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摘要：拱坝主要依靠拱的作用即利用两岸拱端的反力来维持稳定，因而对地基要求很高，遇到不良地质的坝基，特别要认真对待和处理。本文通过列举100m级高薄壁碾压砼双曲拱坝不良地基处理工程实例，介绍了几种典型的拱坝不良地基设计处理技术和措施，为同类型拱坝不良地基处理积累了一些经验。
关键词：薄壁 碾压砼 双曲 拱坝 不良地基 设计
1、前言
拱坝主要依靠拱的作用即利用两岸拱端的反力来维持稳定，其自重对维持坝体的稳定作用影响较小，因而拱坝对坝址河谷形状尤其是对地基的要求很严格，要求基岩新鲜、坚固完整、均匀，有足够的强度和弱透水性。因此，要求工程参建各方对拱坝的地基处理要慎重对待，尤其是对于不良地基，要通过技术手段查明地质条件的薄弱环节，设计和地勘单位更要提出科学合理的解决方案和措施。
2、三里坪100m级碾压砼对数螺旋双曲拱坝工程概况
三里坪水利枢纽工程地处汉江中游右岸一级支流南河的中游，距离湖北十堰市房县县城50km。本工程为Ⅱ等大（2）型工程，拦河大坝采用碾压砼对数螺旋双曲拱壩，最大坝高133.00m，坝顶上游面弧长284.62m，弧高比2.14，拱冠顶厚5.50m，底厚22.70m，厚高比0.17m，拱端最大厚度31.78m，属于100m级高薄壁碾压砼拱坝。
大坝两岸坡顶山脊绵延，峰顶呈“脊背状”，左岸山脊横河向，右岸山脊近顺河向，呈现出典型的河流深切高山峡谷地貌。大坝地质构造强烈，存在连续褶皱和局部揉褶。
3、施工期间几种不良地基症状及其设计处理技术
3.1、坝肩拱座下游不稳定岩体设计处理技术
此类情况一般采取增加拱端嵌深、卸荷处理、增加锚桩或锚索的工程技术措施。
例如：三里坪大坝左岸坝顶高程以上及拱端下游侧存在不稳定卸荷岩体，设计上首先采取了增加拱端嵌深技术措施，其次采取了卸荷开挖工程措施，将拱端下游开口线外EL360-EL438m高程段不稳定岩体彻底卸除。在下游面EL330-EL415m高程还采取了预应力锚索支护技术处理措施，共增设了101根2000KN级锚索，锚索体采用公称直径φ15.2无粘结预应力钢绞线，14根为一束，深度L=30-40m，从而增强了下游岩体的稳定性和抵抗力。
3.2、坝肩拱座下游不稳定缓倾角裂隙结构面设计处理技术
此类情况一般采取增设砼抗剪置换洞的工程技术措施。
例如：在三里坪大坝左岸坝肩开挖工程中，发现下游EL320m高程以下存在缓倾角裂隙结构面，此为控制拱座抗滑稳定的主要边界条件。为此在左岸下游EL302m和EL304m高程处采取了增设4条“井”字型抗剪置换洞的工程措施，均全断面采用砼回填，设置灌浆廊道回填灌浆，洞顶和岩石之间还采取了接触灌浆措施，提高了接触面上的抗剪强度和抗压强度，防止了沿接触面渗漏现象的发生。
3.3、坝肩拱座及其下游由系列断层和陡倾角裂隙构成的确定性和不确定性侧滑面设计处理技术
此类情况一般采取直接挖除增加嵌深、置换常态砼或者通过洞挖置换断层的工程技术措施。
例如：三里坪大坝右岸坝肩在开挖过程中，先后发现拱端及其下游面存在NW组系列小断层（f21、f22、f23、f24、f30、f50）构成的确定性侧滑面和F5断层（破碎带宽度10cm左右，充填物为碎石夹不连续填泥）构成的临空面以及随机发育的NW组系列陡倾角裂隙构成的不确定性侧滑面，是控制大坝抗滑稳定的主要结构面，采取了以下相应的工程技术措施。
3.3.1、F5断层设计处理技术
