四寨水庫副壩基礎(chǔ)F9斷層的處理措施

陸勇先

(黔南州水利水電勘測設(shè)計(jì)院，貴州 都勻558000)

1 工程簡況

四寨水庫位于貴州省貴定縣北部新鋪鄉(xiāng)境內(nèi)石板河上，水庫主要任務(wù)為灌溉及人飲，水庫設(shè)計(jì)灌溉面積2.05萬畝，并解決1.3萬人/1.1萬頭牲畜的飲水問題，水庫總庫容456萬 m3，水庫大壩樞紐布置由拱壩(主壩)、重力墩、重力擋墻及混凝土面板堆石壩(副壩)組成，拱壩(主壩)為混凝土砌石拱壩，壩高41 m，拱壩右壩肩設(shè)置漿砌石重力墩(沿軸線方向長26.0 m)，右岸為混凝土面板堆石壩(副壩)，重力墩與堆石壩之間布置漿砌石重力連接墻。副壩壩頂高程1 343.0 m，壩高18.5 m，壩頂寬 4.0 m，副壩長 118 m，最大壩底寬62.27 m，趾板采用平趾板方案，趾板寬度4.5 m，趾板厚度0.8 m。

受地形地質(zhì)條件限制，四寨水庫擋水建筑物布置比較復(fù)雜，壩型較多。原初步設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)擋水樞紐為拱壩+重力墩+重力壩。施工開挖揭露出F9斷層帶后進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，將副壩由重力壩改為混凝土面板堆石壩。

施工開挖揭露右岸副壩基礎(chǔ)F9斷層帶范圍較寬，寬度為35 m，填充物質(zhì)為紫紅色、灰色頁巖，黃色頁巖，黑色炭質(zhì)頁巖等碎石，與梁山組(P1L)接觸段大部分風(fēng)化成泥，自身滲透系數(shù)較小具備良好的防滲性能，但遇水極易軟化，軟化后力學(xué)參數(shù)迅速降低，由于混凝土面板堆石壩對基礎(chǔ)要求較低，原設(shè)計(jì)的右岸副壩重力壩方案不可行，從而改為混凝土面板堆石壩。但是混凝土面板堆石壩需要解決趾板過F9斷層的基礎(chǔ)處理問題，防止趾板基礎(chǔ)及堆石體基礎(chǔ)遇水軟化。(見附圖1)

2 F9斷層

副壩基礎(chǔ)主要出露地層為二疊統(tǒng)棲霞組上段(P1q2)灰色厚層灰?guī)r，含燧石灰?guī)r，厚度大于50 m，巖層產(chǎn)狀走向N65～75°W，傾向 NE，傾角 15°;下二疊統(tǒng)梁山組(P1L)，為褐黃色薄至中厚層砂巖夾頁巖、黑色炭質(zhì)頁巖，厚30～55 m;F9斷層帶順河向發(fā)育。

根據(jù)探勘結(jié)果，F(xiàn)9斷層破碎帶及影響帶段寬35 m，斷層傾向右岸，傾角45°，布置于斷層破碎帶的勘探孔ZK6(孔口高程1 327.542 m)在1 320 m高程以上垮孔嚴(yán)重、巖芯呈碎石夾泥狀;鉆進(jìn)至1 308.86 m高程依然未能取得柱狀巖芯，巖體呈強(qiáng)風(fēng)化狀，壩基巖體為CⅣ，建基面高程1 327～1 329 m，抗剪強(qiáng)度 φ =14°c=11 kpa，變形摸量 E0=1.0 Gpa，飽和壓縮摸量 Es=4.0 Mpa，滲透系數(shù) k=5.5 ×10－8(cm/sec)，地基承載力f0=400 kpa。

根據(jù)對F9斷層內(nèi)充填物的取樣實(shí)驗(yàn)報(bào)告，在天然狀態(tài)下其滲透系數(shù)較小(6.09 ×10－8～5.47×10－9)，自身具備良好防滲性能;天然狀態(tài)下其承載力及抗剪斷參數(shù)均能滿足工程要求，但遇水后極易軟化，力學(xué)指標(biāo)下降較快，因此需做好該部分的防滲處理，避免軟化，保證其天然狀態(tài)下的力學(xué)指標(biāo)。

