水利水电工程中土石重力坝的地基处理在水利水电工程施工中非常重要的组成部分，随着我国水利事业的不断发展，土石方施工技术也不断完善发展，现在已经达到很高很先进的水平了，尤其是工程机械和岩土科学。水利水电土石方工程施工分可以分为水利水电工程施工技术、水利水电工程施工机械化和水利水电施工组织与管理三个方面，这三者相辅相成、缺一不可。我国以机械为主的工程施工在20世纪50年代开始起步，之后一段时间发展缓慢，进入70年代，随着改革开放我国重视和引进了大型施工机械技术，装备了重型土石方机械及其配套设备，自此以后的发展使得现在我国水利水电件事科技领域取得了很大的进步和快速发展。土石方工程施工是对土或岩石进行松动、破碎、装运、卸料、填筑、压实和加固处理，以实施建筑施工的工程。
一、工程概述
某水电站位于某省境内的某江中游河段上，是某江中游河段规划梯级电站的第六级。枢纽区位于某县中江乡境内。电站地理位置适中，距距某县县城公路里程约120km，现有简易公路可达坝址区右岸，对外交通较为便利。
坝址控制流域面积24万km，多年平均流量1680m/s。址附近年平均气温在12.C～19.0°C，年平均降雨量在590.8mm左右。工程的开发任务以发电为主，兼顾灌溉。水库建成后发展旅游和库区航运，促进经济与环境协调发展。水库正常蓄水位1298.00rn，水库总库容5.45亿in，调节库容1.12亿平方米，具有周调节性能，混凝土重力坝最大坝高119米，电站总装机容量为5×360MW。
二、重力坝地基应具备的物理条件
1.高强度性
重力坝之所以称为重力坝，就是因为坝体本身体积较大，而且所用材料一般为泥凝土，密度较大，对坝基的压力极大，所以对坝基要求必须具有一定的抗强度，以承受坝体的压力。
2.整体性、均匀性
只有足够的整体性和均匀性才能满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷。
3.抗渗性
以满足渗透稳定，控制渗流量。
4.耐久性
地基必须要能保持持久的稳定，在水的长期作用下不发生恶化。根基不坏，才能对坝身的长期稳定提供足够保障。
三、地基的挖掘及灌浆处理
1.地基的开挖与清理
坝基开挖与清理的目的是使坝体座落在稳定、坚固的地基上。开挖深度应根据坝基应力、岩石强度及完整性，结合上部结构对地基的要求和地基加固处理的效果、工期和费用等研究确定。我国现行重力坝设计规范要求，凡100m以上的高坝须建在新鲜、微风化或弱风化下部基岩上，100～50m的坝可建在微风化至弱风化中部基岩上；坝高小于50m时，可建在弱风化层中部或上部基岩上。坝基开挖的边坡必须保持稳定；在顺河方向，各坝段基础面上、下游高差不宜过大，为有利于坝体的抗滑稳定，可开挖成略向上游倾斜；两岸岸坡应开挖成台阶形，以利于坝块的侧向稳定；基坑开挖轮廓应尽量平顺，避免有高差悬殊的突变，以免应力集中造成坝体裂缝；当地基中存在有局部工程地质缺陷时，也应予以挖除。
2.坝基的固结灌浆
对地基进行加固处理一般采用浅孔低压灌注水泥浆的方法，称为固结灌浆。目的是提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。固结灌浆孔一般布置在应力较大的坝踵和坝趾附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内。灌浆孔呈梅花形布置，孔距、排距和孔深根据坝高、基岩的构造情况确定，一般孔距3～4m，孔深5～8m。帷幕上游区的孔深一般为8～15m，钻孔方向垂直于基岩面。当无混凝土盖重灌浆时，压力一般为0.2～0.4MPa（2～4kg/cm2），有盖重时为0.4～0.7MPa，以不掀动基础岩体为原则。
3.帷幕灌浆
