王 超，劉 翔

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 引 言

拱壩的荷載主要是通過拱的作用傳到壩端兩岸，拱壩對(duì)基礎(chǔ)的要求較其它壩型高，因此建基面選擇成為壩工設(shè)計(jì)和巖體工程中一項(xiàng)重大課題。隨著壩工技術(shù)的進(jìn)步和巖石力學(xué)的發(fā)展，國內(nèi)外壩工界對(duì)拱壩壩基巖體的利用標(biāo)準(zhǔn)和開挖深度的認(rèn)識(shí)已有明顯的變化?？傮w趨勢(shì)是拱壩基礎(chǔ)巖體不必全部利用微新巖體，盡量減少壩基開挖量，優(yōu)先考慮以處理措施代替深開挖。拱壩規(guī)范[1]規(guī)定“壩基的開挖深度，應(yīng)根據(jù)巖體的類別和質(zhì)量分級(jí)、基巖的物理力學(xué)性質(zhì)、拱壩對(duì)基礎(chǔ)的承載要求、基礎(chǔ)處理的效果、上下游邊坡的穩(wěn)定性、工期和費(fèi)用等，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較研究確定?！币搀w現(xiàn)了這一趨勢(shì)。拱壩建基巖體利用的發(fā)展趨勢(shì)并不代表拱壩放寬對(duì)基礎(chǔ)巖體的要求，而是拱壩建基面選擇已經(jīng)從過去的主要側(cè)重于建基巖體質(zhì)量好壞，發(fā)展到將拱壩-基礎(chǔ)作為聯(lián)合抵抗荷載作用整體：拱壩建基面的選定要保證壩肩巖體有足夠的整體穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性；建基面附近的巖體要有足夠的強(qiáng)度和剛度；拱壩開挖深淺要與基礎(chǔ)處理措施相匹配。

一般來講，拱壩壩基嵌深越大，基巖完整性越好，其承載力越高，對(duì)壩體的應(yīng)力和變形有利。但高拱壩一般建在深山峽谷地區(qū)，壩基嵌深過大會(huì)帶來其他的技術(shù)問題：如壩基上、下游高邊坡的穩(wěn)定問題、由于高地應(yīng)力引起的巖體卸荷松弛問題、因壩軸線加長引起的水荷載增大問題等。因此拱壩合理嵌入深度的選擇，直接關(guān)系到高拱壩的安全與經(jīng)濟(jì)性。

二灘[2]拱壩壩基巖體利用研究表明：弱風(fēng)化下段巖體可直接利用，中段巖體經(jīng)適當(dāng)處理可以利用，上段巖體經(jīng)加固處理可局部利用。溪洛渡[3]拱壩通過合理建基面的研究與確定，提出了“以巖級(jí)為基礎(chǔ)，安全為準(zhǔn)則，合理利用弱風(fēng)化巖體作為建基巖體，兼顧拱端推力分高程區(qū)段確定其利用程度”的建基面確定和處理原則。拱壩建基巖體中部高程及其以下以微新巖體為主，上部高程部分利用弱風(fēng)化下段巖體。

大崗山電站擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程1 135.00m，建基面高程925.00m，最大壩高210.00m，承受的水推力約650萬t，要求基礎(chǔ)具有較高的承載能力。工程場(chǎng)地概率地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果，100年超越概率2%時(shí)基巖水平向峰值加速度為557.5cm/s2。地質(zhì)勘探試驗(yàn)表明[4]：弱風(fēng)化下段無卸荷的Ⅲ1類巖體變形模量值在8～11GPa之間，弱風(fēng)化下段弱卸荷的Ⅲ2類巖體變形模量值在6～9GPa之間。弱風(fēng)化下段巖體能否利用和如何利用，不僅關(guān)系到拱壩安全，而且對(duì)大壩開挖和混凝土工程量以及工程投資等影響顯著，有必要對(duì)建基面的選擇和基礎(chǔ)處理措施進(jìn)行深入研究。

