官地水電站壩基巖體可灌性初析

余曉華

官地水電站壩基巖體可灌性初析

余曉華

（水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院水電工程質(zhì)量監(jiān)督總站，北京 100120）

扼要介紹了官地水電站壩區(qū)的主要工程地質(zhì)情況及被灌區(qū)工程地質(zhì)特征，并對(duì)灌漿試驗(yàn)成果進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，分析認(rèn)為試區(qū)巖體在巖性、巖類、構(gòu)造形式上具有較好的代表性，灌后各級(jí)巖體的聲波波速（Vp）、完整性系數(shù)（Kv）、變形模量（E0）及防滲透性能均有不同程度的提高。對(duì)于構(gòu)造帶而言提高的幅度較大，但改善后巖體完整程度基本還是處于較破碎狀態(tài)，仍需要根據(jù)基礎(chǔ)開(kāi)挖情況，進(jìn)行生產(chǎn)性的灌漿試驗(yàn)。但本次試驗(yàn)對(duì)今后的設(shè)計(jì)、施工仍具有一定的指導(dǎo)意義。

壩基；可灌性；工程地質(zhì)

1　工程概況

官地水電站是雅礱江卡拉至江口河段水電規(guī)劃五級(jí)開(kāi)發(fā)方式的第三個(gè)梯級(jí)電站。工程樞紐區(qū)位于四川省涼山彝族自治州西昌市與鹽源縣接壤地帶，距西昌市直線距離約60km，有四級(jí)公路相連，對(duì)外交通較為方便。電站正常蓄水位1330m，水庫(kù)回水長(zhǎng)58km，總庫(kù)容約7.83億m3，采用碾壓混凝土重力壩壩型，壩頂高程1334m，最大壩高168m，采用右岸地下式廠房，裝機(jī)容量4×600MW。

2　壩區(qū)基本地質(zhì)條件

2.1地形地貌

官地水電站壩址區(qū)河道由上游至下游從S75°E逐漸變?yōu)镋W向，壩址區(qū)屬高山峽谷地形，河谷呈基本對(duì)稱的“V”型，臨江坡高大于700m，谷坡較陡峻。左岸谷坡地形陡峻，坡度40°～45°，局部段達(dá)50°～55°，基巖裸露，巖石堅(jiān)硬。右壩肩地形坡度一般35°～45°，局部段55°。

2.2地層巖性

大壩灌漿區(qū)涉及的地層主要為二疊系上統(tǒng)玄武巖、角礫集塊熔巖（P2β15-2）組成，表層第四紀(jì)覆蓋層分布較為廣泛?，F(xiàn)由老至新分述于下：

1）玄武巖組:壩址區(qū)出露地層主要為二疊系上統(tǒng)玄武巖組下段第五層第二小層（P2β15-2），中～厚層狀角礫集塊熔巖，灰綠色，堅(jiān)硬，角礫集塊結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。集塊一般10～15cm，大者可達(dá)25cm；角礫一般2～6cm。角礫集塊成分為斑狀玄武巖、含斑玄武巖，次圓狀為主。厚層狀，巖性較均一，巖體完整性好。壩軸線在Ⅶ線附近，軸線方向N12°E，右岸在基礎(chǔ)高程1 290m以N13°W方向折轉(zhuǎn)與電站進(jìn)水口相連。壩頂高程1334m，河床壩基建基面最低高程1 166m，最大壩高168m，壩長(zhǎng)465m，壩底寬153.2m，壩頂寬20m。壩型為輾壓混凝土重力壩，分為左岸擋水壩段、溢流壩段、右岸擋水壩段。壩基巖性較均一，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體較完整。斷裂以陡傾角為主，巖層走向N10°～20°W/SW∠70°～80°。壩基工程地質(zhì)條件是良好的。

2）覆蓋層（Q4）:第四系覆蓋層主要為現(xiàn)代河床沖積物以及分布于兩岸谷坡的崩坡積，坡殘積、少量沖溝內(nèi)的洪積物，兩岸的Ⅰ～Ⅴ階地堆積物零星分布。河床覆蓋層厚1.0～35.8m?？v向上厚度較穩(wěn)定，橫向上以河床左側(cè)最厚，向兩岸逐漸減薄。組成物質(zhì)為卵礫石夾砂層，含少量漂石，局部為粉細(xì)砂層，結(jié)構(gòu)較緊密，卵礫石磨圓度好，成份基本上為遠(yuǎn)源物質(zhì)，如花崗巖、大理巖等，縱向上基本連續(xù)，橫向上局部分布。岸坡覆蓋層，主要為崩坡積及殘坡積塊碎石土，分布比較廣泛，厚度不大，一般厚5～10m。