是在靠近上游坝基布设一排或几排深钻孔，利用高压灌浆充填基岩内的裂隙和孔隙等渗水通道，在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕。帷幕灌浆材料目前最常用的是水泥浆，水泥浆具有结石体强度高，经济和施工方便等优点。在水泥浆灌注困难的地方，可考虑采用化学灌浆。化学灌浆具有很好的灌注性能，能够灌入细小的裂隙，抗渗性好，但价格昂贵，又易造成环境污染，使用时需慎重。防渗帷幕的深度应根据基岩的透水性、坝体承受的水头和降低坝底渗透压力的要求确定。当坝基下存在可靠的相对隔水层时，帷幕应伸入相对隔水层内3～5m。不同坝高所要求的相对隔水层的透水率q（1m长钻孔在1MPa压水压力作用下，1min内的透水量）应采取下列不同标准：坝高在100m以上，q=l～3Lu；坝高在100～50m之间，q=3～5Lu；坝高在50rn以下，q=5Lu。如相对隔水层埋藏很深，帷幕深度可根据降低渗透压力和防止渗透变形的要求确定，一般可在0.3～0.7倍水头范围内选取。帷幕灌浆孔距为1。5～3。0m，排距宜比孔距略小。
四、施工机械
我国的机械化土石方明挖施工起步相对比较晚，所以我国解放初期建造的一些大型的水电站和水库的土石方明挖施工技术都经过了从半机械化转为机械化的转变过程，不过我国的黄河三门峡工程是个例外。随着不断发展进步直至60年代末，土石方明挖低水平的机械化施工能力才形成。
主要设备为：手风钻、1～3平方米斗容的挖掘机和5～12T的自卸汽车。在此段时间内我国主要依靠进口设配来施工建设，同时也在利用国外技术促进我国本土的开挖机械化技术。到了七十年代后期，施工机械化得到快速的发展，而且在八十年代中期以后发展极为迅速。施工常用的机械设备包括：钻孔机械、挖装机械、运输机械和辅助机械等四大类.
五、水利水电工程施工中土石重力坝地基处理方法
控制爆破技术
基岩保护层的开挖从原来的分层开挖地步，经多次工程试验研究和推广应用，进一步发展到现在的水平预裂或是光面预裂爆破法，有些工程还实施了孔底设柔性垫层的小梯段爆破法，来进行爆除的工作，很多先进技术的广泛应用，有效的保证开挖的质量，而且也加快施工的进度。特殊部位的控制爆破技术的应用解决了在新浇混凝土结构、基岩灌浆区、锚喷支护区附近进行开挖爆破等众多难题。
2.高陡边坡开挖
近些年来，在兴建的大型水电站工程中，情况较多的都是高陡边坡的开挖，高边坡在100m以上的有大约10座多，最大的边坡高度达到了380m，最典型的例子是某工程双线永久船闸闸室直立墙高为68.5m，中间保留了岩石隔墩，这样，既有效的保证开挖的精度，而且还有效的确保边坡的稳定性，这对开挖技术提出了极高的要求。
3.土石方平衡。
大型水利水电工程施工中，开挖料的利用非常重要，开挖料的利用对保持挖填的平衡起着较为重要的作用。其主要用作坝（堰）体填筑料、截流用料和加工制作混凝土砂石骨料等。
六、土石坝工程施工技术
当前我国已建的坝高在30m以上各种坝型中，土石坝大约占80%。自90年代开始，在建的高土石坝不断增多，其中很多都是大型工程，突出了我国修建高土石坝的良好发展势头，我国土石坝工程施工技术也取得了很大的进步和发展。自70年代后期至80年代，随着大型和新型施工机械的出现，极大的推动了高土石坝建设的快速发展，心墙土石坝和混凝土面板堆石坝及沥青混凝土面板堆石坝造价低、工期较短的特点，使这些技术都得到了广泛的肯定和关注。
坝基排水设施。为了进一步降低坝底扬压力，需在防渗帷幕后设置排水系统。坝基排水系统一般由排水孔幕和基面排水组成。主排水孔一般设在基础灌浆廊道的下游侧，孔距2～3m，孔径15～20cm，孔深常采用帷幕深度的0.4～0.6倍，方向则略倾向下游。除主排水孔外，还可设辅助排水孔l～3排，孔距一般为3～5m，孔深为6～12m。如基岩裂隙发育，还可在基岩表面设置排水廊道或排水沟、管作为辅助排水。排水沟、管纵横相连形成排水网，增加排水效果和可靠性。并在坝基上布置集水井，渗水汇入集水井后，用水泵排向下游。
八、坝基软弱破碎带的处理
