水电工程中河床深厚覆盖层的工程处理

摘要：河床覆盖层具有厚度大、岩性复杂、岩性差异大等特点，常出现渗漏与渗透稳定、不均匀沉降、抗滑稳定等问题，需要查明其特殊的工程地质特性、工程地质问题，提出良好的工程处理措施。本文以水电工程中的坝基处理为重点，较为系统地介绍当前水电工程中河床深厚覆盖层的工程处理方法。此研究对于深厚覆盖层的研究与处理具有一定的工程地质价值和参考价值。

关键词：河床覆盖层；清基；加固处理；防渗排水

中图分类号：TV 文献标识码： A

1 前言

河床深厚覆盖层是指堆积于河床之中，厚度大于30 m的第四纪松散堆积物[1]。覆盖层具有结构松散、层次多、岩相变化显著、岩性变化大等特点；主要由砂砾卵石、漂石、砂层、淤泥等地层组成，是一种地质条件差且复杂的地基[1]，据统计，由于坝基问题而失事的大坝约占1/4。因此，研究河床深厚覆盖层这一特殊的不良地基具有重大意义，对确保水利水电工程安全、加快建设步伐必将产生重大影响，同时对深厚覆盖层的研究更具有重大的现实意义。

2 覆盖层工程处理

由于深厚覆盖层容易出渗漏、渗透稳定、沉陷、不均匀沉陷及砂土液化等工程地质问题[2]，加上各种坝型对地基的要求各有不同，因此，应根据不同地区的覆盖层工程特性、工程问题，不同的建筑型式，采用有效的覆盖层处理措施，确保水电工程的施工顺利进行。目前主要有清基、加固处理、防渗排水等三种途径。

2.1 清基

清基是指对坝基浅表部的松散覆盖层、风化破碎、软弱夹层等不良岩层进行开挖清除，使建筑物位于较新鲜的完整岩体上。此方法的开挖量大，需要大量的人力、资金和设备，工期长。因此，选择合理的开挖方法和措施，在保证开挖质量的前提下，加快覆盖层的开挖速度，确保施工安全。

2.2 加固处理

勘察结果表明很多坝址区的地质条件复杂多变，河床覆盖层厚度大，如果全部开挖，则工程量非常大，工期加长，造价增高。但若采用目前的地基处理方法来提高覆盖层的工程性质，使其达到承载力、变形稳定、渗透变形等设计要求，则在保证工程质量的同时会减少工程造价，加快工期。目前提高覆盖层的强度和减少变形主要采用一些加固措施，主要有一下几种：

（1）挖除置换法：用卵石、砾石、粗砂、石屑、灰土等工程性质较好的岩土体来替换覆盖层。此方法可以减小变形沉降，改善坝基排水条件，加速地基土固结。当覆盖层厚度比较小时，可考虑全部挖除，用砂土、壤土或砂壤土等换填并夯实，注意回填时应分层夯实，严格控制施工质量。

（2）重锤夯实法：当覆盖层厚度较大时，不易清除，可考虑在坝基保留部分河床覆盖层，对其进行强夯加固处理后作为坝基持力层。该方法可以避免大规模开挖，机具简单，能耗小，同时施工造价低。其缺点是机械磨损大，震动大，对周围地层的影响大，施工不易控制。

（3）排水固结法：当覆盖层较深处有厚层软土层或软弱夹层时，可在地基土层的表层或内部形成水平或垂直的排水通道，使地基土在自重或外荷作用下，加速排水和固结，从而提高地基土的承载能力和变形性能。

（4）混凝土灌注桩：在覆盖层的软土地基上采用混凝土灌注桩来增强地基的承载力、减少变形。该方法具有桩柱直径大、承裁能力强，可依据桩身内力大小适当配筋，可以节约钢材等特点。但在施工过程中可能出现缩颈、断桩、夹土以及混凝土离析等事故。

（5）振动水冲法：是用一种类似插人式混凝土振捣器的振冲器，在覆盖层物质中射水振冲造孔，同时以碎石或砂砾充填形成碎石桩或砂砾桩来加固地基。此方法可用于松砂和粘性土地基。因碎石桩承担了大部分传递荷载，同时又改善了地基排水条件，加速地基的固结，因而提高了地基的承载能力和减少变形性能。

