2.1.2 坝基处理方案优选

河口村水库坝基为天然砂砾石地基，由于砂卵石地基本身不均匀，且存在软土夹层、砂子透镜体等，直接作为大坝建筑物的基础，不均匀沉降变形较大，需要进行人工地基处理。而需要采用人工地基时应先经过方案比较其经济合理性，并考虑采用一种或多种地基处理方法。

根据目前国内坝基处理的主要技术措施有强夯、高压旋喷桩、固结灌浆、振冲加固、换土垫基等措施。

2.1.2.1 地基处理方法分析

随着水利部水规总院初步设计审查的结束河口村水库工程，业主于初设审查结束后立即开展了主体工程大坝、泄洪洞、溢洪道、引水发电系统等工程的招标工作，并于2011年4月上旬完成招标工作，4月下旬主体施工单位承包商进场开始施工；根据施工单位进场后的施工进度安排和现场实施落实的情况，为确保坝基处理效果以及2011年截流目标的实现。根据进一步对坝基基础的补充勘测，参考国内外有关工程经验，结合河口村水库坝基覆盖层工程地质条件，经过进一步的分析和论证，适宜的坝基处理手段主要有以下几种。

（1）强夯。强夯，反复将重锤由高处自由落下，给地基土以强大的冲击力和振动，从而改善地基的工程地质性质。强夯法的加固作用主要体现在：①加密作用，排出地基土中的气体。②固结作用，排出地基土中的液体（水）。③预加变形作用，在冲击力各种颗粒成分在结构上重新排列，提前释放变形。经过强夯法处理，地基土的渗透性、压缩性降低，密实度、承载力、稳定性得到提高，湿陷性和液化可能性得以消除。根据公开资料，收集了几处与河口村水库坝基覆盖层地质条件相似的水利水电工程强夯施工案例，其试验效果见表2.1。

强夯法对处理覆盖层基础有一定效果，但对处理地下水位较高且含有大孤石的砂砾石地基效果尚无较成熟的经验，由于河口村水库坝基覆盖层中含漂石、孤石等大颗粒物质较多，且分布不均匀，坝基河床地下水位较高；同时强夯处理深度相对较小，一般不超过8m，河口村水库坝基覆盖层最厚约42m，对覆盖层深部将难以处理。

（2）高压旋喷桩。高压旋喷桩是采用高压水、气及浆液形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成连续搭接的水泥加固体，用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基，对于含有较多漂石、块石的地层，以及坚硬密实的其他土层，因高压喷射流可能受到阻挡或削弱，冲击破碎力和影响范围急剧下降，处理效果可能会有所降低，因此应当预先进行现场试验。高压旋喷桩一般用于工民建及公路等工程的地基加固中，水利水电工程中常用高压旋喷桩形成连续墙进行防渗，在水电工程用于覆盖层基础加固的分别是向家坝围堰基础以及小浪底部分防渗心墙基础（见表2.2～表2.4）。

根据以上工程的试验资料，高压旋喷桩可以用于砂卵石地基基础加固，能收到较好的效果；上述两项工程的地基与河口村水库坝基覆盖层地质条件相似，其中小浪底水利枢纽的覆盖层厚度比河口村水库还要大，本工程可以研究考虑。

（3）固结灌浆。固结灌浆是通过一定的压力，利用钻孔将水泥浆液注入地基中。固结灌浆是水利水电工程中常用的一种地基加固手段，但一般广泛用于加固基岩基础，主要为了改善岩石节理裂隙发育或有破碎带的岩石物理力学性能而进行的灌浆工程，可以提高岩体的整体性与均质性，提高岩体的抗压强度与弹性模量，减少岩体的变形与不均匀沉陷。但固结灌浆用于砂卵石地基很少，用于加固砂卵石地基的有瀑布沟水库、西霞院水库及泸定水电站（见表2.5）。

根据表2.5可以看出，采用固结灌浆加固砂卵石地基可以提高地基的承载力及抗变形能力，也能收到较好的效果，由于这几处地基与河口村水库坝基覆盖层地质条件相类似，西霞院水库工程可以研究考虑。

（4）开挖换填。换填法就是将基础底面以下不满足设计基础要求的软弱土层及松散的地层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的堆石料进行换填，同时以机械方法分层碾压，使之达到设计要求的密实度，成为良好的人工地基。由于本工程覆盖层较厚达42m左右，全部开挖换填工程量大、投资高、工期长，该处理方案在原可行性研究及初设阶段就曾比较，并未推荐大开挖换填方案。但对于坝基表层存在的局部软土夹层可采用局部开挖换填方案，以简化坝基处理措施、节省投资和工期，本次仍然可以考虑采用。

（5）振冲碎石（砂）桩。碎石桩和砂桩合称为粗颗粒土桩，振冲碎石（砂）桩挤密法是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入土孔中，形成大直径的碎石或砂所构成的密实桩体。但由于本工程坝基基础为砂卵石地基，地层中存在漂石、孤石，且在过水河床中施工，实施较为困难，本工程不宜采用。

2.1.2.2 地基处理方案的确定

根据河口村水库坝基覆盖层情况和初设审查意见，设计如下地基处理方案并进行比较。

方案一：防渗墙下游50m范围固结灌浆+局部换填+主堆石区强夯处理。

该方案为原初步设计推荐方案依据经验，大坝上游防渗墙至趾板下游50m范围区域为大坝基础控制主要核心区域，也是防渗墙、连接板及趾板等周边缝变形较大的区域。该区域基础存在4层壤土夹层，其中第一层土分布在表层附近，较厚，设计将该区域开挖至高程165.00m，对该范围内的第一层壤土夹层全部挖除后进行换填，其下部未开挖部分采用固结灌浆密实补强。其余部位坝基仅清除表层1～3m，且在其下游至大坝主堆石区基础范围的开挖建基面上，采用单击夯击能不小于3000kN·m的强夯进行处理。

方案二：坝轴线上游部分开挖换填+强夯处理。

将大坝上游开挖换填区域扩大到坝轴线处，即坝轴线上游以上范围内全部开挖至高程165.00m （即将坝轴线上游表层第一层软土夹层全部挖掉），并采用单击夯击能不小于3000kN·m的强夯进行处理，同时将强夯处理范围扩大到坝轴线下游以下70m范围。

方案三：坝轴线上游部分开挖换填+坝轴线上游53m范围高压旋喷桩处理。

将坝轴线以上范围挖至高程165.00m进行换填，但挖出后大坝上游防渗墙至趾板下游53m范围核心区采用高压旋喷桩加固，其他部位则采用不小于25t振动碾碾压12遍处理。

方案一固结灌浆处理工程量也很大，大面积河床表面需要做压盖也需要降水等问题，特别是占用工期较长，影响截流，投资费用较高。

方案二由于河口村水库坝基覆盖层含漂石、孤石多，强夯施工难度大；河床渗透系数大，强夯时需要降水，降水较困难；强夯处理深度有限，不能解决深覆盖层变形，同时强夯施工时间受截流直接影响，工期相对较长。优点是投资较省。

方案三施工相对灵活，围堰截流与否均能施工，不影响截流，在坝基清理前后均可进行施工，同时受地下水影响较小，工期相对较短，费用相对较低。

各方案比较分析（见表2.6）。

根据上述分析，从施工工艺、技术可靠性及工期比较，方案三（高压旋喷桩）均较优，经综合比较初步推荐采用方案三，即高压旋喷桩加开挖换填方案。