重力坝的地基需要具有足够的强度、整体性和均匀性、抗渗性及耐久性。而天然基岩往往存在不同程度的缺陷。浅层岩体常常风化破碎。新鲜基岩中也存在着各种节理、裂隙，特别是由于地质构造的作用，还经常出现横穿坝基的断层带、软岩带和软弱夹层等地质问题，当这些结构面的产状有利于大坝滑动时，将对大坝的安全造成严重的影响。需要采取一定的工程处理措施。来满足重力坝对基础的要求。
1.处理方案
根据地质勘探揭露的地质条件。大坝8#～9#坝段受软岩夹层影响。主要存在抗滑稳定和局部承载力不足两方面的问题。设计研究了三种处理方案：一是采用混凝土塞置换。二是在坝踵设置深齿墙。三是坝基局部做土石塞提高承载能力。深层滑动利用尾岩抗力解决。三个方案从施工难度、技术可靠性、工程投资、工期等方面均存在很大差异。需要进行全面研究。
2.土石施工
对于坝基处露的软弱构造带一般采取明挖一定深度。回填混凝土的方式处理。使坝体荷载通过混凝土塞传递到两侧较好的岩石上。改善局部应力，减小不均匀沉陷。提高坝体稳定性。本工程右坝肩存在薄层状页岩。厚度约4m到10m。受断层的影响。局部存在褶皱。沿建基面分布范围约40m，上游面出露高程高于下游面出露高程约15m。中风化页岩强度低，抗滑、抗变形性能差，需采取土石置换处理。以满足大坝抗滑稳定要求。由于软岩带开挖自岸坡向内侧倾斜而下。开挖最大高度达15m，平均高度约7.5m。最大开挖深度约25m。平均开挖深度约20m，需开挖置换的软岩方量约为8500m。为减小开挖置换对上部岩体和坝体产生不利影响，需采取分区分层开挖方式。并进行可靠的临时支护，回填大体积混凝土时需采取严格的温控措施。并进行回填灌浆，避免上部岩体及混凝土产生变形及裂缝，初步将软岩带按顺河向分为11个区，每区从开挖边坡向内侧进行掏挖施工分区宽度为5m，平均高度约7.5m，开挖深度约20m。
软岩带开挖、土石施工施工分区进行，为了减少施工干扰，加快施工进度，考虑同时施工两个区。单区施工包括上层开挖支护、下层开挖支护、混凝土浇筑、通水冷却及回填灌浆等，上、下层开挖支护进尺均为3m，混凝土回填亦分层进行。
3.土石齿墙
右坝肩建基面受软岩带影响。属于二元结构，因此建基面物理力学指标按照多元结构面取加权平均值，由于软岩的物理力学指标相对较低，建基面经加权平均后，物理力学指标综合值取为：f=0.6，c=O.4Mpa。。提高大坝抗滑稳定性。在坝基设置深度为8m的土石齿墙后。存在的不利滑动面有两个，一是沿坝基面滑动，经计算，抗滑稳定安全系数K=3.204；二是沿齿墙底部至坝趾的滑动面。经计算。抗滑稳定安全系数K=3.301，两滑动面抗滑稳定均满足规范要求。
4.利用尾岩抗力
根据建基面软岩带出露情况和埋藏深度。为了尽量减少大坝开挖量。并充分利用坝后山体作为阻滑体。提出局部混凝土置换、利用尾岩抗力的处理方案。本工程右坝肩软岩带受断层的影响。页岩倾向上游，在坝趾处出露的高程较高。且建基面位于弱风化岩层中下部。可以对坝趾进行削脚处理。坡比1：1：1，削脚高度根据岩石类别确定，以保证尾岩新鲜完整为原则。
结束语
纵观我国水利水电工程施工中土石重力坝地基处理的发展历程，借鉴和不断的改进、研究创新，今天的我国土石重力坝施工技术在各个领域的发展都已经相对成熟。土石重力坝工程施工现在已经成为了水利水电工程中的一个重要组成部分，工程规模的不断扩大，机械化水平以及技术等各个方面的问题后不断攻克改进创新，我国的土石方工程机械化施工等各个方面的水平在世界范围内已经较为先进，但土石重力坝工程技术有些环节还处于新的发展时期，很多问题还待进一步深入解决。此外还将面临着人力资源短缺、交通不便和恶劣的自然环境。总之，土石重力坝地基处理工程技术将面临许多挑战，研究和实践，任务仍很艰巨待我们的专家进一步去努力研究和开发，使之造福人类。
参考文献
【1】吕昕水利水电工程中土石方施工技术的分析2012
【2】宋凤莲水利水电工程施工土石方调配方法及其应用2013
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