右岸坝体开挖到EL360m时，发现了F5断层，考虑到该断层在EL360m以上距拱坝建基面只有3m-4m，开挖后的拱端与下游面岩体由于岩层层向一致，且存在光面，易导致下游面岩体失稳，最终会对拱坝应力造成影响，因此采取了增加拱端嵌深的办法，对其上盘直至坝顶EL420m的岩体全部予以削坡挖除，从而形成了自上而下（EL420m-EL360m）二次开挖的局面。
3.3.2、f23断层设计处理技术
f23断层在右岸坝肩建基面EL315m-EL345m范围内出露，岩体质量较差，不能作为拱坝建基岩体，设计采取了二次开挖置换常态砼的办法，单独将EL315-EL345m高程段的拱端岩体深挖嵌进，沿EL345m开口，在EL315m最大嵌进厚度达17m之多。
3.3.3、其它断层设计处理技术
对于其它断层，采取了洞挖置换系列断层的工程措施。在右岸坝肩下游EL294EL-345m高程段沿EL345m、EL330m、EL318m、EL306m、EL294m高程分别设置了5条置换洞，置换洞开挖完成后全断面砼回填，洞顶部接触灌浆，提高了接触面上的抗剪强度和抗压强度，防止了沿接触面渗漏现象的发生。
3.4、坝基整体或局部不稳定岩体设计处理技术
此类情况一般采取整体或局部挖除、增设填塘砼和锚桩、加强基础灌浆的工程技术措施。
3.4.1、坝基整体不稳定岩体设计处理技术
三里坪大坝基础开挖至设计建基面EL287m高程后，设计地勘单位进行了钻探和声波测试，认为该高程建基面难以满足设计地质要求，最终确定将大坝基础建基面降低8m至EL279m高程，坝底宽保持不变，将坝基EL279-EL287m高程段作为填塘砼处理，设计进行坝底抗滑稳定计算时，仍以大坝原设计坝高和底宽不变进行复核。为降低基础上游面岩体对填塘砼坝基础EL279-EL287m段的约束，在基础上游面岩体和填塘砼结合处设置了油毛毡进行隔离。
3.4.2、坝基局部不稳定岩体设计处理技术
采取了全部挖除的工程措施。在浇筑填塘砼之前，先对局部软化破碎层进行清除和常态砼回填，并在底部布置了双层钢筋网，保证了基础受力均匀及整体性。为增强河床地基的整体性和抗剪能力，在坝基增设了锚筋桩，同时还对坝基不利的节理裂隙进行了有效的冲洗，通过加强固结灌浆，提高了岩体地基的抗剪强度。
3.5、左右岸坡与坝基结合处溶蚀溶洞区设计处理技术
在坝基与左右岸坡结合处发现存在溶蚀溶洞和充填泥，采取了挖除置换常态砼的工程技术措施。
先清除溶洞沙砾石及周边松动岩石，对溶蚀面及比较光滑的结构面采取了人工用风镐凿除或凿毛的办法进行处理，再回填C20（三）砼恢复开挖坡面。针对溶洞渗水，采取了预埋灌浆钢管的办法进行处理。预埋灌浆钢管壁外涂沥青，用以保证填塘砼收缩时钢管能够自由收缩。为保证砼与岩体结合处不开裂，溶蚀溶洞和填泥区表面布置了钢筋网和锚杆。针对开挖形成的反坡面，布置了接触灌浆出浆盒，保证了砼与岸坡能够结合紧密。
4、设计前期参数调整和分析
实际上，在设计之初，已根据坝址上下游和河谷两岸地质地形情况，进行了拱圈线型和形态选择、平面对称或不对称布置、拱中心角调整、拱冠梁形态和参数选择，通过调整拱圈及其中心线确保了拱坝整体稳定性。
在施工期，不确定的地质缺陷难免会出现，需要根据实际情况对拱坝设计作出施工调整。上面提到的几种情况，就是拱坝不良地基设计处理技术的典型代表。当然，还有一种情况，本工程没有采用，就是在坝后设置重力墩，增强薄弱拱座处的坝体稳定。
5、结束语
