
4—纵向排水廊道；5—半圆混凝土管；6—辅助排水孔幕；7—灌浆孔
五、断层破碎带和软弱夹层的处理
对断层破碎带和软弱夹层的处理方法，通常是做混凝土塞或拱加固，具体措施应根据破碎带与坝体相对位置和倾角陡缓确定，有以下几种情况：
图2-61 平行于坝轴线的陡倾角断层破碎带
1—断层；2—混凝土
（1）走向大致平行于坝轴线的陡倾角断层破碎带，见图2-61，其对坝体渗透影响不大，主要需改善其力学性能以防引起坝体位移。当破碎带宽度较大时，选择坝址时应尽量避开；当带宽较小，小于2～3m时，需将带宽内填充物挖除一定深度回填混凝土，做成混凝土塞或拱。混凝土塞高度一般为破碎带宽的1～1.5倍，塞两侧挖成1：1～1：0.5的斜坡，以使坝体压力通过塞或拱传至两岸完整岩石上。
（2）顺河流方向的陡倾角断层破碎带，见图2-62（a），除需沿破碎带设置混凝土塞外，还应在破碎带和防渗帷幕相交处，做接近铅直的混凝土塞，下端与帷幕连接以防其漏水。
（3）缓倾角断层破碎带，见图2-62（b）。这种破碎带对强度、抗滑和防渗均不利。当埋藏较浅时应尽量挖除；当埋藏较深时，除加深表层混凝土塞外还应作深层处理，一般是沿破碎带开挖若干个斜井，在斜井与破碎带相交的不同高程中开挖平洞，井洞内回填密实的混凝土，形成一组框格形的刚性支承骨架，以起到防渗、抗滑和防止沉降过大的作用。
图2-62 顺河向陡、缓倾角断层破碎带的处理
1—断层破碎带；2—地表混凝土塞；3—阻水斜塞；4—加固斜塞；5—平洞回填；6—伸缩缝
图2-63 软弱夹层的处理（高程：m）
（4）坝基内的软弱夹层，若埋藏较浅应尽量挖除；埋藏较深时，应根据其走向、厚度、位置等情况确定处理措施。可在坝踵或坝趾处设混凝土齿墙或钢筋混凝土抗滑桩，见图2-63（a）、（b），切断软弱夹层至完整基岩上，倾角缓时也可打斜洞伸入软弱夹层做混凝土塞；对片状岩层也可用预应力锚索钻串成整体，提高岩体抗力，见图2-63（c）。