圖1 F9斷層帶示意圖

3 F9斷層帶處理措施

根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)原則，混凝土面板堆石壩趾板應(yīng)盡量避免不良地質(zhì)條件，若無法避免斷層、破碎帶、軟弱夾層等不良地質(zhì)條件時(shí)，應(yīng)根據(jù)其產(chǎn)狀、規(guī)模和組成物質(zhì)認(rèn)真分析，盡可能全部置換基礎(chǔ)設(shè)置混凝土塞并延伸到下游一定距離，加強(qiáng)趾板部位的灌漿。四寨水庫副壩F9斷層順河向發(fā)育，橫穿整個副壩基礎(chǔ)，面板堆石壩趾板無法避開斷層帶;由于F9斷層帶影響范圍較寬(35 m)，傾角45°，全部置換基礎(chǔ)，開挖 F9斷層填充物質(zhì)后回填混凝土不現(xiàn)實(shí)不可行。

根據(jù)本工程實(shí)際情況，結(jié)合F9斷層填充物質(zhì)的特性，堆石壩對基礎(chǔ)要求較低，只要承載力滿足要求即可，而F9斷層天然狀態(tài)下不僅滲透系數(shù)小，而且物理力學(xué)指標(biāo)還是比較高的，天然狀態(tài)下承載能力完全滿足堆石壩的要求。需要解決的是防止?jié)B漏，以免F9斷層遇水軟化后迅速降低力學(xué)指標(biāo)。本工程副壩高18 m，承受壓力水頭不高，只要解決趾板防滲問題，做好趾板上游防滲及鋪蓋，延長上游滲徑，以確保趾板基礎(chǔ)及大壩基礎(chǔ)F9斷層填充物質(zhì)不遇水軟化即可。

設(shè)計(jì)在堆石壩上游側(cè)設(shè)置土工膜防滲鋪蓋，范圍從覆蓋右側(cè)梁山組至F9斷層及其影響帶，向上游延伸30 m，與堆石壩趾板采用連接板相連，鋪蓋總面積2 800 m2，在鋪設(shè)土工膜之前應(yīng)對鋪設(shè)面進(jìn)行清理，將鋪設(shè)面范圍內(nèi)的草皮、樹根、含有植物的表土、蠻石、垃圾及其它廢料清除，并將清理后的表面壓實(shí)，同時(shí)對清理面噴設(shè)一層水泥砂漿。此鋪蓋能較好地延長滲徑，同時(shí)利用F9斷層填充物自身較好的防滲性能，使其軟化部分僅在防滲鋪蓋外緣，而不致向深部發(fā)展影響工程安全。

3.1 堆石壩基礎(chǔ)F9斷層及其影響帶處理

(1)趾板上游側(cè)沿現(xiàn)地表向下開挖至1 327.0 m高程，堆石壩基礎(chǔ)開挖至1 325.0 m高程，開挖后對該部分基礎(chǔ)碾壓密實(shí);

(2)噴設(shè)一層水泥砂漿封閉碾壓后的開挖面;

(3)在基礎(chǔ)面鋪設(shè)土工膜防滲體，防止天然降水從壩體滲漏進(jìn)入F9斷層內(nèi)使斷層充填物軟化，土工膜上游與堆石壩趾板采用連接板相連，該部分土工膜工程量為1 400 m2;

(4)土工膜上部鋪設(shè)厚0.5m碎石保護(hù)層，在其上進(jìn)行堆石壩填筑。

(5)在下游壩坡與地面交接處設(shè)置排水溝，截住壩內(nèi)滲水。

壩基面鋪設(shè)的防滲土工膜均與趾板相連，與趾板下防滲帷幕共同構(gòu)成了對該部分基礎(chǔ)良好的防滲保護(hù)，使基礎(chǔ)不致遇水軟化，從而能保證工程的安全。

3.2 F9斷層及其影響帶趾板設(shè)計(jì)

根據(jù)對F9斷層內(nèi)填充物所做實(shí)驗(yàn)，可知斷層填充物在不被破壞時(shí)為不透水體，是極好的防滲材料，只是遇水后極易軟化。因此對趾板通過F9斷層及影響帶采用了以下處理措施:

(1)趾板常規(guī)處理措施:對趾板基礎(chǔ)應(yīng)先進(jìn)行固接灌漿及帷幕灌漿，后采用錨筋與基巖進(jìn)行錨固，錨筋直徑為25 mm，間距1.5 m，伸入基巖3 m，全長4 m，頂端彎成180°彎鉤與趾板底座內(nèi)鋼筋相鉤連。

(2)趾板特殊段處理措施:對開挖后的趾板基礎(chǔ)面鋪沒厚0.5 m碎石，碾壓至中密度后，在碾壓面上制作C20鋼筋砼趾板，并設(shè)置3.4 m長的拖板;F9斷層區(qū)趾板寬度設(shè)計(jì)為6.5 m，比其他部位常規(guī)4.5 m寬趾板寬2 m，增加滲徑;F9斷層區(qū)趾板進(jìn)行滿倉澆筑，在趾板上游側(cè)設(shè)置8 m長的鋪蓋，也是起增加滲經(jīng)長度;

4 處理效果

四寨水庫于2012年竣工，水庫已經(jīng)蓄水運(yùn)行。本工程副壩為一個堆石壩低壩，承受水壓力較小，副壩基礎(chǔ)發(fā)育范圍較寬的F9斷層帶，趾板基礎(chǔ)無法避開斷層帶，設(shè)計(jì)對F9斷層的寬度范圍、斷層走向、傾角、填充物質(zhì)的特性、堆石壩的受力特點(diǎn)等進(jìn)行針對性的分析研究，確定采用封閉斷層開挖面，增加趾板上下游滲徑長度的方法進(jìn)行處理。處理方法簡單明了，針對性強(qiáng)，經(jīng)過蓄水運(yùn)行的檢驗(yàn)，四寨水庫副壩運(yùn)行良好，不存在滲漏現(xiàn)象，堆石壩沉降較小，屬正常情況，處理方法有效。

5 結(jié)語

趾板是整個混凝土面板堆石壩防滲系統(tǒng)“承上啟下”的部位，趾板基礎(chǔ)若處理不好，易造成趾板變形滑動擠壓面板，從而破壞周邊縫，破壞整個防滲系統(tǒng)。所以趾板基礎(chǔ)處理應(yīng)采用最安全最可靠的處理方式，盡量避免不良地質(zhì)條件，若無法避免斷層、破碎帶、軟弱夾層等不良地質(zhì)條件時(shí)，應(yīng)根據(jù)其產(chǎn)狀、規(guī)模和組成物質(zhì)認(rèn)真分析，盡可能全部置換基礎(chǔ)設(shè)置混凝土塞并延伸到下游一定距離，加強(qiáng)趾板部位的灌漿。

本工程F9斷層走向呈順河流方向發(fā)育，影響范圍寬度達(dá)35 m，趾板無法避開F9斷層;F9斷層填充物質(zhì)為紫紅色、灰色頁巖，黃色頁巖，黑色炭質(zhì)頁巖，風(fēng)化成泥，天然狀態(tài)下，物理力學(xué)參數(shù)較高，遇水易軟化，力學(xué)參數(shù)迅速降低，斷層填充物質(zhì)自身滲透系數(shù)較小，防滲性能較好。作為堆石壩基礎(chǔ)或趾板基礎(chǔ)，主要針對其遇水軟化的特點(diǎn)，增加滲徑長度，加寬趾板寬度，趾板后設(shè)置托板，趾板上游采用鋪蓋增加滲徑長度，堆石壩基礎(chǔ)采用土工膜封閉基礎(chǔ)，從而保證趾板基礎(chǔ)和堆石壩基礎(chǔ)斷層填充物質(zhì)天然狀態(tài)的力學(xué)參數(shù)，達(dá)到工程設(shè)計(jì)的要求。從工程蓄水運(yùn)行檢驗(yàn)的情況看，處理方法有效?？晒╊愃乒こ探梃b。

［1］曹克明.混凝土面板堆石壩.中國水利水電出版社.2008.

［2］SL228—98混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范.北京:中國水利水電出版社.1998.

［3］DL5016—93混凝土面板壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則.北京:中國電力出版社.1993.