1 建基面選擇研究

1.1 建基面選擇方法與原則

大崗山拱壩建基面選擇按照技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理原則進(jìn)行。具體以巖級(jí)為基礎(chǔ)，安全為準(zhǔn)則，拱梁分載法、剛體極限平衡法等常規(guī)分析技術(shù)與線彈性、非線性有限元仿真分析手段相結(jié)合，綜合評(píng)價(jià)各建基面設(shè)計(jì)方案的可行性，并最終提出推薦的建基面方案。

(1)全面查清壩址區(qū)主要工程地質(zhì)條件，正確劃分巖體分類、分級(jí)及評(píng)價(jià)壩基巖體質(zhì)量，研究確定各級(jí)巖體的物理力學(xué)特征與參數(shù)取值。

(2)按照拱壩對(duì)基礎(chǔ)的基本要求，擬定幾個(gè)可能建基面，并開展相應(yīng)的拱壩體型及配套的基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)。

(3)通過大壩及基礎(chǔ)應(yīng)力和位移、壩肩抗滑穩(wěn)定、大壩抗震動(dòng)力響應(yīng)、基礎(chǔ)處理措施、工程投資等方面的研究分析，評(píng)價(jià)各建基面方案的可行性。

(4)綜合分析與比選，提出推薦建基面。

(5)基于最終確定的拱壩建基面，根據(jù)拱壩對(duì)基礎(chǔ)的要求，深化基礎(chǔ)處理方案設(shè)計(jì)，提出合理可行的基礎(chǔ)處理措施。

參照國內(nèi)外拱壩選擇建基面的原則，以及二灘和溪洛渡的工程經(jīng)驗(yàn)，大崗山拱壩建基面擬定的原則為：拱端中下部高程利用弱風(fēng)化下限～新鮮巖體，上部高程局部利用弱風(fēng)化下限巖體。以此進(jìn)行拱壩建基面的布置和調(diào)整，進(jìn)行相應(yīng)拱壩體形設(shè)計(jì)和相應(yīng)分析比選工作。

1.2 壩址地質(zhì)條件

壩址區(qū)河谷狹窄，為“V”形峽谷，兩岸山體雄厚，谷坡陡峻，岸坡坡度一般40°～65°。壩址區(qū)基巖以澄江期灰白色、微紅色中粒黑云二長花崗巖(γ24-1)為主，輝綠巖脈分布較多，出露寬度一般為0.5～10m，寬度大于2m或較破碎的輝綠巖脈共計(jì)226條，主要以陡傾角為主。壩址區(qū)巖體風(fēng)化和卸荷與巖性、構(gòu)造關(guān)系密切，水平、垂直分帶性明顯，強(qiáng)風(fēng)化深度10～20m，弱風(fēng)化上段深度14～80m，弱風(fēng)化下段深度40～90m，強(qiáng)卸荷深度8～40m，弱卸荷深度20～60m。壩址區(qū)無區(qū)域性斷裂切割，構(gòu)造型式以沿巖脈發(fā)育的斷層、擠壓破碎帶和節(jié)理裂隙為特征。斷層多沿輝綠巖脈發(fā)育，寬度多在0.1～3.0m之間，由碎粉巖、角礫巖等組成。壩址區(qū)節(jié)理裂隙主要有6組：第①組：近SN/E∠60°～80°；第②組：N10°～30°W/SW∠65°～75°；第③組：N15°～30°E/NW∠60°～70°；第④組：近EW/N(或S)∠70°～85°；第⑤組N0°～35°E/SE∠35°～50°；第⑥組：緩傾角裂隙，上下游、左右岸產(chǎn)狀變化較大，左岸主要為N60°～90°W/SW∠5°～18°、近SN/E∠17°～26°，右岸主要為N0°～40°E/SE∠6°～25°、N45°～76°W/SW∠2°～5°。

壩基巖體透水性主要受巖脈發(fā)育及其破碎狀況、節(jié)理裂隙發(fā)育程度以及風(fēng)化卸荷等因素影響。兩岸壩基巖體透水性以中等透水-弱透水(左岸q=11～34Lu，右岸q=5～26Lu)為主，巖體的透水性主要受輝綠巖脈控制。河床部位巖體以弱透水為主，基巖面以下5～15m為q=10～100Lu的中等透水巖體；15～30m為q=9～17Lu中等偏弱透水性巖體。

