冶勒水電站壩基弱膠結(jié)卵礫石層的工程特性研究

魏星燦，劉思丁

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都 610072)

0 前言

冶勒水電站為南椏河流域水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)的龍頭水庫(kù)工程，壩址位于一斷陷盆地邊緣，盆地內(nèi)地勢(shì)開(kāi)闊平緩，四周高山環(huán)抱。

水庫(kù)正常蓄水位2 650 m，總庫(kù)容2.98億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容2.76億m3，最大設(shè)計(jì)壩高達(dá)125.5 m，壩型為瀝青混凝土心墻堆石壩［1］。壩址區(qū)鉆孔揭示覆蓋層最大厚度超過(guò)420 m。

1 卵礫石層空間分布

壩址區(qū)覆蓋層根據(jù)沉積韻律、巖性變化及工程地質(zhì)特征，自下而上劃分為五大巖組:

1)第一巖組為厚層泥鈣質(zhì)膠結(jié)卵礫石層構(gòu)成，深埋谷底。

2)第二巖組系冰川堰塞堆積塊碎石土夾硬質(zhì)黏土組成。

3)第三巖組為卵礫石層與粉質(zhì)壤土互層，厚度46～154 m，卵礫石層粒度變化較小，含砂率較高，膠結(jié)較緊密，透水性較弱。

4)第四巖組為弱膠結(jié)卵礫石層，厚度65～85 m，以泥鈣質(zhì)空隙式弱膠結(jié)為主，局部基地式鈣質(zhì)膠結(jié)卵礫石層多呈層狀或透鏡狀分布。

5)第五巖組為冰水—河湖相沉積的粉質(zhì)壤土層。據(jù)孢粉、14C 和熱釋光等測(cè)齡資料，卵礫石沉積時(shí)代距今約3.2萬(wàn)年～4.0萬(wàn)年。

壩軸線地層巖性及分組情況見(jiàn)圖1。

圖1 壩軸線地層巖性及分組示意圖

2 物理力學(xué)特性

主要包括物理性質(zhì)和力學(xué)特性。

2.1 物理性質(zhì)

根據(jù)顆分試驗(yàn)成果繪制的第三、四巖組顆粒大小分布曲線，見(jiàn)圖2。

圖2 各巖組顆分曲線(平均線)

累積曲線基本上呈含砂率少的低緩坡型，顆粒主要為粗、細(xì)粒土兩大類(lèi)，其中，粗粒以礫石為主，含量占43%～63%，不均勻系數(shù)178.57～828.6［2］。據(jù)物性試驗(yàn)，土類(lèi)比重為2.77～2.83，干密度為1.94～2.24 g/cm3，孔隙比0.26～0.31，具有較大的干密度和較小的空隙比，屬密實(shí)土層。

壩址區(qū)各巖組的含水性和透水性具有不均一性，經(jīng)對(duì)第三、四巖組進(jìn)行20 組現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，見(jiàn)表1，其弱膠結(jié)卵礫石層滲透系數(shù)K=5.0 ×10－3～4.32 ×10－4cm/s，屬弱透水層［3］。

表1 弱膠結(jié)卵礫石層透水特性表

2.2 力學(xué)特性

力學(xué)特性包括載荷試驗(yàn)、抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)、抗?jié)B透強(qiáng)度試驗(yàn)。

2.2.1 載荷試驗(yàn)

弱膠結(jié)卵礫石層水平向和垂直向共計(jì)完成10組現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)，載荷試驗(yàn)P～S 關(guān)系曲線中未出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)，第三巖組弱膠結(jié)卵礫石層進(jìn)行水平載荷試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)最大荷載加至3.6 MPa時(shí)，其沉降量?jī)H2.68 mm，且土體仍無(wú)破壞跡象，從載荷～沉降量關(guān)系曲線上看仍處于正常壓密直線段。

第四巖組弱膠卵礫石層試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)水平向荷載加至1.1 MPa時(shí)，沉降量?jī)H3.08 mm;垂直向荷載加至1.5 MPa時(shí)，相應(yīng)的沉降量?jī)H為4.01 mm。

2.2.2 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

據(jù)第三巖組內(nèi)的粉質(zhì)壤土壓縮試驗(yàn)，其先期固結(jié)壓力為4.5 MPa，反映了土層具有超壓密特性?，F(xiàn)場(chǎng)大剪試驗(yàn)成果及室內(nèi)三軸試驗(yàn)成果，見(jiàn)表3。弱膠結(jié)卵礫石層摩擦角φ 介于38.23°～42.96°，凝聚力C 值均＞0.1 MPa，抗剪強(qiáng)度均高于現(xiàn)代河床卵礫石層，超固結(jié)壓密特征顯著。

表2 弱膠結(jié)卵礫石層變形參數(shù)及承載力

2.2.3 抗?jié)B透強(qiáng)度試驗(yàn)

深厚不均一覆蓋層上建高壩，對(duì)壩基土體的承載力和抗剪強(qiáng)度要求高，據(jù)12 組現(xiàn)場(chǎng)原位滲透變形試驗(yàn)成果，見(jiàn)表4。

具有泥鈣質(zhì)膠結(jié)特征的卵礫石層的抗?jié)B強(qiáng)度高，第四巖組卵礫石破壞比降為5.73 以上，第三巖組卵礫石破壞比降為6.4 以上［4－6］。

滲透變形試驗(yàn)顯示出弱膠結(jié)卵礫石層有較高的抗?jié)B穩(wěn)定能力，其平行層面的臨界比降Jcr=1.1～1.39，遠(yuǎn)高出一般卵礫石層Jcr=0.15～0.20，破壞比降達(dá)到了5.73～16.69。

表3 卵礫石土體抗剪指標(biāo)試驗(yàn)成果表

表4 現(xiàn)場(chǎng)滲透變形試驗(yàn)成果表

3 結(jié)語(yǔ)

主要有2個(gè)方面:

1)弱膠結(jié)超固結(jié)卵礫石層變形模量高、壓縮模量高、壓縮系數(shù)低、承載能力高的力學(xué)特性，大壩多年監(jiān)測(cè)資料和“5.12”汶川地震監(jiān)測(cè)資料顯示，壩基未出現(xiàn)沉降量大和不均一沉降等變形問(wèn)題。

2)弱膠結(jié)卵礫石層的滲透系數(shù)小、抗?jié)B能力強(qiáng)，其臨界比降和破壞比降遠(yuǎn)高于一般卵礫石層，大壩歷經(jīng)多年高水位運(yùn)行，其滲漏量和滲透坡降均小于允許值，未出現(xiàn)滲透變形破壞現(xiàn)象。

［1］成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.四川南椏河冶勒水電站初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.成都:成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，1991.

［2］夏萬(wàn)洪，魏星燦，杜明祝.冶勒水電站壩基超深厚覆蓋層Q3 的工程地質(zhì)特性及主要工程地質(zhì)問(wèn)題研究［J］.水電站設(shè)計(jì)，2009，25(02):81－86.

［3］中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T5355—2006 水電水利工程土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

［4］蔣曉明，蘇旭燕，樊天龍.冶勒水電站壩基深覆蓋層帷幕灌漿試驗(yàn)［J］.四川水力發(fā)電，1998，17(02):36－40.

［5］阿爾欣·斯拉木江，楊曉軍.膠結(jié)砂卵礫石在壩體工程中的作用［J］.陜西水利，2012(04):65－66.

［6］韓秀.巴仁水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固措施剖析［J］.黑龍江水利科技，2013，41(04):89－92.