主坝坝基地质缺陷处理设计优化方案

按照《碾压土石坝设计规范》（DL/T 5395—2007）坝基处理一般要求，坝基处理应满足静力和动力稳定、允许沉降量和不均匀沉降量等方面的要求，保证坝安全运行。

坝基按要求开挖经检测合格后直接回填，不需要采取支护措施。

4.1.6.1　坝基开挖及处理

1.开挖原则

根据补充可研和招标设计研究的结果，坝基开挖标准如下：

（1）坝基开挖控制标准以干密度和基础含石量为主，要求整平碾压干密度不小于2.0 t/m3，同时控制基础含石量不少于30%后可进行填筑；变形模量检测和动力触探检测为辅。

（2）碾压后基础探坑检测不满足要求（包括基础含石量小于30%）时，要求挖除，挖除范围不小于探坑面积的3倍，挖深2.0m。受基础探坑检测数量的限制，对于开挖过程中未有检测到的部位，若发现（一般目测）含石量低于30%和土质透镜体均应挖除，挖除后采用碎石含量不少于30%的碎石土换填并分层碾压密实，碾压后的干密度不小于2.0t/m3。

（3）冬季施工时，坝基开挖满足要求后，不能及时填筑的坝基，填筑时应清除表层0.2～0.3m厚的冻土层。

（4）主坝左、右坝肩覆盖层台地，基础表面要自然顺坡，不得有倒坡和大的起伏，坡比不得陡于1∶1.0。两岸坝肩下部反弧段基础沿坝轴线向开挖坡度按不陡于1∶5与河槽段基础连接；其他部位开挖满足开挖坡的稳定即可。

（5）左岸坝肩坝0+000.00～坝0+184.32之间725.00m高程以上、右岸坝肩坝0+413.66～坝0+600.37间715.0m以上基础清至基岩，其他部位基础清除覆盖层3.0m，局部结合地形清基深度适当加大，对土质透镜体，基础含石量少于30%的覆盖层应予以挖除。

2.坝基处理检测项目及控制标准

（1）干密度及颗分检测，检测频率为主堆石区坝基采用50m×50m网格布置，次堆石区100m×100m网格布置，基础开挖至建基面高程后，进行原位探坑试验，基础控制标准：碎石含量不得低于30%，碾压后的干密度不得低于2.0t/m3，若还不满足要求，应予以挖除，范围不得小于探坑面积的3倍，挖深2.0m，并采用碎石含量不少于30%的碎石土进行换填，分层碾压密实。

（2）变形模量检测，检测频率为左右岸坝肩各一组，一组两个，检测布点选择在主堆区靠近上游趾板区域覆盖层较差的部位；控制标准为坝基排水带上部不小于35MPa；根据现场开挖实际状况，河床为密实冲洪积卵砾石层，右岸坝肩覆盖层部分胶结或半胶结，较致密，左岸坝肩基础覆盖层性质复杂，存在高压缩性土，因此现场取消右岸坝基变模检测，保留左岸坝基检测组数。

（3）动力触探检测，参照《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）相关规定，动力触探检测标准击数按不小于20击控制，频度为主坝河槽部位主堆4个点，次堆4个点；左岸坝基主堆区和坝轴线转弯地段布置5个点；右坝基主堆转弯地段布置2个点；库区布置在风门口、靠近主坝坝肩、环库公路结合转弯地段共4个点；现场根据设计、监理指定，主坝坝基最终按主堆区检测13个点，次堆区检测4个点控制。

（4）现场检测情况分析。根据现场动力触探检测结果，动力触探检测深度15.0m，最小11击，最大60击，一般在25～35击之间，平均31击。变形模量最小20.37MPa，最大26.88MPa，平均23.6MPa。鉴于坝基基础不同深度组成有一定差异，动力触探值也有一定差异，因此作为参考。根据现场地质情况，河床及右岸地基相对较好，含石量较高，且有胶结体，较差的地段主要为主坝左岸，因此坝基变形模量检测主要位于左岸，根据检测结果，个别基础较差地段变形模量略低，基本位于左岸的高压缩区一带，对高压缩区设计将其挖出换填，由于变形模量检测点数有限，重点对基础含石量偏低的覆盖层进行检测。因此变形模量检测仅作为参考。