1.3 建基面選擇過程

1.3.1 建基面方案初擬

在充分分析壩址區(qū)地質(zhì)條件后，分別從拱壩體形的對(duì)稱性、基礎(chǔ)處理措施設(shè)置、巖體利用等方面考慮，重點(diǎn)擬定4種不同建基面方案。4種建基面方案下游拱端水平嵌深見表1，拱端嵌深見圖1；4種建基面方案拱壩基礎(chǔ)處理措施見表2，基礎(chǔ)處理典型剖面見圖2。

表1 4種方案拱壩下游拱端嵌深 m

表2 4種方案拱壩基礎(chǔ)處理措施

圖1 4種建基面方案拱端嵌深

圖2 基礎(chǔ)處理典型剖面(Ex-2方案)

Ex-2方案：建基面除低高程外，大部分利用弱風(fēng)化下段巖體，高高程置于弱風(fēng)化上段巖體。

Ex-4方案：是將Ex-2方案的建基面稍內(nèi)移，中低高程建基面利用微新巖體，中高高程利用弱風(fēng)化下段巖體。

Ex-5方案：左、右岸925.00～935.00m高程間利用弱卸荷下限巖體～微新巖體，935.00m高程以上拱座置于墊座上。該方案是考慮大崗山高地震的特點(diǎn)，從改善拱壩體形的對(duì)稱性出發(fā)，左右岸拱端處設(shè)置墊座，使其滿足拱壩建基要求的淺嵌方案。

Ex-6方案：左、右岸拱端均利用弱卸荷下限巖體～微新巖體，其平均嵌深最大，該方案為原拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范要求，將建基面布置在微新巖體上的拱端深嵌方案。

1.3.2 建基面方案分析論證

1.3.2.1 拱壩應(yīng)力與位移分析

拱梁分載法成果表明：

(1)各建基面方案的位移、應(yīng)力分布規(guī)律合理，分布狀態(tài)和最大主拉、壓應(yīng)力出現(xiàn)的部位基本相同，位移和應(yīng)力量值除Ex-6方案外基本相當(dāng)。

(2)最大主壓應(yīng)力均小于7.00MPa，最大主拉應(yīng)力均小于1.20MPa，滿足應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。

(3)壩體徑向位移方案Ex-6最大，為9.22cm；基礎(chǔ)徑向位移方案Ex-2最大，為2.11cm，基礎(chǔ)切向位移方案Ex-4最大，為1.84cm。

線彈性有限元法成果表明：

(1)各方案應(yīng)力和位移分布規(guī)律與拱梁分載法計(jì)算結(jié)果基本一致。

(2)各方案上下游壩面主應(yīng)力的分布規(guī)律相同，上游面拉應(yīng)力分布僅出現(xiàn)在壩踵附近，受應(yīng)力集中的影響，拉應(yīng)力最大值在1.38～1.95MPa之間，下游面受拉部位出現(xiàn)在中部，量值均小于0.58MPa，周邊受壓。上游面高壓應(yīng)力區(qū)位于左右岸1 050～1 090m高程拱冠梁附近，最大值在-3.98～-4.78MPa之間，下游面高壓應(yīng)力區(qū)位于兩岸中下部高程的建基面附近，量值在-7.24～-8.55MPa之間。

(3)各方案橫河向的變形沿拱壩中心線呈反對(duì)稱分布，極值發(fā)生在中心線和壩肩之間。Ex-2、Ex-4、Ex-5和Ex-6方案最大橫河向位移分別為-1.44cm和1.20cm、-1.37cm和1.23cm、-1.36cm和1.21cm、-1.70cm和1.14cm，左右岸最大值之差Ex-4方案最小。

(4)各方案上、下游壩面順河向位移的分布規(guī)律一致，均由拱冠梁頂部分別向兩岸和壩體中下部逐漸減小直至建基面，最大值均發(fā)生在拱冠梁頂部。Ex-2、Ex-4、Ex-5和Ex-6方案順河向位移的最大值分別為-6.12cm、-5.94cm、-6.92cm、-8.10cm；Ex-4方案順河向最大位移最小。

