花崗巖地質(zhì)特性及相關(guān)工程問題研究

■吳大成宋求明

（1中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司 云南 昆明650041；2中國水利電力對外投資公司 北京100120）

花崗巖地質(zhì)特性及相關(guān)工程問題研究

■吳大成1宋求明2

（1中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司 云南 昆明650041；2中國水利電力對外投資公司 北京100120）

南椰Ⅱ水電站樞紐區(qū)花崗巖具有全風化層深厚的地質(zhì)特性，構(gòu)造蝕變作用形成了不均勻風化的特點。在工程施工中，出現(xiàn)了全風化巖體高邊坡穩(wěn)定、壩基不均勻風化以及隧洞開挖穩(wěn)定等與花崗巖特性相關(guān)的工程地質(zhì)問題。

花崗巖深厚風化地質(zhì)特性邊坡穩(wěn)定壩基處理洞室開挖穩(wěn)定

南椰Ⅱ水電站位于老撾川壙省中南部、省會風沙灣東南約30km的南椰河流域。工程等級為二等大（2）型，水庫庫容1.58× 108m3以發(fā)電為主，總裝機容量為180MW。主要樞紐建筑物由粘土心墻主壩、泄洪沖砂兼導流洞、溢洪道、引水隧洞、廠房等組成。

1 工程區(qū)地質(zhì)條件簡述

工程區(qū)屬中、低山侵蝕、剝蝕地貌區(qū)，地形起伏，溝谷深切，山體凌亂發(fā)育，未有明顯山體走向。物理地質(zhì)作用以巖體風化為主，泥石流和滑坡零星發(fā)育，且規(guī)模都較小。水文地質(zhì)條件簡單，地下水類型主要為地表潛水和基巖裂隙水。地下水主要受大氣降水補給，總體上自兩岸山體向河床方向運移。

2 花崗巖工程地質(zhì)特性

南椰Ⅱ水電站前期勘察中，揭示了區(qū)內(nèi)花崗巖風化深厚及不均勻風化的地質(zhì)特點。

2.1 花崗巖的深厚風化特性

花崗巖體的深厚風化特性是電站的主要工程地質(zhì)問題。樞紐區(qū)花崗巖風化劇烈，但總體遵循從地表向深處風化程度逐漸減弱的趨勢，具有全風化巖體厚度大、強風化較薄且斷續(xù)發(fā)育的特點。

根據(jù)勘探成果以及開挖揭露的情況分析：兩岸風化埋深與高程呈正比關(guān)系，高程越高，風化埋深相應(yīng)增大。依據(jù)表中內(nèi)容，兩岸風化深度大體相當，弱風化垂直埋深均在73.0m左右，且均隨鉆孔孔口高程的增大，風化埋深增大。樞紐區(qū)內(nèi)深厚風化巖體的形成主要受巖石的結(jié)構(gòu)及礦物組成和當?shù)貪駸釟夂蛴嘘P(guān)。

2.2 花崗巖的構(gòu)造蝕變特性

花崗巖蝕變主要表現(xiàn)為長石的高嶺土化、蒙脫石化以及鉀長石的粘土化等。蝕變作用主要沿構(gòu)造帶、節(jié)理密集帶和巖脈分布，其形成主要受構(gòu)造及風化等多項因素的影響。巖石蝕變后，巖體遇水軟化，蝕變物質(zhì)易與水流失，導致巖體強度降低，巖體質(zhì)量變差。在引水隧洞開挖中，沿斷層帶花崗巖普遍具有輕微~中等的巖石蝕變，部分構(gòu)造帶中蝕變物質(zhì)開挖暴露后，在基巖裂隙水和空氣作用下，很快會產(chǎn)生膨脹、崩解及泥化，影響洞室穩(wěn)定。

花崗巖構(gòu)造蝕變是造成不均勻風化的主要原因。在壩址區(qū)開挖過程中，多見隔層風化，主要集中在全風化下段發(fā)育。風化應(yīng)力沿蝕變形成的軟弱帶，向巖體內(nèi)部侵蝕，是造成隔層風化的主因。

