泥巖對大壩設(shè)計的影響綜述

胡 玥

(貴州水利科技開發(fā)有限責(zé)任公司，貴陽550001)

泥巖對大壩設(shè)計的影響綜述

胡 玥

(貴州水利科技開發(fā)有限責(zé)任公司，貴陽550001)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國對于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入越來越大。眾多的水利工程在全國范圍內(nèi)大量展開，在水利工程建設(shè)中，大壩建設(shè)是其重要內(nèi)容。由于大壩的建設(shè)地基要求嚴格，因此其設(shè)計以及建設(shè)過程都會受到在建區(qū)地質(zhì)的影響。文章就以泥巖地質(zhì)為核心論述其對于大壩設(shè)計的影響。泥巖是以黏土為主要礦物在長期自然作用下形成的沉積巖，其成巖時期較晚，在這種地質(zhì)條件下建大壩時，人們?yōu)榱俗非笤O(shè)計的合理性，往往會高估其抗剪強度，反而為大壩的設(shè)計以及施工造成負面影響。

泥巖;大壩設(shè)計;影響;設(shè)計修正

0 引言

泥巖(Mudstone)一種由黏土等礦物質(zhì)固化而成的沉積巖，其成分與構(gòu)造和頁巖有相似之處。但泥巖因其成分各異，分類不少、特性也較復(fù)雜。

1 工程概況

貴州白巖河水庫是一項以供水、灌溉為主，同時兼有灌區(qū)農(nóng)村人畜飲水功能的綜合性中型水利工程。工程位于田坪鎮(zhèn)境內(nèi)，水庫樞紐建于舞陽河二級支流白巖河上。工程總投資2.58億元，水庫壩址距縣城31 km，壩址以上集水面積151 km2，水庫正常蓄水位為414 m，正常庫容950萬m2，總庫容1 361萬m3，設(shè)計洪水標準50 a一遇。大壩為混凝土面板堆石壩，壩長151 m，壩頂寬6.5 m，最大壩高64 m，目前基礎(chǔ)工程已施工。

水庫壩址地形山嶺縱橫，地表植被破壞嚴重，土地涵水能力差，降雨年內(nèi)分布不均，因此旱災(zāi)頻繁發(fā)生，而暴雨時洪水排泄不通形成洪澇災(zāi)害。隴腳鄉(xiāng)盛產(chǎn)大米，耕地多集中在沿河兩岸的臺階上。區(qū)域內(nèi)旱災(zāi)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害性最大，平均每2 a發(fā)生一次，連續(xù)15 d不下雨就出現(xiàn)旱情，一遇到干旱就大面積減產(chǎn)，甚至顆粒無收，人畜飲水都很困難。因此，迫切需要解決區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉和人民生活用水困難。

2 泥巖的基本概述

泥巖對大壩設(shè)計有著各種各樣的影響，而全面掌握泥巖的分類和成分是研究泥巖對大壩設(shè)計影響的重要前提之一。

2.1 泥巖的常見分類

泥巖的分類有很多，也有不同的分類依據(jù)，在現(xiàn)實中可以根據(jù)泥巖的成分、泥巖的基本構(gòu)造、泥巖的固結(jié)程度進行分類。根據(jù)不同的需要和不同的研究目的，做出不同的分類。

因為本文涉及的是泥巖對大壩設(shè)計的影響，從大壩設(shè)計的地址需要和穩(wěn)定性考慮，應(yīng)對泥巖的固結(jié)程度進行深入的研究，所以在此就以泥巖的固結(jié)程度為分類依據(jù)。

從泥巖的固結(jié)程度考慮，泥巖可以分為:不固結(jié)的泥巖、輕度固結(jié)的泥巖、固結(jié)強度高的泥巖;其中，有根據(jù)固結(jié)的紋理特征又可以把固結(jié)的泥巖分為有紋理的固結(jié)和無紋理的固結(jié)。

其實，泥巖的成分和結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，分類不具有絕對性，分類標準也有很多。在實際的分類中，要根據(jù)研究的目的和需要進行不同的分類，實現(xiàn)其研究價值。

2.2 泥巖的成分

泥巖是由多種成分組成的，這些成分決定了泥巖的基本特性，也進一步?jīng)Q定了泥巖對大壩的影響。深入地分析泥巖的成分是非常必要的。

泥巖的主要成分由黏土礦物、碎屑礦物、后生礦物、鐵錳質(zhì)、有機質(zhì)等復(fù)雜的礦物組成［1］。泥巖是一種軟巖，強度低，有時甚至不宜做壩基。因此，在大壩的設(shè)計初期，一定要避免選擇在泥巖廣泛分布的地方，但是，有時候在泥巖地質(zhì)建設(shè)大壩是不可避免的，所以，研究泥巖對大壩設(shè)計的影響是有意義和價值的。相信，只要深入地研究，采取科學(xué)的措施，一定能把泥巖對大壩設(shè)計和施工的不利影響降到最低。

3 大壩壩基中的泥巖問題

主要存在3個問題:

