黄河万家寨水利枢纽地基处理设计报告

（一）地基开挖设计

1.地基开挖轮廓及开挖边坡确定

枢纽坝址岩体坚硬完整，地基开挖深度主要受岩体风化卸荷、坝基软弱结构面、结构自身要求控制。本工程拦河坝最大坝高105.0m，为混凝土高坝，设计要求坝基开挖至弱风化下部岩体，建基面及临近区域应无不良结构面，坝基岩体纵波波速大于4000m/s。鉴于坝基岩层产状平缓，岩石完整，天然边坡陡立，稳定性较好，坝基范围内岩体开挖边坡确定为6∶1（1∶0.17），坝顶及其他坝基范围以外的岩体开挖边坡确定为4∶1（1∶0.25）。

两岸坝肩岸坡陡峭，岸坡坝体建基高程随岩体逐渐抬高。由于岸坡坝段坝体较高，为有利于坝段的侧向稳定，结合坝址工程地质及地形条件，对岸坡坝段设置基础平台，一般超过坝段宽度的1/2 以上。

2.河床建基面开挖高程及基础剪切带开挖处理

1995年河床左侧坝基开挖后，在张夏组第五层岩体内揭露出SCJ01～SCJ10，共10 条层间剪切带。SCJ01～SCJ06 在设计建基面以上，SCJ07 位于设计建基面附近，顺层发育。1995年4月，根据左岸坝基开挖后的具体情况，水利部天津水利水电勘测设计研究院编制完成了《黄河万家寨水利枢纽关于大坝基础评价及基础处理意见的报告》，水利部万家寨水利枢纽工程建设管理局和水利部水利水电规划设计总院在枢纽工地联合主持召开了大坝基础鉴定会。根据鉴定会讨论意见及水利部水利水电规划设计总院对基础评价及处理意见报告的审批意见，对坝基开挖进行了调整，挖除了河床左侧坝基的SCJ07 剪切带。调整后河床左侧坝基开挖高程890.00～891.50m。1996年5月，河床右侧坝基开挖后，根据右侧坝基剪切带的发育情况及岩体现状，也对坝基开挖高程进行了相应调整（除16 号、17 号坝段甲块外，挖除建基面附近SCJ01 剪切带），调整后建基高程891.00～894.00m，电站坝段丙、丁块及主厂房基础开挖高程不变，最低仍为876.00m。调整后坝基岩体均满足建基要求。

护坦基础设计建基高程895.50～896.00m，基础开挖深度一般0.5～1.5m，基础位于弱风化中、上部岩体之上，岩性为中厚层灰岩夹薄层灰岩。施工中对于局部受构造影响的地段，开挖深度有所加大，最大开挖深度3.5m。

3.张夏组第四层岩体开挖风化、卸荷与处理

电站坝段丁坝及电站主厂房基础所处的张夏组第四层岩体以薄层泥灰岩、页岩为主，夹中厚层灰岩、薄层灰岩、竹叶状灰岩及鲕状灰岩，岩体新鲜状态下完整性较好，即使较软弱的页岩、泥灰岩声波纵波速大于4500m/s，饱和抗压强度大于80MPa，变形模量18.6×104～28.9×104GPa，可满足建基要求。前期勘察阶段有限元分析结果表明，河床张夏组第五层与第四层界面原始岩体最大水平主应力为2～3MPa，由于基础开挖深度较大，基础开挖后破坏了原有的应力状态，造成建基面一定深度范围的岩体卸荷回弹，再加之裸露失水，尤其是反复失水，薄层岩体易崩解开裂，力学指标下降。

鉴于电站坝段丁块及电站主厂房基础岩体的以上特性，考虑到张夏组第四层虽以薄层岩体为主，但其中所夹中厚层岩体（岩性为鲕状灰岩或灰岩），在建基面附近一般每隔1.0m左右出现，厚度0.2～0.5m，该岩体完整性较好，岩性较坚硬，抗风化能力较强。因此要求在尽量减少基础超挖的前提下，将建基面座于该中厚层岩体之上，以减免页岩、泥灰岩的卸荷和失水开裂，造成反复清基和延误工期。另外要求基础开挖中要预留保护层，在基础保护层开挖清基后，局部设灌浆锚杆锚固，并立即覆盖基础混凝土。实践证明，采取以上措施后，只要措施适时，基础岩体质量显著提高，可满足建基要求。