根据上述情况，主坝坝基检测以干密度和基础含石量控制为主，变形模量检测和动力触探检测为辅。

3.坝基开挖

根据基础开挖现状及检测指标按开挖原则控制。

针对局部开挖揭露地质与原推测基岩线有出入处，基础开挖处理原则如下：

（1）左坝肩（坝0+000.00～坝0+122.78间）地质揭露存在两古冲沟（见相关地质描述），725.00m高程以上基础下挖5～10.0m仍不见基岩，因此现场开挖调整为保留覆盖层在770.00m高程处留3.0m宽马道，以下按1∶0.6边坡开挖至747.00m高程，747.00高程留2.0m宽马道，747.00m高程以下，按1∶0.6坡比开挖，开挖至穿坝排水廊道后按排水廊道要求开挖，非穿廊道基础段冲沟挖至730.00m高程以下按边坡1∶1.0控制。

（2）左坝肩Ⅲ-2区出现了高压缩性土，将其715.00m高程以上的高压缩性地层全部挖除，周边控制开挖坡比不陡于1∶1.0，715.00m高程以下含石量增加、相对密实区域保留不再挖除，挖除区域采用土加石回填，要求含石量不小于50%，控制压实度不小于95%，干密度不小于2.0t/m3，回填至730.00m高程后改填主堆。

（3）右坝肩按设计要求715.00m以上挖到基岩，现场揭露右坝肩730.00m高程以下部分覆盖层胶结较好，机械开挖比较困难，因此调整为：按设计要求清除表层覆盖层，边坡不陡于1∶1.0不再开挖。

（4）坝肩在730.00～729.60m高程多为馒头组泥灰岩岩石坡，夹有部分页岩和灰岩，岩石互层，层面倾角小于5°。开挖过程中由于岩石层理的特性和风化破碎、页岩遇水崩解。出现大量高度0.5～2.0m灰岩岩石台阶。处理原则：台阶尖角距上游面板距离超过15.0m大致顺坡后直接填筑，否则应针对台阶进行顺坡开挖处理。

4.坝基探硐封堵

可研阶段在大坝两岸坝肩边坡上布置有两个探硐，左岸坝肩探硐底高程736.00m，位于1m3地层，属灰黄色、灰绿色泥灰岩与灰黄色、黄绿色钙质页岩、泥岩互层。右岸坝肩探硐底高程778.00m，位于1mz1（毛庄一）地层，下部为紫红色含白云母砂质页岩，偶夹1～2层中厚层状泥灰岩、灰岩；上部为紫红色含白云母粉砂岩与鲕状灰岩互层。两探硐各深71.00m，洞尺寸为2.0×2.0m。

探硐位于坝肩，不存在防渗问题，根据探硐上部岩体覆盖层厚度，确定距探硐硐口10.0m范围内回填C15素混凝土，其余部位不再处理。

5.坝肩岩体渗水处理

在主坝坝肩左岸穿坝排水廊道0+880m上部岩体边坡，高程745.00～750.00m出现大面积地下渗水。为防止渗水进入坝体，在渗水附近设集水盲池，池壁顶高743.0m，宽0.30m，池底基础坐于岩基，外坡1∶0.2，内坡垂直，池壁采用C15混凝土，池内回填干摆石，干摆石采用库区开挖毛庄第二层灰岩，块石最小厚度不得小于20cm，盲池池底埋设2根φ100的钢管并引向排水廊道，排水钢管进口用孔径5mm的钢丝网包扎以避免堵塞。

4.1.6.2　坝基排水设计

整个上水库的排水系统由以下几部分组成：坝坡、库岸的碎石排水垫层（即沥青混凝土下卧层）及库岸碎石层下部埋设PVC管；库底过渡层及过渡层内埋设塑料盲管、PVC排水管；库底排水廊道；坝基（含坝后堆渣场）排水带；坝后堆渣坡脚排水棱体。排水系统基本为两路：一路为主坝坝体、主坝沥青混凝土面板下渗水、主坝坝肩渗水、库盆内基础渗水均通过坝基的排水带通向坝后堆渣场的排水带、排水棱体通向坝后东沟；第二路为库盆内所有库岸、库底及副坝上游渗水和地下水，其中库岸通过库岸碎石层下面的PVC排水管，库底部分通过排水管网汇集到库底排水廊道，然后由库底排水廊道穿过主坝排向坝后的东沟内，库底另一部分则直接通过库底的过渡料进入坝基的排水带由坝基排向坝后。

