右江百色水利樞紐壩基巖體完整程度和質(zhì)量研究

傅文華

（廣西壯族自治區(qū)水利電力勘測設(shè)計研究院，530023，南寧）

右江百色水利樞紐壩基巖體完整程度和質(zhì)量研究

傅文華

（廣西壯族自治區(qū)水利電力勘測設(shè)計研究院，530023，南寧）

通過大量的勘探、試驗和統(tǒng)計分析工作，對右江百色水利樞紐壩基輝綠巖體的完整程度進行定量研究，并參照國內(nèi)外類似工程的經(jīng)驗，對壩基進行巖體質(zhì)量分類，提出初步處理措施。

百色水利樞紐；壩基；輝綠巖；工程地質(zhì)特征；完整程度；質(zhì)量；評價

一、工程地質(zhì)特征

右江百色水利樞紐工程主要由主壩、水電站、副壩和通航建筑物等4部分組成。主壩為全斷面碾壓混凝土壩，最大壩高130 m，壩頂長720 m，共分25個壩塊，溢流壩段長88 m，設(shè)4個溢流表孔和3個泄洪中孔。

主壩布置在第一條輝綠巖巖體（βμ4-1）上，壩區(qū)河段為較平直的開闊V形斜向谷，河水自北向南流。平水期水面高程119.5 m時，河寬45～110 m，水深0～12 m。河床地形凹凸不平，河心發(fā)育礁灘 4處；深槽3條，呈右行雁列式排列；深潭2個，水深均為12 m。河床砂卵礫石層厚度為 0～15.64 m，基巖頂板高程100～120 m。兩岸谷坡由輝綠巖（βμ4-1）及外側(cè)各巖層構(gòu)成，山體走向受巖層走向控制，呈不對稱狀，左岸近東西向，右岸為N42°W。兩岸岸坡左陡右緩，坡角分別為28°～32°和14°～20°。左岸山體相對較完整，僅在壩肩山梁上下游各發(fā)育一條沖溝，即壩線溝和左Ⅴ溝，切割深度為20～25 m；右岸壩線下游有右Ⅳ溝深切，形成三面臨空的右壩肩三梁，臨溝坡坡角為35°～40°。

壩址區(qū)地層經(jīng)受多次構(gòu)造運動，褶皺斷裂發(fā)育。主要構(gòu)造線為北西向，北東向次之。壩址規(guī)模較大的褶皺是坡平頂背斜，軸部位于壩線上游400 m，橫跨右江，向北西南東向延伸，方向為北40°～60°西；軸線微彎，軸部向南東傾伏。核部地層為泥盆系中統(tǒng)羅富組，南西翼為泥盆系上統(tǒng)榴江組及石炭系，北東翼為榴江組部分地層、二疊系和三疊系。兩翼巖層傾角40°～60°，軸部10°～40°。背斜在測區(qū)北部受F4斷層切割破壞，使其北東翼斷失榴江組部分和石炭系全部地層；F4斷層出露于壩基上游230 m處，以60°角傾向下游，于壩踵下400m處通過，對大壩穩(wěn)定影響不大。

主壩壩基巖體全部為華力西期輝綠巖巖體（βμ4-1），巖體水平出露寬140～ 145m，厚116～120m，斜切河道,以50°～55°角傾向下游偏右岸。壩基巖體巖性單一，巖體堅硬。巖體內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，切割壩基的斷層共有7條，全為北北東向～北東向的張扭性陡傾角斷裂，破碎帶寬一般為0.4～0.8m，充填物主要為膠結(jié)較差的角礫巖、蝕變碎塊巖及全強風(fēng)化的輝綠巖等。F6是切割壩基規(guī)模最大的斷層，它從壩上游切至壩下游，破碎帶寬3～4m。充填物的性狀較差，淺部30m以上的縱波速度(VP)為2.0km/s，透水率為3～16Lu，對壩基滲漏和變形均有不利的影響。節(jié)理裂隙共有5組，以似層狀的北西和北東向的中陡傾角和陡傾角裂隙為主，裂隙不發(fā)育。裂隙延伸長度一般為5～8m，最長12～15m，線密度一般為3～5條／m，局部為5～10條／m。裂隙寬0.3～0.5cm，充填物主要為方解石和石英脈，少數(shù)為全蝕變石榴石矽卡巖，均為硬性結(jié)構(gòu)面。