(5)從各方案壩體及上、下游建基面上的應(yīng)力和位移分布規(guī)律及量值情況看，Ex-4方案最好，Ex-2方案次之，Ex-5方案再次，前三個(gè)方案均優(yōu)于Ex-6方案。

1.3.2.2 基于剛體極限平衡法的壩肩抗滑穩(wěn)定分析

采用剛體極限平衡法進(jìn)行壩肩靜力抗滑穩(wěn)定分析后可知左岸壩肩穩(wěn)定安全系數(shù)整體上大于右岸，各方案的穩(wěn)定性受控于右岸。同時(shí)，相同塊體組合靜力穩(wěn)定計(jì)算成果表明：對(duì)于各方案下左岸安全系數(shù)最小的塊體，安全系數(shù)最大的是Ex-6方案，最小的是Ex-5方案；對(duì)于各方案下右岸安全系數(shù)最小的塊體，安全系數(shù)最大的是Ex-4方案，最小的是Ex-5方案且小于控制標(biāo)準(zhǔn)。由于各方案穩(wěn)定性主要受右岸控制，因此壩肩穩(wěn)定性方面Ex-4方案較優(yōu)。

動(dòng)力壩肩抗滑穩(wěn)定分析中相同塊體組合計(jì)算成果表明：各方案壩肩動(dòng)力穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足動(dòng)力穩(wěn)定安全系數(shù)控制要求；Ex-2、Ex-4、Ex-5及Ex-6方案塊體最小安全系數(shù)分別為1.49、1.50、1.31和1.42。從各個(gè)方案壩肩動(dòng)力穩(wěn)定安全系數(shù)來看，Ex-4的動(dòng)力穩(wěn)定安全系數(shù)優(yōu)于其他方案。

1.3.2.3 抗震動(dòng)力分析

拱梁分載法成果表明：

(1)各方案靜動(dòng)綜合的壩體上、下游面最大主拉應(yīng)力分別在6.08～6.93MPa、7.35～7.88MPa之間，較高水平的主拉應(yīng)力集中在上游面上部高程拱冠和下游面中部高程等區(qū)域，Ex-4方案最大應(yīng)力相對(duì)較小；壩體上、下游面最大主壓應(yīng)力分別在13.60～14.90MPa、11.31～11.70MPa之間，Ex-4方案相對(duì)較小。

(2)各方案拱壩上、下游壩面主拉應(yīng)力大于3.30MPa的面積占?jí)蚊婵偯娣e的百分比隨拱壩下游拱端嵌深的增加有不斷增加的趨勢(shì)，以Ex-6方案最差，Ex-2和Ex-4方案無明顯差別。

(3)各方案拱壩上、下游建基面上主拉應(yīng)力沿高程的分布規(guī)律基本一致，最大應(yīng)力以Ex-6方案最大，其余方案無明顯差別。

線彈性有限元法成果表明：

(1)各方案上游面拱應(yīng)力最大值均出現(xiàn)在頂拱拱冠附近，量值在7.74～8.72MPa之間；各方案下游面拱應(yīng)力最大值出現(xiàn)部位也基本一致，量值在6.16～7.75MPa之間。

(2)各方案上、下游壩面梁應(yīng)力最大值出現(xiàn)部位及量值大致相同，上游面量值在6.90～7.87 MPa之間，下游面量值在5.03～5.55MPa之間。

(3)綜合分析各方案上下游壩面的拱、梁應(yīng)力看，各方案互有優(yōu)劣，Ex-5方案相對(duì)較優(yōu)，但差別不大。

非線性有限元法成果表明：

(1)4個(gè)方案拱壩的橫縫張開度在10mm左右。Ex-5方案的橫縫張開最大值相對(duì)最小，其值為8.43mm，Ex-6方案的橫縫最大張開度最大，其值為11.66mm，Ex-2、Ex-4和Ex-5方案橫縫張開度最大值沿頂拱分布規(guī)律基本接近。

