口上水庫拱形重力壩主要工程地質問題分析及對策

【摘要】本文對口上水庫壩址區(qū)主要工程地質問題分析后，提出了對壩基建基面采取鑿毛、接觸灌漿、固結灌漿和防滲帷幕灌漿等處理措施，為類似工程提供參考。

【關鍵詞】拱形重力壩；工程地質問題；處理措施

口上水庫是山西省昔陽縣松溪供水水源工程，大壩布置在松溪河干流口上村上游的灰?guī)r峽谷地段，由于壩址區(qū)特殊的地形、地質特點，經(jīng)過壩型比選，設計將壩軸線布置為曲線型，其中壩體中部溢流壩段為圓弧形，兩岸擋水壩段壩軸線為溢流段圓弧的切線，成為一座拱形混凝土重力壩。

1、地質概況

壩址區(qū)松溪河谷底寬17～37m，河床高程608.2～609.3m，河水位高程為608.0m，河流流向為N16°E；河谷兩岸下陡上緩，右岸為單薄山梁，地貌上屬于溶蝕侵蝕低中山峽谷區(qū)。出露基巖主要為寒武系中統(tǒng)張夏組、寒武系上統(tǒng)崮山組、長山組、鳳山組灰?guī)r?；鶐r巖層平緩，呈單斜構造，產(chǎn)狀為N40°E/NW∠4°。巖體中節(jié)理裂隙較發(fā)育，切割深，延伸遠，均為高傾角近于直立，主要兩組裂隙為“X”節(jié)理，裂隙面較平直，波狀彎曲，較粗糙，裂隙張開，寬度1～35mm，多無充填物，少數(shù)有方解石、泥土、巖屑充填。主要物理地質現(xiàn)象為巖溶。

2、工程地質評價

（1）繞壩滲漏問題

左右壩肩節(jié)理裂隙發(fā)育，岸坡巖層不同高程之間的巖體中均存在層間溶隙及溶蝕裂隙，且通過陡傾角節(jié)理裂隙貫通溶隙，溶隙寬約5～30mm，雨季層間溶隙有水滲出。為此，左右壩肩可能存在繞壩滲漏問題。

（2）右岸單薄山梁穩(wěn)定問題

壩址區(qū)河流在壩軸線下游約77m處由N2°W轉向S53°E，形成一個長約77m，寬約102m呈N43°W展布的單薄山梁。右壩肩軸線走向為N76°E，水流方向為N14°W，工程建成運行后庫水壓力方向為N21°E。右岸岸坡巖層是產(chǎn)狀為N40E/NW∠4°，傾向河床。壩肩發(fā)育四組節(jié)理裂隙，該段岸坡在上游水壓力作用下，以第二～四組節(jié)理裂隙構成側切面，巖層層面構成滑動面的情況下，有向河床及壩下游、壩肩山梁背后下游滑動的可能，現(xiàn)分析計算其壩肩單薄山梁的穩(wěn)定性。選擇壩肩下游 ①及壩肩單薄山梁背后②兩個方向，采用公式1對右岸單薄山梁岸坡段單寬抗滑穩(wěn)定進行分析，岸坡前水位按校核水位646.5m，假設岸坡后無水位，巖層層厚按50～100cm考慮，假設河床608m處為一層面，巖石密度取2.70kg/m3，水比重取1kg/m3，滑面傾角取4°?？紤]到壩肩不同節(jié)理裂隙、蓄水后裂隙水壓力等不利因素對抗滑穩(wěn)定的影響，壩肩下游方向山梁巖層抗剪斷強度取f′=0.5，C′=0.2MPa；壩肩單薄山梁背后下游方向巖層抗剪斷強度取f′=0.6，C′=0.3MPa，分別對兩個方向高程608m、620m處幾個滑面參數(shù)進行計算，計算結果見表1。

公式1

式中：N為巖體自重的法向分力，N=Wco sθ；

T為巖體自重切向分力，T=Wsinθ；

P為上游巖面的水壓力，P= γ*H *H /2；

U為上游巖面的水的揚壓力，U=γ*H*B/2；

A為巖體滑動面面積，A=M* L；

F為地震力，F(xiàn)=ahW/g， ah=0.1g。

從兩個方向的兩個層面的抗滑穩(wěn)定系數(shù)計算結果看，均大于抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)1.5。因此，右壩肩單薄山梁在校核洪水位情況下，壩肩下游及壩肩單薄山梁背后下游的山梁巖體不存在抗滑穩(wěn)定問題，是穩(wěn)定的。

（3）壩基問題

壩基巖體為張夏組鮞狀灰?guī)r，巖性堅硬，中厚層狀結構，巖層層理發(fā)育、傾角較緩，屬弱風化層。局部地段存在節(jié)理裂隙密集帶。建基面范圍內基巖面整體為一緩傾斜的巖體層理面，右高左低，在建基面靠左岸側發(fā)育連續(xù)跌水坑組成的基巖深槽，前后較深，中間相對較淺。前兩個長15m，寬11m，深3m；后一個跌水坑寬9m，長11m，深6m；中間跌水坑深1.5m。壩基層里面及跌水坑壁光滑，存在與混凝土結合力弱及可能滲水通道問題。

3、處理措施

針對河床段建基面光滑向上游傾斜，為增強壩體與地基的結合，使壩基應力均勻擴散，提高壩體的抗滑穩(wěn)定性，對建基面采取了鑿毛處理，對建基面中的跌水坑垂直坑壁及倒坡壁做了順坡處理，對跌水坑周圍巖體進行了針對性固結灌漿處理，同時對跌水坑處加強了防滲帷幕處理。

為提高壩基巖體的整體性，減小壩基滲漏，降低揚壓力，對壩基進行固結灌漿和帷幕灌漿處理。左岸帷幕垂直河流方向延伸50m，右岸從壩頭折向上游，沿右岸單薄山梁向上游延伸155m。

為了加強壩體與基巖的連接，防止形成滲水通道，施工中對大壩左、右岸坡壩基進行接觸灌漿。

4、結語

口上水庫壩址區(qū)灰?guī)r峽谷依據(jù)壩址區(qū)特殊地形和地質情況而設計拱形重力壩工程地質問題復雜。通過對左右壩肩及壩基建基面主要工程地質問題分析后，對壩基建基面采取鑿毛、接觸灌漿、固結灌漿和防滲帷幕灌漿處理，解決了工程問題，經(jīng)蓄水驗證處理措施是有效的，也期望能為類似工程設計提供借鑒。

作者簡介：張許平（1969-），男，1994年畢業(yè)于山西礦業(yè)學院，高級工程師，主要從事工程地質與水文地質研究工作。