湖北房县三里坪碾压砼对数螺旋双曲拱坝坝址区域地质地形条件相对复杂，由于设计前期地勘资料有限，造成在施工期间出现了许多不确定的地质缺陷，增加了设计和施工难度。因此，一定要重视前期设计地质勘察工作，不能忽视不同坝型对地基的要求，不能盲目进行坝型选择。虽然目前工程已经竣工并开始发挥工程效益，但这里面的经验教训是值得引人深思的。
关键词：薄壁 碾压砼 双曲 拱坝 不良地基 设计
1、前言
拱坝主要依靠拱的作用即利用两岸拱端的反力来维持稳定，其自重对维持坝体的稳定作用影响较小，因而拱坝对坝址河谷形状尤其是对地基的要求很严格，要求基岩新鲜、坚固完整、均匀，有足够的强度和弱透水性。因此，要求工程参建各方对拱坝的地基处理要慎重对待，尤其是对于不良地基，要通过技术手段查明地质条件的薄弱环节，设计和地勘单位更要提出科学合理的解决方案和措施。
2、三里坪100m级碾压砼对数螺旋双曲拱坝工程概况
三里坪水利枢纽工程地处汉江中游右岸一级支流南河的中游，距离湖北十堰市房县县城50km。本工程为Ⅱ等大（2）型工程，拦河大坝采用碾压砼对数螺旋双曲拱壩，最大坝高133.00m，坝顶上游面弧长284.62m，弧高比2.14，拱冠顶厚5.50m，底厚22.70m，厚高比0.17m，拱端最大厚度31.78m，属于100m级高薄壁碾压砼拱坝。
大坝两岸坡顶山脊绵延，峰顶呈“脊背状”，左岸山脊横河向，右岸山脊近顺河向，呈现出典型的河流深切高山峡谷地貌。大坝地质构造强烈，存在连续褶皱和局部揉褶。
3、施工期间几种不良地基症状及其设计处理技术
3.1、坝肩拱座下游不稳定岩体设计处理技术
此类情况一般采取增加拱端嵌深、卸荷处理、增加锚桩或锚索的工程技术措施。
例如：三里坪大坝左岸坝顶高程以上及拱端下游侧存在不稳定卸荷岩体，设计上首先采取了增加拱端嵌深技术措施，其次采取了卸荷开挖工程措施，将拱端下游开口线外EL360-EL438m高程段不稳定岩体彻底卸除。在下游面EL330-EL415m高程还采取了预应力锚索支护技术处理措施，共增设了101根2000KN级锚索，锚索体采用公称直径φ15.2无粘结预应力钢绞线，14根为一束，深度L=30-40m，从而增强了下游岩体的稳定性和抵抗力。
3.2、坝肩拱座下游不稳定缓倾角裂隙结构面设计处理技术
此类情况一般采取增设砼抗剪置换洞的工程技术措施。
例如：在三里坪大坝左岸坝肩开挖工程中，发现下游EL320m高程以下存在缓倾角裂隙结构面，此为控制拱座抗滑稳定的主要边界条件。为此在左岸下游EL302m和EL304m高程处采取了增设4条“井”字型抗剪置换洞的工程措施，均全断面采用砼回填，设置灌浆廊道回填灌浆，洞顶和岩石之间还采取了接触灌浆措施，提高了接触面上的抗剪强度和抗压强度，防止了沿接触面渗漏现象的发生。
3.3、坝肩拱座及其下游由系列断层和陡倾角裂隙构成的确定性和不确定性侧滑面设计处理技术
此类情况一般采取直接挖除增加嵌深、置换常态砼或者通过洞挖置换断层的工程技术措施。
例如：三里坪大坝右岸坝肩在开挖过程中，先后发现拱端及其下游面存在NW组系列小断层（f21、f22、f23、f24、f30、f50）构成的确定性侧滑面和F5断层（破碎带宽度10cm左右，充填物为碎石夹不连续填泥）构成的临空面以及随机发育的NW组系列陡倾角裂隙构成的不确定性侧滑面，是控制大坝抗滑稳定的主要结构面，采取了以下相应的工程技术措施。
3.3.1、F5断层设计处理技术
右岸坝体开挖到EL360m时，发现了F5断层，考虑到该断层在EL360m以上距拱坝建基面只有3m-4m，开挖后的拱端与下游面岩体由于岩层层向一致，且存在光面，易导致下游面岩体失稳，最终会对拱坝应力造成影响，因此采取了增加拱端嵌深的办法，对其上盘直至坝顶EL420m的岩体全部予以削坡挖除，从而形成了自上而下（EL420m-EL360m）二次开挖的局面。