(2)壩體最大動(dòng)態(tài)拉應(yīng)力為梁向拉應(yīng)力控制，Ex-5方案最大動(dòng)態(tài)拉應(yīng)力的控制值小于其他三個(gè)建基面方案，最大值為4.95MPa，出現(xiàn)在下游面梁向；Ex-6方案最大動(dòng)拉應(yīng)力最大，最大值為6.65MPa。Ex-2和Ex-4方案最大動(dòng)拉應(yīng)力較為接近，介于Ex-5和Ex-6方案之間。

(3)壩體最大壓應(yīng)力為上游面拱向壓應(yīng)力控制，Ex-5方案的最大壓應(yīng)力的控制值比其他三個(gè)方案小，為-12.23MPa，其他三個(gè)方案較為接近。

(4)Ex-5從橫縫張開度及其對(duì)稱性和壩體動(dòng)態(tài)應(yīng)力方面來說都較其他三個(gè)方案好，Ex-2和Ex-4方案互有優(yōu)劣，Ex-6分縫壩壩體動(dòng)力響應(yīng)最劇烈。

1.3.2.4 基礎(chǔ)處理比較

建基面分析方案擬定后，初步確定各建基面方案的基礎(chǔ)處理措施。各方案基礎(chǔ)處理的主要對(duì)象為建基面可利用的弱風(fēng)化下段Ⅲ2類巖體和建基面上的斷層和巖脈。在進(jìn)行拱壩建基面方案比較中，均無法完全避開斷層和巖脈的影響，其地基基礎(chǔ)加固處理方式主要包括：固結(jié)灌漿、置換混凝土、混凝土墊座、混凝土置換網(wǎng)格等加固處理等。其中，方案Ex-2、Ex-4、Ex-6基礎(chǔ)處理方式基本相同，僅在處理范圍和工程量上稍有差異；方案Ex-5為淺嵌方案，基礎(chǔ)處理方式與上述方案不同之處是在左、右岸930.00m高程以上設(shè)置墊座。

1.3.2.5 工程投資比較

從大壩直接投資比較看，Ex-6方案最大，Ex-5次之，Ex-2和Ex-4方案相當(dāng)。

1.3.3 建基面確定

對(duì)拱壩建基面初步擬定的各方案，從拱端嵌深、拱壩體形設(shè)計(jì)、應(yīng)力及穩(wěn)定狀態(tài)、拱壩抗震動(dòng)力分析、基礎(chǔ)處理措施、工程投資等方面綜合比較考慮，建基面方案Ex-4較為合理、可行，較其它方案優(yōu)。大崗山拱壩建基面方案選定為Ex-4方案，并經(jīng)過局部的細(xì)化和調(diào)整，提出最終的拱壩建基面可利用巖體：

(1)950.00m高程以下河床部分利用Ⅱ類無卸荷微新巖體。

(2)950.00～1 050.00m高程間兩岸利用Ⅲ1類無卸荷弱風(fēng)化下段巖體和Ⅱ類微新巖體，對(duì)部分Ⅲ2類弱卸荷弱風(fēng)化下段巖體可采取加固處理措施后利用。

(3)1 050.00m高程以上兩岸利用Ⅲ2類弱卸荷弱風(fēng)化下段巖體，對(duì)Ⅳ類弱卸荷弱風(fēng)化上段巖體采取專門加固措施處理。

最終確定的拱壩建基面拱端平均嵌深：左岸54.10m，右岸39.30m。建基面上Ⅱ級(jí)(變模19.25GPa)、Ⅲ1級(jí)巖體(變模8.50GPa)共占87.0%；Ⅲ2級(jí)巖體(變模6.25GPa)占10.5%；Ⅳ級(jí)巖體(變模4.25GPa)占1.5%；Ⅴ級(jí)巖體(巖脈變模0.31GPa)占1.0%。壩基綜合變形模量設(shè)計(jì)值：左岸11.10GPa；右岸9.80GPa；河床16.00GPa(置換混凝土)。

2 基礎(chǔ)處理措施研究

2.1 建基巖體地質(zhì)缺陷

拱壩建基面選擇必須與基礎(chǔ)處理措施相配套。經(jīng)過建基面選擇研究后，提出了合理的拱壩置基深度，需要進(jìn)一步分析拱壩基礎(chǔ)存在的地質(zhì)缺陷及其對(duì)拱壩的影響，提出針對(duì)性的處理措施。