3 花崗巖巖體特性相關(guān)的工程地質(zhì)問題

花崗巖的深厚風化特性，給工程帶來了全風化巖體高邊坡、隧洞開挖和全風化巖體壩基等工程地質(zhì)問題。

3.1 全風化花崗巖巖體高邊坡穩(wěn)定問題

樞紐區(qū)全風化層厚度一般為30~49m，最深處達到53.7m。由全風化巖體構(gòu)成的邊坡，屬散體結(jié)構(gòu)，易產(chǎn)生圓弧滑移失穩(wěn)，穩(wěn)定性差。鑒于樞紐區(qū)全風化深厚的地質(zhì)特性，考慮到對全風化巖體邊坡進行支護的工程量較大，樞紐區(qū)邊坡以開挖后能夠維持自穩(wěn)為原則，地質(zhì)建議全風化巖體邊坡開挖坡比1:1.2~1:1.4。以此原則，進水口開挖形成110~120m的全風化高邊坡，其綜合坡比為1:1.37。因邊坡采用較緩的開挖坡比，邊坡開挖后能維持整體穩(wěn)定，但坡面巖體松散，受雨水沖刷等因素影響可能導致局部失穩(wěn)，所以支護原則以坡面保護為主，輔以深層防護，主要工程處理措施為：①設(shè)置邊坡頂部截水溝，馬道排水溝與周圍截水溝封閉；②坡面正常蓄水位以上采用網(wǎng)格梁支護，節(jié)點位置設(shè)土錨釘，在正常蓄水位以下使用貼坡砼防止庫水淘刷，并預留排水孔；③在邊坡中下部間隔10m做60t錨索防護，錨索水平下俯5~15°。邊坡支護處理后，經(jīng)過近兩個雨季的考驗，目前監(jiān)測位移量在允許范圍內(nèi)，并趨于收斂，邊坡保持穩(wěn)定。

3.2 全風化花崗巖巖體壩基處理

電站粘土心墻基礎(chǔ)設(shè)計上要求挖到強~弱風化。根據(jù)前期勘探結(jié)論：兩岸壩肩巖體風化強烈，垂直埋深最深到54m；兩岸壩肩強風化層范圍都不大，其中右岸較厚，最大15m，左岸較薄或無分布；河床沖洪積層以下即為弱風化基巖，個別部位夾有強風化。

在右壩肩實際開挖過程中，發(fā)現(xiàn)在前期勘探到強風化層以下為間隔全風化層，且為全風化下段，此段主要物質(zhì)為粘質(zhì)礫砂。滲透系數(shù)取值在1.16×10-3~6.77×10-5cm/s，總體屬于中等~弱透水層。室內(nèi)滲透變形試驗顯示全風化層滲透破壞為典型的流土型。因此，全風化下段巖體在高水頭作用下可能發(fā)生流土及接觸沖刷等滲透破壞。在進行壩基處理時，考慮到全風化段灌漿只能充填張性裂隙，而巖體空隙不能有效充填，處理后的基礎(chǔ)極難達到防滲標準要求，因此采用挖除強風化層及間隔全風化下段。現(xiàn)場全風化層挖除后，直接揭露為弱風化基巖，且基巖巖體完整，滿足心墻基礎(chǔ)要求。

3.3 花崗巖隧洞開挖穩(wěn)定問題

根據(jù)實際開挖情況，全風化巖體呈散體狀，為Ⅴ類圍巖洞室，開挖后應(yīng)及時支護；而弱、強風化圍巖，在洞室開挖后存在不穩(wěn)定或局部不穩(wěn)定，為Ⅳ~Ⅲ類圍巖；微新風化巖體，洞室圍巖堅硬，巖體完整，為Ⅱ~Ⅰ類圍巖。在地下隧洞開挖過程中，構(gòu)造帶巖體主要為碎裂巖、糜棱巖、片狀巖等，巖性軟弱，加之地下水作用，最易形成塌方。在現(xiàn)場開挖過程中，揭露到的構(gòu)造帶部位多采用超前錨桿＋工字鋼支撐＋系統(tǒng)錨桿掛網(wǎng)噴錨進行支護處理，取得較好的效果。在構(gòu)造帶較寬或是與洞軸向小交角時，圍巖垮塌較嚴重，垮落的構(gòu)造物質(zhì)在洞內(nèi)堆積，在支護中暫不清理，在拱頂做鋼支撐并與錨桿固定，采用回填灌漿，待強度上升后小尺寸開挖，在確保拱頂安全前提下，對洞渣進行清理，并及時在兩側(cè)樹邊拱，與拱頂鋼支撐組成完整的拱形防護。該方法在現(xiàn)場施工中保證了人員安全，取得了良好效果。

本工程地下隧洞總長超過20km，施工支洞較多，宜選擇全風化水平埋深較薄的部位作為進口，可以避免土洞段過長。在現(xiàn)場實際施工中，施工支洞進口多選擇在處于發(fā)育期的沖溝內(nèi)側(cè)或是附近，開挖后容易進入弱風化及微~新基巖中。施工中引水隧洞的1#，2#，3#施工支洞均是如此，其中1#和2#洞進洞口就在沖溝旁邊，入洞即為強~弱風化，而3#洞洞口兩側(cè)附近各有一條常年流水溝，土洞段僅37m左右就進入弱風化基巖。

4 小結(jié)

南椰Ⅱ水電站花崗巖的地質(zhì)特性在前期已經(jīng)基本掌握，但仍對不均勻風化現(xiàn)象預估不足，在右岸壩基開挖過程中，挖除隔層風化層后壩基比原設(shè)計高程平均降低約10m，相應(yīng)壩肩邊坡坡比過陡，致使在雨季上、下游壩肩邊坡發(fā)生垮塌，雖然規(guī)模均不大，但仍對后續(xù)壩基施工造成不利影響，因而建議在類似存在不均勻風化地區(qū)時，應(yīng)對關(guān)鍵部位的勘探進行加密，盡可能查清下伏地質(zhì)情況。

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-24-1

吳大成（1985～），男，碩士，研究方向為水利水電地質(zhì)和工程地質(zhì)。