1.坝基排水带设计(www.xing528.com)

坝0+071.00～坝0+568.38范围基础全断面布设排水带料。其中主河槽坝0+265.86～0+354.20间主堆区排水带厚4.0m，次堆区排水带厚5.0m；坝0+071.00～坝245.86、坝0+374.20～坝0+568.38间排水带厚2.0m，坝0+245.86～坝0+265.86、坝0+354.20～坝0+374.20为渐变过渡带。

排水带粒径5～200mm，渗透系数不小于1cm/s（级配曲线见坝体分区设计），石料自距坝址约25km处的孟村和马村外购，非基岩基础排水带和覆盖层间设两道反滤层，分别为0.50m厚4B（0.1～20mm）、0.50m厚4C（5～60mm），滤水保土，保护覆盖层细颗粒不被带至排水带层，增加基础沉降量。4C料来自龟山料场灰岩料加工配制而成，4B料来自孟庄外购。

坝脚在坝0+286.52～坝0+326.54段设减压沟，沟底部高程680.00m，底宽5.0m，自下而上设1.0m厚4B、1.0m厚4C，排水带料3D、两层土工布、0.10m厚中砂。

根据现场开挖和料源供应状况，坝基排水带在施工期做了如下调整：

（1）主堆区坝轴线桩号0+245.86～0+374.20坝基原4.0m厚排水带调整如下：坝上桩号0+000.00（坝轴线处）～坝上0+040.00段排水带厚由4.0m渐变至3.0m，坝上0+040.00～0+045.00段由3.0m渐变为2.0m，坝上0+045.00以上厚均为2.0m；

（2）两岸坝坡725.00m高程以上的排水带料（3D）优化为过渡料（3A），填筑碾压标准按过渡料（3A）执行。过渡料在非基岩基础和覆盖层间仍设两道反滤层，分别为0.50m厚4B（0.1～20mm）、0.50m厚4C（5～60mm），滤水保土，保护覆盖层细颗粒不被带至排水带层，增加基础沉降量。

2.坝后堆渣场排水带及排水棱体设计

坝后堆渣场排水带上游与坝基减压沟连接、下游与排水棱体连接，将部分库区渗水、地下渗水、坝体渗水经排水棱体排至东沟。

排水带沿轴线长280.19m，底宽47.0～50.0m，两侧开挖边坡1∶1.0，基础开挖后要求采用16～18t振动碾碾压8遍。排水带综合坡比7%，自下而上由0.10m厚中砂、两层土工布、5.0m厚排水带、两层土工布、0.10m厚中砂5层组成。排水带原设计要求采用粒径5～200mm的卵砾，渗透系数不小于1cm/s。土工布与大坝减压沟、下游排水棱体连接处，下层土工布深入减压沟、排水棱体下反滤料1.50m，上层土工布伸入大坝至坝下0+178.05桩号，土工布技术要求见表4.1-40。

表4.1-40　土工布主要控制指标表

上水库总渗漏量为14.9L/m3，堆渣场计算排水量采用式（4.1-5）：

式中　Q——排水量，m3/s；

　　　k——渗流系数，k=0.01m/s；

　　　i——坡比，i=0.07；

　　　A——计算宽度取47.0m，厚5.0m。

求得排水带排水能力为0.165m3/s，满足设计要求。

堆石排水棱体位于坝后堆渣下游坡脚处，顶高672.0m，665.00m高程以上上游坡与排水带以1∶1.5坡连接，下部以1∶1.0与基础覆盖层连接，与覆盖层接触面采用0.50m厚反滤料4B和0.50m厚反滤料4C过渡，滤水保土，保护覆盖层细颗粒不被带走。棱体下游坡1∶1.5，坡脚设1.0m×1.0m排水沟。