（二）坝基防渗帷幕设计

坝基防渗帷幕沿坝轴线布置，除坝肩坝顶灌浆排水平硐内帷幕设计为单排外，其他坝基（肩）帷幕均为双排。坝基帷幕灌浆及主排水廊道内主、副帷幕排距0.7m，主帷幕布置于副帷幕上游侧，向上游呈5°～10°倾角，副帷幕竖直。12～18 号坝段主帷幕竖直，副帷幕向下游呈7°倾角。除河床中部局部区域因张夏组第四层岩体局部透水性相对较大（ω＜（0.05～0.01）L/（min·m·m）），主帷幕穿过张夏组第四层伸入张夏组第三层外，一般河床主帷幕均伸入张夏组第四层5.0m，副帷幕伸入3.0m。河床主帷幕一般入岩深16.0～24.0m，最大深度40.0m，副帷幕一般深14.0～22.0m。主、副帷幕孔距均为3.0m，前后呈梅花形布置。

坝肩帷幕沿坝轴线向岸里延伸，伸入岸坡长度左岸为55.0m，右岸为45.0m（均由坝顶坝肩计起）。主帷幕向上游呈5°～7°倾斜，副帷幕竖直。主、副帷幕孔距仍为3.0m，排距0.7m。坝肩帷幕深度随建基面上升逐步抬高。由于岸坡陡峭，考虑到坝肩排水及施工，在左右岸各设有3层灌浆排水平硐，坝肩帷幕在平硐内施工。在平硐的上游侧设置扇形帷幕，以加强帷幕上、下衔接效果。

河床右侧12～18号坝段因坝体丁块座于岩性相对软弱的张夏组第四层岩体上，为防止由此导致坝踵变位较大危及帷幕安全，故12～18 号坝段在主帷幕上游增设一排倾向上游的浅帷幕（称为第二副帷幕），帷幕深入基岩5.0m，向上游倾角15°，孔距3.0m。

（三）地基固结灌浆设计

坝基部位岩体固结灌浆，上游扩大至坝体轮廓线以外6.0～10.0m，下游扩大至坝体轮廓线以外3.0m。大坝左侧1～11 号坝段梅花形布孔，分为A、B 两区，以大坝第Ⅰ、Ⅱ纵缝为分区线。坝踵、坝趾处分为A 区，中间部位为B 区，A 区孔距排距均为3.0m，孔深7.0m。B 区孔距、排距均为4.0m，孔深5.0m。施工中4～10 号坝段B 区孔、排距改为3.0m。

大坝右侧12～15 号坝段方形布孔，分为A、C 区。坝踵、中间部位为A 区，厂坝分缝处为C 区。A 区孔、排距及孔深同左岸。C 区孔距、排距2.5m，孔深10m。16～22 号坝段，分为A、B 区。坝踵坝趾为A 区，中间部位为B 区，A、B 区孔、排距及孔深同左岸。

两岸坝肩大部分开挖边坡1∶0.17，属于陡边坡，岩层又近水平。该部位固结灌浆采用从上部开挖平台向下打两排斜孔，孔距3.0m。

护坦部位固结灌浆孔深5.0～10.0m 不等，孔排距靠坝址为3.0～3.5m，坝址40.0m 以外，孔距4.0m。

厂房基础固结灌浆上游靠大坝处3 排孔孔距、排距为2.5m，孔深7.0m；中间部位及桩号下0+120.75 以外两排，孔距3.0m，孔深5.0m；桩号下0+120.5m 以上两排孔孔距3.0m，孔深7.0m。厂房固结灌浆为防止与尾水管底板钢筋干扰，施工中采用预埋钢套管的方法。副安装场侧壁布置1 排斜孔，间距3.0m，孔深25.1m。

固结灌浆要求灌后岩体波速完整岩体4000～4500m/s；卸荷带3800～4000m/s；剪切带3500m/s。灌后压水试验单位吸水率ω≤0.03L/（min·m·m）。(www.xing528.com)