2.3地質(zhì)構(gòu)造

樞紐區(qū)地處礦山梁子斷裂與小高山斷裂所夾持的打羅地質(zhì)塊體之上，其內(nèi)部為向西陡傾（總體產(chǎn)狀為近SN/W∠75°～85°）的單斜構(gòu)造。地層傾向右岸，產(chǎn)狀N10°～20°W/SW∠70°～80°。樞紐區(qū)經(jīng)過(guò)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，發(fā)育有斷層及大量的錯(cuò)動(dòng)帶，裂隙亦十分發(fā)育。其中與壩基密切相關(guān)的規(guī)模較大的有F2、F5、F8等。斷層破碎帶寬度多大于1m，延伸長(zhǎng)度一般大于500m，多由片狀巖、壓碎巖、角礫巖及石英脈組成，個(gè)別由節(jié)理密集帶組成，頂?shù)酌婊騼?nèi)部多有連續(xù)的糜棱巖及斷層泥條帶；裂隙多張開(kāi)并充填鈣膜、巖屑及少量泥。

根據(jù)結(jié)構(gòu)面規(guī)模及構(gòu)造作用強(qiáng)度將其分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)，見(jiàn)表1。這些玄武巖的斷層、錯(cuò)動(dòng)帶及緩傾軟弱結(jié)構(gòu)面對(duì)大壩壩基的抗滑穩(wěn)定和變形穩(wěn)定起著重要影響。

2.4巖體透水性

河床壩基基巖以弱透水為主，局部含微透水透鏡體，淺表部為中等透水，弱偏上透水帶底板埋深90～120m，高程1 105～1 075m，距建基面深61～91m，面起伏很大，其下的弱偏下透水帶中含2條長(zhǎng)約25m、厚10m的微透水帶透鏡體，不能構(gòu)成穩(wěn)定的相對(duì)隔水層。岸坡淺部為中等～強(qiáng)透水，深部主要為弱透水，左岸弱偏上透水帶底板水平埋深在1 200m高程以上大于265m，右岸1 200～1 330m高程相應(yīng)埋深為220～320m；兩岸弱偏下透水帶底板均很深，亦無(wú)穩(wěn)定的相對(duì)隔水層。由此可見(jiàn)，河床及兩岸均無(wú)q≤1Lu的穩(wěn)定的相對(duì)隔水層；兩岸壩肩地下水位低平，水位埋深大，兩岸壩頂處與水庫(kù)正常蓄水位等高的枯期地下水面水平埋深均較大，約390～400m；河床右側(cè)上部承壓水埋深淺，且與右岸竹子壩溝水有聯(lián)系。據(jù)此特點(diǎn)，鑒于壩體的規(guī)模并綜合考慮壩基巖體的透水性，有必要采取有效的防滲處理措施。

2.5巖體風(fēng)化卸荷

壩區(qū)主要為堅(jiān)硬的玄武巖，玄武巖自身抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，風(fēng)化作用主要沿節(jié)理裂隙、構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)帶及斷層擴(kuò)展，以裂隙式風(fēng)化或夾層狀風(fēng)化為主要特點(diǎn)，在淺部如有斷層發(fā)育或裂隙密集帶，風(fēng)化作用強(qiáng)烈，多呈全～強(qiáng)風(fēng)化。風(fēng)化作用在空間上很不均一，但總體而言，由表及里，巖體風(fēng)化由強(qiáng)變?nèi)酰L(fēng)化夾層出現(xiàn)的機(jī)率減小。由于河谷下切，使岸坡向河流臨空方向產(chǎn)生卸荷。根據(jù)某電站壩區(qū)勘探資料、灌漿試驗(yàn)鉆孔及物探資料表明，巖體風(fēng)化卸荷較強(qiáng)?？傮w而言，岸坡全強(qiáng)風(fēng)化水平深度12～50m，弱風(fēng)化20～90m。強(qiáng)卸荷深度一般7～35m；弱卸荷深度一般15～80m。