3.3.2、f23断层设计处理技术
f23断层在右岸坝肩建基面EL315m-EL345m范围内出露，岩体质量较差，不能作为拱坝建基岩体，设计采取了二次开挖置换常态砼的办法，单独将EL315-EL345m高程段的拱端岩体深挖嵌进，沿EL345m开口，在EL315m最大嵌进厚度达17m之多。
3.3.3、其它断层设计处理技术
对于其它断层，采取了洞挖置换系列断层的工程措施。在右岸坝肩下游EL294EL-345m高程段沿EL345m、EL330m、EL318m、EL306m、EL294m高程分别设置了5条置换洞，置换洞开挖完成后全断面砼回填，洞顶部接触灌浆，提高了接触面上的抗剪强度和抗压强度，防止了沿接触面渗漏现象的发生。
3.4、坝基整体或局部不稳定岩体设计处理技术
此类情况一般采取整体或局部挖除、增设填塘砼和锚桩、加强基础灌浆的工程技术措施。
3.4.1、坝基整体不稳定岩体设计处理技术
三里坪大坝基础开挖至设计建基面EL287m高程后，设计地勘单位进行了钻探和声波测试，认为该高程建基面难以满足设计地质要求，最终确定将大坝基础建基面降低8m至EL279m高程，坝底宽保持不变，将坝基EL279-EL287m高程段作为填塘砼处理，设计进行坝底抗滑稳定计算时，仍以大坝原设计坝高和底宽不变进行复核。为降低基础上游面岩体对填塘砼坝基础EL279-EL287m段的约束，在基础上游面岩体和填塘砼结合处设置了油毛毡进行隔离。
3.4.2、坝基局部不稳定岩体设计处理技术
采取了全部挖除的工程措施。在浇筑填塘砼之前，先对局部软化破碎层进行清除和常态砼回填，并在底部布置了双层钢筋网，保证了基础受力均匀及整体性。为增强河床地基的整体性和抗剪能力，在坝基增设了锚筋桩，同时还对坝基不利的节理裂隙进行了有效的冲洗，通过加强固结灌浆，提高了岩体地基的抗剪强度。
3.5、左右岸坡与坝基结合处溶蚀溶洞区设计处理技术
在坝基与左右岸坡结合处发现存在溶蚀溶洞和充填泥，采取了挖除置换常态砼的工程技术措施。
先清除溶洞沙砾石及周边松动岩石，对溶蚀面及比较光滑的结构面采取了人工用风镐凿除或凿毛的办法进行处理，再回填C20（三）砼恢复开挖坡面。针对溶洞渗水，采取了预埋灌浆钢管的办法进行处理。预埋灌浆钢管壁外涂沥青，用以保证填塘砼收缩时钢管能够自由收缩。为保证砼与岩体结合处不开裂，溶蚀溶洞和填泥区表面布置了钢筋网和锚杆。针对开挖形成的反坡面，布置了接触灌浆出浆盒，保证了砼与岸坡能够结合紧密。
4、设计前期参数调整和分析
实际上，在设计之初，已根据坝址上下游和河谷两岸地质地形情况，进行了拱圈线型和形态选择、平面对称或不对称布置、拱中心角调整、拱冠梁形态和参数选择，通过调整拱圈及其中心线确保了拱坝整体稳定性。
在施工期，不确定的地质缺陷难免会出现，需要根据实际情况对拱坝设计作出施工调整。上面提到的几种情况，就是拱坝不良地基设计处理技术的典型代表。当然，还有一种情况，本工程没有采用，就是在坝后设置重力墩，增强薄弱拱座处的坝体稳定。
5、结束语
湖北房县三里坪碾压砼对数螺旋双曲拱坝坝址区域地质地形条件相对复杂，由于设计前期地勘资料有限，造成在施工期间出现了许多不确定的地质缺陷，增加了设计和施工难度。因此，一定要重视前期设计地质勘察工作，不能忽视不同坝型对地基的要求，不能盲目进行坝型选择。虽然目前工程已经竣工并开始发挥工程效益，但这里面的经验教训是值得引人深思的。