通過建基面選擇研究，大崗山拱壩基礎(chǔ)處理主要解決壩基巖體變形及滲流問題，不存在通過基礎(chǔ)處理解決壩肩穩(wěn)定的問題。基礎(chǔ)主要的地質(zhì)缺陷及對(duì)拱壩的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)Ⅲ2類花崗巖體變模較低，對(duì)拱壩應(yīng)力和基礎(chǔ)變形存在較大的影響；

(2)Ⅳ類巖體軟弱，不能作為拱壩基礎(chǔ)利用，需挖除以消除對(duì)拱壩影響；

(3)在壩基和抗力體范圍內(nèi)對(duì)拱壩有影響的巖脈共36條，巖脈為Ⅲ2～Ⅴ類。輝綠巖脈受力后產(chǎn)生的變形將影響拱壩及基礎(chǔ)的應(yīng)力，導(dǎo)致壩體變形不對(duì)稱，降低壩體安全度。巖脈貫穿壩基并向上下游延伸一定范圍后形成的滲流通道，容易造成繞壩滲流問題，制約拱壩的滲控設(shè)計(jì)。拱壩基礎(chǔ)地質(zhì)平面見圖3。

圖3 拱壩基礎(chǔ)地質(zhì)平面

針對(duì)建基巖體的主要地質(zhì)缺陷，基礎(chǔ)加固處理總體原則是：拱壩基礎(chǔ)處理方案和拱壩建基面的確定以及拱壩體形優(yōu)化三者相互協(xié)調(diào)，綜合考慮。具體如下：

(1)基礎(chǔ)置換混凝土不宜太大，以不出現(xiàn)自身的結(jié)構(gòu)問題為控制；

(2)結(jié)合基礎(chǔ)置換處理，盡量使拱壩建基面和體形對(duì)稱，加強(qiáng)拱作用，使拱壩靜力時(shí)受力盡可能好；

(3)左右岸基礎(chǔ)置換處理開挖不影響已開工的壩頂以上開挖，不形成倒坡。

2.2 基礎(chǔ)加固處理設(shè)計(jì)

2.2.1 兩岸表層巖脈處理

左岸壩基巖脈相對(duì)較少，巖脈中～陡傾坡外，與拱壩基礎(chǔ)面小角度相交，置換混凝土的深度應(yīng)稍大。對(duì)代表性巖脈β21置換深度進(jìn)行平面有限元分析結(jié)果見圖4。隨混凝土置換深度增加，壩趾位移已經(jīng)收斂，置換混凝土深度按4倍巖脈寬度控制。

圖4 壩趾位移隨置換深度變化曲線

右岸壩基巖脈眾多，巖脈中～陡傾坡內(nèi)，與建基面大角度相交，受力條件較好。為提高拱壩基礎(chǔ)均勻性、整體性，改善拱壩局部受力狀態(tài)，對(duì)右岸的Ⅲ2～Ⅴ類巖脈表層采取混凝土置換處理，根據(jù)工程類比，塞體深度取1.5倍破碎帶寬度。

2.2.2 兩岸深部巖脈處理

左岸深部分布以β21為代表的與拱端斜交巖脈，還包括β41、β118。巖脈受力以剪切為主，處理原則以提高剪切變形的能力為主，置換網(wǎng)格和灌漿加固有更好的適應(yīng)性。