表1　壩址區(qū)結(jié)構(gòu)面分級(jí)表

3　被灌區(qū)工程地質(zhì)特征

表2　兩試區(qū)巖體力學(xué)及滲透性指標(biāo)改善情況表

官地水電站規(guī)模巨大，大壩對(duì)壩基及兩岸巖體質(zhì)量要求較高，大壩建基面在中高程以下全部置于微風(fēng)化～新鮮巖體，中上部高程部分利用了弱風(fēng)化下段巖體。盡管壩區(qū)玄武巖為堅(jiān)硬巖類，強(qiáng)度高，但受構(gòu)造及風(fēng)化卸荷作用，巖體的完整性受到不同程度的破壞，形成巖體質(zhì)量的差異，尤其是錯(cuò)動(dòng)帶、F8斷層及影響帶等的工程地質(zhì)性質(zhì)較差，其承載強(qiáng)度、變形模量和抗?jié)B特性關(guān)系到大壩的安全，需要對(duì)其進(jìn)行處理。結(jié)合左右壩肩巖體的分布、壩區(qū)基本地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)要求，同時(shí)考慮施工方便及雨季安全，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察與研究，確定在左岸壩基范圍的2#號(hào)壩段1 350～1 357.27m高程和右岸23#壩段1 288m高程選擇了兩個(gè)具有代表性的灌漿試區(qū)。①左岸試驗(yàn)區(qū)位于左壩肩2#號(hào)壩段1 350～1 357.27m高程的自然邊坡，由管架搭設(shè)構(gòu)成施工平臺(tái)。主要灌漿對(duì)象是裂隙發(fā)育的Ⅲ3、弱上卸荷Ⅳ類巖體及F8斷層構(gòu)造帶。②右岸試驗(yàn)區(qū)位于右壩肩壩軸線下游側(cè)23#壩段，施工平臺(tái)高程為1 288m。主要灌漿對(duì)象是弱卸荷Ⅲ3、Ⅱ類巖體。

表3　兩試區(qū)巖體力學(xué)及滲透性指標(biāo)改善情況表

4　灌漿試驗(yàn)成果初析

兩試區(qū)巖體力學(xué)及滲透性指標(biāo)改善情況見(jiàn)表2，兩試區(qū)巖體力學(xué)及滲透性指標(biāo)改善情況見(jiàn)表3。兩試區(qū)單位注灰量（c）及透水率（q）隨次序遞減曲線見(jiàn)圖4。

從表2數(shù)據(jù)可以看出構(gòu)造帶提高的幅度較大，但改善后的效果還不是很明顯，巖體完整程度基本還是處于較破碎狀態(tài)，對(duì)于是否由于受夾泥影響還需要做進(jìn)一步的探明。而對(duì)Ⅳ類巖體、Ⅲ3類巖體灌漿后都起到一個(gè)靠近上一級(jí)的完整程度級(jí)別，但幅度不是很大。從波速成果分析表明，灌漿對(duì)巖體完整性仍具有一定的改善作用。可以看出灌后巖體的整體波速還是有了一定幅度的提高，灌后巖體的均一性也得到一定的改善，巖體的類別呈現(xiàn)向級(jí)別高的發(fā)展。表明了試區(qū)巖體中大部分裂隙面已被漿液充填，對(duì)碎裂巖體起到了重新膠結(jié)作用，使得巖體的完整性與均一性得到較大程度的改善，說(shuō)明了灌漿能改善節(jié)理裂縫、斷層（斷層影響帶）、剛性結(jié)構(gòu)面及部分軟弱夾層的性狀，提高巖體的聲波值。對(duì)左右岸的變形模量分析可以看出：兩岸試區(qū)綜合表現(xiàn)為巖體灌漿孔灌漿后Ⅱ類巖體孔內(nèi)變形模量由灌前的13.1GPa提高到灌后的14.98GPa，提高幅度達(dá)14.4%；Ⅲ3類巖體由灌前的10.37GPa提高到灌后的12.92GPa，提高幅度17%；Ⅳ類巖體由灌前的5.17GPa提高到灌后的7.15GPa，提高幅度38.3%；構(gòu)造帶（F8斷層）巖體孔內(nèi)變形模量由灌前的無(wú)法測(cè)試提高到灌后的2.38GPa。灌漿處理后左右岸的Ⅱ、Ⅲ類巖體變形模量提高率基本一致，變化幅度在14.4%～19.60%，而對(duì)于Ⅳ類巖體變形模量提高明顯，提高率近于40%。經(jīng)過(guò)灌漿加固處理后，各試區(qū)各級(jí)巖體的變形模量均有不同程度的提高，并且?guī)r體越破碎、巖級(jí)越低，其變形模量值提高幅度越大。表明了利用適宜的灌漿技術(shù)加固巖體并改善巖體質(zhì)量從方案上講是可行的。灌漿試驗(yàn)成果表明，Ⅱ、Ⅲ3類巖體的波速提高不明顯，變形模量提高幅度稍大，巖體質(zhì)量提高幅度有限，Ⅳ類和F8斷層帶的巖體完整性、均一性、強(qiáng)度均有明顯的改善與提高。各級(jí)巖體灌后的透水率均能滿足設(shè)計(jì)要求。