3.1 泥巖中的節(jié)理

該工程一期設(shè)計時間比較早，當初地質(zhì)勘查時并未發(fā)現(xiàn)節(jié)理，但是在二期設(shè)計時發(fā)現(xiàn)了節(jié)理的存在，其過程大致如下:

1)初期，在開挖探洞GM1的過程中發(fā)現(xiàn)了大壩建設(shè)區(qū)的第二層泥巖中存在剪切節(jié)理。樁號26～39 m的泥巖頂部存在連續(xù)剪切帶，具有較為顯著的錯動擦痕。其中，整個剪切節(jié)理面較為光滑，有稍微的起伏表象。節(jié)理面傾角為1°～3°，傾向為N75°E。

2)中期，在第二層泥巖中出現(xiàn)二十多條節(jié)理，主要是在導(dǎo)流涵洞首部明挖時發(fā)現(xiàn)的。其節(jié)理特征主要是:長寬不盡相同，長度大致在2～50 m，寬約在5～15 cm。節(jié)理的充填物大部分屬于被切割的小塊泥巖，而整個節(jié)理面與前期發(fā)現(xiàn)的不同，表現(xiàn)為臺階狀、起伏較大，且呈現(xiàn)出眾多的“人”形分支裂隙。后期，在開挖較深的導(dǎo)流洞消力池時，發(fā)現(xiàn)了-1層泥巖存在節(jié)理，其存在于-1層泥巖的石壁上，有4條。這4條節(jié)理中，最長的一條經(jīng)測量有60 m，寬度大致在5～20 cm。其填充物主要是被切割的2～10 cm小塊泥巖，且含有軟泥膜。這一部分的節(jié)理面也有起伏，從小范圍來看，起伏差(i)大致在5°～10°，而從大范圍來分析，i僅在1°左右。

總之，隨著大壩設(shè)計以及施工的不斷深入，在不同階段都發(fā)現(xiàn)了節(jié)理的存在。并將這一情況及時地反映給設(shè)計者以及參與工程勘探的地質(zhì)人員，通過現(xiàn)場的驗證，壩基泥巖中存在節(jié)理，需要進一步分析其對抗剪強度的影響。

3.2 泥巖的抗剪強度

由于之前沒有考慮到節(jié)理問題，設(shè)計人員對泥巖的認識不足，僅僅根據(jù)以往的工作經(jīng)驗對摩擦角和凝聚力進行抗滑設(shè)計。通過實際開挖，查明了地下層泥巖中存在節(jié)理。

泥巖的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且不均勻，不同地方或者不同高程的泥巖顆粒含量不同，物理性質(zhì)也不同。該地區(qū)泥巖的顆粒含量小于30%，通過反復(fù)試驗和調(diào)查，設(shè)計人員根據(jù)新資料重新計算了泥巖的摩擦角和凝聚力。根據(jù)泥巖節(jié)理不同性質(zhì)，對設(shè)計進行了修改調(diào)整，使其符合地基的實際情況，對節(jié)理影響范圍進行補充設(shè)計，來保證大壩設(shè)計的科學(xué)性和合理性［2］。

3.3 大壩設(shè)計的修正

考慮到泥巖節(jié)理分布的實際情況，根據(jù)新的資料對大壩設(shè)計的相關(guān)部位進行了修改，與之前的設(shè)計不同的有:

1)對大壩進行修正，壩頂和壩底寬度有發(fā)生了變化，壩頂寬由8 m減至6.5 m?？紤]到泥巖節(jié)理的情況，因此，加寬了壩底的寬度，增強大壩的穩(wěn)定性。

2)對上下游壩的修正，由于節(jié)理具有不連續(xù)性，因此，根據(jù)節(jié)理分布情況，需要在上游和下游增設(shè)壩腳堆石體進行壓重。

3)壩基帷幕灌漿?？紤]壩基滲漏的原因，對壩基基巖采用帷幕灌漿，根據(jù)設(shè)計，灌漿在面板壩趾鉆孔對基巖進行灌漿，設(shè)置2排，排距1.5 m，孔距2 m，壩基基巖內(nèi)最大孔深12 m，采用水泥漿。

4 結(jié)語

綜觀國內(nèi)外的大壩建設(shè)，有不少都是建設(shè)在泥巖地質(zhì)基礎(chǔ)上的。然而有的工程對泥巖特性重視不夠，地質(zhì)勘察往往不到位，當年我國的葛洲壩就是因基礎(chǔ)開挖地質(zhì)出現(xiàn)問題而被迫停工再補作地質(zhì)勘探。而文中的水庫則由于及時補做前期工作且較為充分，較早發(fā)現(xiàn)泥巖節(jié)理，為修改設(shè)計提供了準確的資料，使得工程設(shè)計的修改非常及時，有效地防止了個別不合理設(shè)計帶來的負面影響。

［1］李承先.泥巖對大壩設(shè)計的影響［J］.東北水利水電，1997(07):31-33.

［2］米占寬，李國英.堆石料劣化及其對大壩安全運行影響的研究［J］.巖土工程學(xué)報，2008(11):13-18.

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1007-7596(2014)06-0107-02

2013-12-12

胡玥(1982-)，男，土家族，江蘇常州人，工程師，從事水利施工技術(shù)方面的工作。