選取1 010.00m高程平切圖，分別對(duì)巖脈β21采取沿巖脈固結(jié)灌漿25～100m和混凝土置換網(wǎng)格等兩種處理方案，進(jìn)行平面有限元分析。通過計(jì)算分析可知：巖脈灌漿范圍的變化對(duì)左拱端中心點(diǎn)的位移影響很小，沿巖脈灌漿25.00m，減小0.11%；沿巖脈灌漿100.00m，減小0.20%。隨巖脈灌漿范圍加大，拱端中心點(diǎn)位移有減少的趨勢(shì)，但減少甚微；置換網(wǎng)格處理后壩趾合位移減小幅度為3.62%，處理后壩體局部位移的影響也不大。但通過三維非線性分析此部位不平衡力大，需加強(qiáng)對(duì)β21處理。同時(shí)，β21在1 040.00～970.00m約70.00m高程范圍的壩基出露，貫通上下游基礎(chǔ)，厚度2.00～4.00m，需處理部位的巖脈主要為Ⅳ類，局部Ⅴ類。巖脈與拱端斜交，受力后產(chǎn)生的壓縮變形和剪切變形將惡化拱壩的應(yīng)力狀態(tài)。借鑒其它工程處理經(jīng)驗(yàn)：二灘基礎(chǔ)的綠泥石條帶工程處理深度不夠，水庫蓄水后，受綠泥石條帶影響，該部位較長時(shí)間均存在變形；錦屏的f5、f8均進(jìn)行混凝土網(wǎng)格置換處理；黑部第四和奈川渡順坡向發(fā)育的陡傾角斷層發(fā)育位置與β21類似，均對(duì)斷層進(jìn)行了混凝土置換處理；通過工程類比，決定對(duì)β21進(jìn)行混凝土網(wǎng)格置換處理。

右岸壩基深部分布巖脈眾多，巖級(jí)以Ⅲ2類為主，部分為Ⅳ～Ⅴ類。根據(jù)其發(fā)育部位及影響范圍可分為3個(gè)區(qū)域：

(1)中高高程一系列平行拱端的巖脈，如β4、β85、β69、β62、β83，巖脈傾向坡內(nèi)，隨高程降低，巖脈距拱端距離逐漸加大，傳力洞適應(yīng)性差，考慮灌漿和置換網(wǎng)格的方案；

(2)中部高程“K”字形分布的β68、β110、β71巖脈，巖脈距離較近，傳力洞具有較好的適應(yīng)性，方案初步擬定時(shí)采用傳力洞方案；

(3)中低高程縱橫交錯(cuò)發(fā)育的β16、β117、β43、β8、β40、β73等巖脈。巖脈較多，如采用傳力洞將拱端推力傳至較好巖體，代價(jià)過大，考慮灌漿和置換網(wǎng)格方案，置換網(wǎng)格方案針對(duì)性狀差的Ⅴ類巖脈β43、β8，其余巖脈采取灌漿的處理方式。

以1 010.00m高程平切圖為例，對(duì)第②組“K”字形巖脈處理方式分析，處理方案見圖5。

圖5 第②組巖脈處理分析計(jì)算示意

對(duì)拱壩特征點(diǎn)位移進(jìn)行分析可知，灌漿+傳力洞相對(duì)未處理工況位移減小最多，右岸壩趾合位移減少3.34%，壩踵部位幾乎沒有減少，傳力洞在壩趾部位的作用更為明顯。采取各種措施后對(duì)拱端特征點(diǎn)位移值有一定減少，最大減小值不超過1.2mm，減小效果甚微。第②組巖脈采用混凝土傳力洞的處理措施，僅僅取得減小微弱變形的利益，卻帶來混凝土傳力洞置換開挖造成周圍巖體松弛的不利影響，因此對(duì)第②組巖脈處理方式采用灌漿加固。

以950.00m高程平切圖為例，對(duì)第③組巖脈處理方式分析，處理方案見圖6。

圖6 第③組巖脈處理分析計(jì)算示意

通過對(duì)特征點(diǎn)位移進(jìn)行對(duì)比分析，灌漿+混凝土網(wǎng)格措施使特征點(diǎn)位移減少最多，右岸壩趾合位移減少38.52%，網(wǎng)格措施對(duì)拱端特征點(diǎn)位移減少程度最為有效。計(jì)算范圍內(nèi)β43和β8為Ⅴ類巖體，混凝土網(wǎng)格處理后，巖體變模指標(biāo)大幅度提高，處理效果顯著。β43和β8主要發(fā)育在970.00m高程壩基附近，拱推力在此位置較大，基礎(chǔ)薄弱帶對(duì)拱壩應(yīng)力影響亦較大，有必要對(duì)β43和β8進(jìn)行混凝土置換網(wǎng)格處理。