（6）旋喷灌浆法：是利用旋喷机具建造旋喷桩以提高地基的承载能力，或形成连续墙来提升地基防渗能力。适用于砂土、粘性土、淤泥等地基，对砂卵石的防渗也有较好的效果[3]。可以用旋转、射水、振动或锤击等多种方法进行。

2.3 防渗排水

由于覆盖层主要由砂卵石层构成，其透水性极强，导致坝基防渗成为深厚覆盖层上修建水电工程的难题和研究热点。当前垂直防渗技术是控制坝基渗流的有效措施，其主要包括混凝土防渗墙、帷幕灌浆以及墙幕结合技术[4]。

（1）混凝土防渗墙

混凝土防渗墙是建立在坝基透水的覆盖层地层中的防渗结构。其功能主要是控制地层中水体渗流，减少渗透流量，从而来保证水电工程坝基的渗透稳定，是解决坝基深厚覆盖层中渗流的有效措施。防渗墙法在水电工程中得到了广泛的应用，其具有结构可靠、防渗效果好、适应不同的地层条件、施工方便快速、不受地下水位影响、造价较低等优良特点。

（2）帷幕灌浆

帷幕灌浆是指在坝基的砂砾石等覆盖层地基中采用灌浆方法来建造防渗帷幕。帷幕的顶部与坝体上部结构相连，帷幕底部深入坝基中相对不透水的岩层一定深度，从而可以较好地阻止或减少坝基覆盖层物质中地下水的渗透与渗流量，同时可与坝体下游的排水系统共同作用，降低坝基中渗透水流对闸坝的扬压力。从20世纪以来，帷幕灌浆方法一直是水电工程中坝基覆盖层物质防渗处理的主要手段，对保证水工建筑物的安全运行起着重要作用[4]。

（3）墙幕结合

一般来说，对于坝基覆盖层厚度较小时，混凝土防渗墙法是垂直防渗处理中首选的、最可靠、效果最佳的防渗措施；但当覆盖层厚度达到近百米以上时，覆盖层的物质结构等变得尤为复杂，此时用防渗墙法来全部阻断坝基渗流是不容易达到的，其施工技术难度大，而采用帷幕灌浆法会出现工程量大、工期长、投资大等问题。因此，当覆盖层厚度极大时，采用单一的防渗墙法或帷幕灌浆法均不好解决深厚覆盖层坝基防渗问题，由于在不断的实践和研究工作中创造性地提出了墙幕结合的防渗方法。

墙幕结合法可充分发挥防渗墙法与帷幕灌浆法各自的优势，将防渗墙嵌入到坝基中弱风化层一定深度，并在防渗墙下采用帷幕灌浆，从而形成了上有防渗墙、下有灌浆帷幕的一种联合防渗体系。当前，墙幕结合形成的联合防渗体系已经成功地应用于多个深厚覆盖层的坝基垂直防渗工程，如瀑布沟水电站，下坂地水利枢纽，三峡一、二期围堰，冶勒水电站，尼山水库工程[5]等，效果均非常好。

3 结论

终上所述，目前在水电工程中处理河床覆盖层的方法主要有清基、加固、防渗排水三种途径。从施工处理的技术和措施来看，一般当覆盖层厚度在50m以内时，常规的坝基覆盖层处理方法都可以进行，只是造价有所差别，如对覆盖层继续加固活着全部挖除等方法效果均好。但当坝址区地质条件差，覆盖层厚度大时，采用清基法则会出现工程量大、工期长，投资大、开挖技术难度大等问题，尤其是如开挖引起的排水、边坡稳定等问题比较难以解决，此时就需要考虑加固处理、防渗排水或者多种方法结合的措施。

参考文献

[1] 罗守成. 对深厚覆盖层地质问题的认识[J]. 水力发电， 1995， （4）： 21～25.

[2] 石金良. 大渡河河床深厚覆盖层及其工程地质问题[J]. 四川水力发电， 1986，9（3）： 10～17.

[3] 全 海. 河床覆盖层高压旋喷灌浆效果检测[J]. 岩石力学与工程学报， 2006， 25 （2）：289～293.

[4] 熊进， 祝红， 董建军. 长江三峡工程灌浆技术研究[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2003.

[5] 林宗元等. 岩土工程试验监测手册[M]. 沈阳：辽宁科学技术出版社， 1994.