兩試區(qū)單位注灰量（c）及透水率（q）隨次序遞減曲線圖

從表3及圖可以看出，兩試區(qū)巖體力學(xué)及滲透性指標(biāo)改善情況說(shuō)明隨著灌漿次序的增進(jìn)，巖體逐漸被灌注密實(shí)，地層的均一性得到明顯改善。單位注灰量均呈現(xiàn)Ⅱ序孔較之Ⅰ序孔遞減明顯，但Ⅱ序孔仍存在一定的吃漿量，說(shuō)明上述貫通性較好的拉裂縫、節(jié)理裂隙或斷層破碎帶，在Ⅰ序孔灌漿完成后，便充填了一定的水泥且延伸較遠(yuǎn)，隨灌漿次序的增進(jìn)，對(duì)連通性較差，延伸較短的拉裂縫、節(jié)理裂隙和斷層破碎帶得到進(jìn)一步灌注，從而使不同巖體結(jié)構(gòu)（面）得到應(yīng)有的改善，灌漿效果顯著。根據(jù)兩試區(qū)鉆孔中水泥結(jié)石的不同埋深段的充填統(tǒng)計(jì)水泥結(jié)石及水泥膜主要充填在陡中節(jié)理裂隙中。因此表明節(jié)理裂縫、層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、剛性結(jié)構(gòu)面、部分軟弱結(jié)構(gòu)面及斷層影響帶為主要的吃灰結(jié)構(gòu)面。從表3還可以明顯看出左岸檢查孔的透水率也由先導(dǎo)孔的弱透水～中等透水提高到弱透水～微透水狀態(tài)。灌漿后的巖體基本處于弱透水～微透水狀態(tài)。由此表明隨著灌漿次序的增加，左試區(qū)巖體的滲透條件也隨之逐步改善。右岸巖體的完整性較好，且灌漿前的巖體的透水性相對(duì)左岸較好，隨著灌漿次序的增加，右試區(qū)巖體的滲透條件也隨之逐步改善。

5　結(jié)論

1）兩個(gè)試區(qū)巖體在巖性、巖類、構(gòu)造形式上具有較好的代表性。

2）兩個(gè)試區(qū)灌后各級(jí)巖體的聲波波速（Vp）、完整性系數(shù)（Kv）、變形模量（E0）均有不同程度的提高。對(duì)于構(gòu)造帶而言提高的幅度較大，但改善后巖體完整程度基本還是處于較破碎狀態(tài)，改善效果不明顯。

3）兩試區(qū)巖體灌后的防滲透性能得到明顯提高，巖體的透水性達(dá)到或接近相對(duì)不透水狀態(tài)。

4）對(duì)于斷層夾泥、錯(cuò)動(dòng)帶夾泥型、節(jié)理卸荷夾泥等獨(dú)特地質(zhì)現(xiàn)象，灌漿效果還有待進(jìn)一步確定。

5）此次試驗(yàn)條件與壩基巖體灌漿施工在應(yīng)力條件、邊界條件、蓋重條件方面尚存在著一定的差異，但本次灌漿試驗(yàn)巖體改善的效果總體比較明顯，對(duì)今后的設(shè)計(jì)、施工具有重要的指導(dǎo)意義。上述壩基巖體可灌性初步分析的結(jié)論，在后續(xù)的壩基巖體開(kāi)挖和灌漿工作過(guò)程中也得到了進(jìn)一步論證。

［1］ 趙永剛.二灘水電站壩基固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)［J］.水電站設(shè)計(jì). Vol.10 No.4，Dec. 1994.54～59；

［2］ 沙椿，黃澤孝. 溪洛渡水電站壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)檢測(cè)［J］. 水電站設(shè)計(jì). Vol.19 No.3，2003. 65～69；

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［4］ 李焰，余常茂. 三峽壩基灌漿施工主要技術(shù)問(wèn)題及解決措施［J］. 水利水電科技進(jìn)展. Vol. 27 No. 1.Feb. 2007.31～35.

Analysis of Groutability in the Dam Foundation Rock Mass of the Guandi Hydropower Station

YU Xiao-hua
（Water and Electricity Engineering Quality Supervision Station， Water Resources and Hydropower Planning and Design General Institute， Beijing 100120）

This paper deals with engineering geological features of the Guandi Hydropower Station dam and grouting test results. The study indicates that test rock mass is representative of lithology and structure. The acoustic wave velocity （Vp）， intactness index （Kv）， deformation modulus （E0） and permeability of the grouted rock mass are enhanced .

dam foundation； groutability； engineering geology； hydropower station； Guandi

中國(guó)辦好類號(hào)：［P642.3］A

1006-0995（2015）04-0601-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.029

2015-09-29

余曉華（1962-），女，四川成都人，高級(jí)工程師，主要從事水電水利工程地質(zhì)勘察和管理工作