通過上述分析，最終確定左右岸深部巖脈處理方式：巖脈β21、β43、β8采用置換網(wǎng)格處理，網(wǎng)格內(nèi)部未置換完全的巖脈采用固結(jié)灌漿處理，其它巖脈采用固結(jié)灌漿處理。且根據(jù)巖脈空間展布特點(diǎn)、影響范圍確定置換網(wǎng)格和灌漿范圍及規(guī)模。置換網(wǎng)格處理見圖7～9。

圖7 巖脈β21置換網(wǎng)格處理剖面

圖8 巖脈β43置換網(wǎng)格處理剖面

圖9 巖脈β8置換網(wǎng)格處理剖面

2.2.3 左右岸Ⅲ2～Ⅳ類花崗巖體處理

左岸Ⅲ2類花崗巖體分布在1 000.00～1 070.00m高程間壩基下游，呈三角形條帶狀。變形模量較低，并處于拱壩壓應(yīng)力較大部位，置換Ⅲ2類巖體比未進(jìn)行置換時(shí)，壩趾合位移減少9.08%，采取置換混凝土塊的形式處理。

右岸Ⅲ2類花崗巖體分布在1 090.00～1 135.00m高程間建基面中下游范圍，呈梯形塊狀。其位置是地震力影響最顯著部位。前期針對(duì)Ⅲ2類花崗巖體的現(xiàn)場(chǎng)固結(jié)灌漿試驗(yàn)效果并不理想，對(duì)此部分的巖體采取置換混凝土的方式進(jìn)行處理，置換一定深度的Ⅲ2類花崗巖體。

左岸970.00m高程壩趾處局部出露Ⅳ類花崗巖體，建基面上出露長度約16.70m。Ⅳ類花崗巖體性狀差，不能做為拱壩建基巖體，采取混凝土置換處理。

2.2.4 河床壩基加固設(shè)計(jì)

河床基礎(chǔ)需要加固處理的對(duì)象為集中發(fā)育的巖脈破碎帶。集中發(fā)育的巖脈β87、β88、β144、β145主要發(fā)育于壩基上游側(cè)偏右岸，下游被β73截?cái)?，其中?44性狀差，為Ⅴ類，其它巖脈均為Ⅲ2類。按照建基面巖體利用原則，河床部位的Ⅲ2～Ⅴ類巖體不能作為建基巖體，采取混凝土置換加固，對(duì)置換塊進(jìn)行的三維有限元分析結(jié)果表明，置換后壩趾位移減少15.92%，置換對(duì)減少拱壩位移有較好效果。綜合考慮基底應(yīng)力集中區(qū)位置、基礎(chǔ)應(yīng)力擴(kuò)散范圍，混凝土置換深度采用8.00m。

拱壩基礎(chǔ)加固處理見圖10～11。

圖10 拱壩基礎(chǔ)加固處理平面

圖11 拱壩基礎(chǔ)加固處理剖面

3 結(jié) 論

建基面的選擇是高拱壩設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作，涉及的因素眾多，難度大，需要全面系統(tǒng)性的分析和論證。充分研究拱壩基礎(chǔ)地質(zhì)條件和巖體物理力學(xué)參數(shù)是拱壩建基面選擇的基礎(chǔ)，拱壩及基礎(chǔ)的應(yīng)力位移狀態(tài)、壩肩抗滑穩(wěn)定情況、基礎(chǔ)處理措施方案是拱壩建基面選擇過程中必須要分析與把握的重點(diǎn)。深入了解類似工程的工作經(jīng)驗(yàn)，也是建基面選擇與基礎(chǔ)處理工作研究的重要參考。通過綜合比較分析，在確保高拱壩安全的前提下，最終確定合理建基面基礎(chǔ)處理方案。

本文通過多種手段與方法對(duì)大崗山拱壩4種建基面方案分析研究后，提出了滿足拱壩建基要求的合理、經(jīng)濟(jì)的建基面方案，論證了中低高程利用微新巖體，中高高程利用弱風(fēng)化下段巖體作為大壩基礎(chǔ)的可行性。根據(jù)選定的建基面巖體情況，提出了滿足建基要求的基礎(chǔ)處理措施。本文中建基面選擇的研究過程、方法及基礎(chǔ)處理方案比選研究可為其它拱壩工程合理建基面的研究與確定提供參考。

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