（四）地基排水设计

1.主排水孔设计

坝基张夏组第五、第三层内存在基岩裂隙岩溶承压含水层，防渗帷幕深入张夏组第四层（个别部位深入张夏组第三层），主排水孔主要排除渗过帷幕张夏组第五层内的渗水。主排水孔设在灌浆及主排水廊道和两岸平硐内，与防渗帷幕形成完整的坝基防渗排水系统，达到降低扬压力、保证坝体稳定的目的。

主排水幕距副帷幕1.1m，排水孔向下游倾斜7°～15°，孔深随张夏组第四层的走向变化，均深入该层3.0m。孔间距2.5m。孔径130mm，均设有孔口装置。孔内渗水汇集到9号、15 号坝段的集水井内。

左坝肩912.00m（右坝肩910.00m）灌浆排水平硐内，为使上下层主排水孔更好的衔接，在平硐下游侧设扇形排水孔，孔深7.0m。孔径110mm。

在左坝肩950.00m 平硐顺河向支硐（桩号为坝0+046.05）内和右坝肩939.00m 平硐（桩号为坝0+495.38）内分别设有绕坝渗流排水孔。孔深26.0～42.0m，孔径130mm。

2.坝基排水孔设计

坝基排水孔，设在第一基础排水廊道、第二基础排水廊道及坝段之间的横向骑缝排水廊道内。其中第一基础排水廊道延伸出坝外与两岸排水平硐相连，渗水汇集到9 号、15 号坝段的集水井内。护坦内设5 排8 列排水孔，分为廊道内排水孔和半圆排水管内暗排水孔。

坝基排水孔深一般为8.0m，护坦排水孔深6.0m，个别部位因固结灌浆加深，排水孔亦加深，最深12.0m。横向排水廊道内排水孔深为8.0m，左岸加深至15.0m。排水孔孔距均为3.0m，孔径110mm。

护坦的基础排水孔纵横之间形成浅层排水网络，汇集于副安装场下游厂外集水井排至下游。

（五）地基承压水处理

坝基下张夏组第三层属承压含水层，其上覆盖有张夏组第五层及张夏组第四层（相对隔水层），上覆岩体最小厚度12.0～20.0m左右。勘探资料表明张夏组第三层承压水头与河水位呈同步关系，预测水库蓄水后，坝基部位承压水头有可能接近最高蓄水位980.00m。该层承压水通过裂隙作用于坝基混凝土与岩体接触面时，会产生附加扬压力。

张夏组第三层严重透水段（ω≤0.1L/（min·m·m））占9.6%，仅少数部位存在ω值较大的透水棱体，渗透系数K=0.3m/d，总的渗透量不大。

为了不破坏张夏组第四层作为相对隔水层的作用，并不在坝基内释放张夏组第三层的承压水。在坝基下游部、电站尾水下部及坝肩两侧设置廊道、排水平硐，打深孔释放承压水。具体部位是：左岸912.00m排水平硐，右岸910.00m排水平硐，溢流坝下游护坦尾部排水廊道及电站尾水下排水廊道。

承压排水孔深入张夏组第三层3.0m，孔深15.0～52.0m不等，孔距10.0m。两孔中间布置两个浅层排水孔，深6.0～10.0m，以排出浅层渗水。

承压水排水孔均有孔口装置，并配置一定数量的压力表，定期观测承压水的活动规律。运行中可视承压水头涌水量大小等情况，必要时可加密排水孔，以达到较好地释放承压水的目的。

（六）其他地基处理措施

根据坝基、坝肩岩体的质量，施工清基中对建基面的薄层、破碎、卸荷岩体一般采取局部挖除、凿除的方法，对不易挖除，有保留价值的岩体，采取增设锚筋桩、锚筋、防裂钢筋网的方法。对裂隙相对较大，连通性较强且有一定深度的裂隙，采取预埋固结灌浆管，待固结灌浆时一并灌浆的措施。对坝肩部位存在的泥灰岩、页岩集中带、泥化夹层、层间剪切带一般采取先期开挖后，喷混凝土予以保护。对边坡坝段布置Φ25mm锚筋，间、排距均为3.0m，入岩深度2.0m；护坦布置锚筋Φ25mm，间、排距分别为2.0m、3.0m不等，入岩深度2.5m。

对于左岸河床坝基层间剪切带处理详见第七章第一节。