排水棱体堆石粒径100～400mm，基础坐于基岩。

根据现场开挖和料源供应状况，堆渣区排水带、排水堆石棱体施工期以设代通知型式调整如下：①受现场料源影响，级配由原设计5～200mm调整为最大粒径500mm，＜5mm颗粒不大于10%，＜0.075mm颗粒不大于5%，其他要求不变；②排水带厚度由原5.0m调整为4.0m；③坝后堆渣排水带两侧开挖坡比由原设计1∶1.0调整为1∶0.5；④排水棱体堆石粒径由原设计100～400mm调整为100～500mm。

3.坝肩边坡支护设计

主坝两个坝肩环库公路以上地层处于1mz2（毛庄二）和1mz2（徐庄组）地层。左岸坝肩有三个冲沟，右岸坝肩有一个冲沟。岩石地基边坡开挖坝顶以上岩石开挖边坡1mz2（毛庄二）地层为1∶0.2，1 x1（徐庄组）页岩为1∶0.6，冲沟处的第四系覆盖层开挖边坡1∶1.0～1.5，一般每15m留一马道。

边坡开挖后，对整个边坡采用挂网喷混凝土支护（局部岩石比较完整地带素喷或不喷），支护参数岩石边坡为砂浆锚杆直径为φ22，间排距2.0m，锚杆长度一般3.5m，局部裂隙发育为5.0m，钢筋网片6@150×150，喷C20混凝土厚0.1m，土质边坡锚杆长度为4.0m和5.0m两种间隔布置，局部钻孔困难改为自进式中空锚杆。

4.坝肩与库岸接合部冲沟回填处理

（1）处理说明及过渡层设计。主坝左岸坝肩和库岸接合部，右坝肩和库岸接合部分别有一冲沟。左坝肩冲沟底部平面最深60.0m，右岸冲沟平面最深50.0m，立面上形成V形。其中左岸冲沟未挖到基岩，右岸冲沟基本挖到基岩。由于两坝肩冲沟下切剧烈，在库岸接合部形成岩石陡坎，突变体形。根据坝体填筑断面设计两处冲沟采用主堆料回填，主堆料试验压缩模量100MPa，库岸基岩的变形模量均值为27.8GPa，两者变形模量相差较大，产生不均匀沉降有可能导致沥青混凝土面板在此处拉裂。

参照天荒坪抽水蓄能电站上水库工程经验：①沥青混凝土变形由沉降梯度控制，沉降梯度控制在1%以内，沥青混凝土护面可靠；②下卧层基础变模相差2倍以上，则须设过渡层，小于2倍不设过渡层。

上水库设计水位789.60m，沥青面板最低点高程742.95m，高差46.65m，计算时按50m考虑，相应作用于面板最大压强0.5MPa，要求沥青混凝土面板沉降小于1%并考虑2倍安全系数，假设库岸岩石边坡不可压缩，基础软硬相间坡比根据上水库冲沟现场出露状况按1∶0.5，则满足基础软硬相间处沥青混凝土面板的沉降梯度的最小压缩模量模应大于200MPa，回填的主堆料弹模为100MPa，因此设过渡层。

处理原则：半挖半填过渡，垂直面板向接坡坡比按不陡于1∶3.5控制，水平坡比1∶2.5，过渡填筑材料采用半刚性的干贫混凝土（水泥稳定碎石）。

（2）干贫混凝土（水泥稳定碎石）技术要求。水泥稳定碎石集料最大粒径31.5mm，含泥量小于5%，级配范围参照《公路沥青路面设计规范》（JTJ 014—97）的要求，水泥用量4%～6%，现场经试验后确定每方水泥稳定碎石掺水泥90kg，分层碾压厚度不大于40cm，压实度不小于98%，7d无侧限抗压强度不小于4MPa，骨料其他技术要求参照高级公路和一级公路水泥稳定类基层料的设计技术指标。

水泥稳定碎石进行现场碾压试验，确定达到设计填筑标准的碾压设备、碾压遍数、行车速度、铺料厚度、水泥掺量等碾压最优机械参数和碾压施工参数技术指标。