壩基巖體的含水類型為裂隙潛水，水量較少。從 4批水質(zhì)分析資料表明，輝綠巖體內(nèi)的地下水無侵蝕性。

輝綠巖體的風(fēng)化深度河床最淺，全、強、弱風(fēng)化帶下限埋深分別為0 m、2～7 m和3～25 m；右岸最深，分別為2～19 m、7～36 m和10～53 m；左岸居中，分別為1～8 m、2～11 m和6～22 m。

巖體初始應(yīng)力測試：巖體初始應(yīng)力測試分別在左岸PD#11平硐、PD206平硐內(nèi)各做1組和3組試驗。試驗資料表明：壩區(qū)最大主應(yīng)力方向為NE向，量值在5～9MPa之間，屬于中等地應(yīng)力區(qū)。通過對地應(yīng)力測試成果分析表明：該區(qū)地應(yīng)力場以地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場為主。

二、結(jié)構(gòu)面分級

根據(jù)斷裂的規(guī)模及其對工程巖體的影響程度，可將斷裂結(jié)構(gòu)面劃分為5級，見表1。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級結(jié)構(gòu)面為軟弱結(jié)構(gòu)面，I級結(jié)構(gòu)面將壩區(qū)劃分為不同構(gòu)造單元的巖體；Ⅱ、Ⅲ級結(jié)構(gòu)面將同一地質(zhì)構(gòu)造單元的巖體切割成大塊裂體；Ⅳ、Ⅴ級結(jié)構(gòu)面多為硬性結(jié)構(gòu)面，它又將大塊裂體切割成小塊體，形成各類結(jié)構(gòu)巖體。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級結(jié)構(gòu)面對工程巖體的變形、抗滑穩(wěn)定及巖體的滲漏穩(wěn)定起控制作用；Ⅳ、Ⅴ級結(jié)構(gòu)面在深部多處于緊密閉合狀，僅對邊坡等局部巖體穩(wěn)定有影響。

三、巖體完整程度

巖體完整程度的定量指標(biāo)一般采用巖體完整性指數(shù)（Kv）表示，也可用巖體體積節(jié)理數(shù)（Jv）評價，在一般情況下，Kv值與Jv值有一定的對應(yīng)關(guān)系。百色水利樞紐壩址輝綠巖巖體在鉆孔、平硐內(nèi)進行了大量聲波測試，并對平硐內(nèi)輝綠巖體體積節(jié)理數(shù)進行了詳細統(tǒng)計。結(jié)果表明，微風(fēng)化輝綠巖的 Kv值大部分為 0.55～0.75，可定為較完整巖體，而微風(fēng)化輝綠巖的Jv值大部分為10～20條/m3，只能定為完整性差的巖體，Kv值與Jv值對應(yīng)關(guān)系不一致。經(jīng)分析，其主要原因是微風(fēng)化輝綠巖體的節(jié)理裂隙面大部分為硅質(zhì)、鈣質(zhì)充填再膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面。此外，巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD值）是美國迪爾（Deere）根據(jù)金剛石鉆進的巖芯的采取率而提出的表示巖體質(zhì)量的一種定量指標(biāo)。目前，這種指標(biāo)已獲得廣泛應(yīng)用。對RQD值的確定，采用了三種方法：①根據(jù)鉆孔統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果為微風(fēng)化輝綠巖體的RQD值大部分為50%～70%；②以體積節(jié)理數(shù)Jv計算RQD值。在輝綠巖體中的8個平硐內(nèi)，每 2 m洞段劃分為一個單元，對每個單元分別統(tǒng)計 Jv值，然后計算RQD值：RQD（%）=115-3.3*Jv（Jv＜4.5時，RQD=100），統(tǒng)計結(jié)果為微風(fēng)化輝綠巖體的RQD值大部分為55%～70%；③在勘探平硐的洞壁拉皮尺，沿線量測和累計小于10 cm的巖塊長度，以2 m洞段為單元分別進行量測，再按公式（1）求RQD值，統(tǒng)計結(jié)果為微風(fēng)化輝綠巖體的RQD值大部分為45%～70%。以上3種方法相比較，統(tǒng)計結(jié)果基本一致。

結(jié)構(gòu)面性狀：①節(jié)理發(fā)育的一般特征。根據(jù)平硐調(diào)查分析得出，壩區(qū)輝綠巖巖體節(jié)理裂隙發(fā)育具有不均衡性，即同一組節(jié)理在不同的地方發(fā)育程度不同，就是同一組節(jié)理在相同的地方節(jié)理間距也相差較大。主要節(jié)理裂隙有5組。節(jié)理裂隙以北西向似層狀及北東向陡傾裂隙最發(fā)育，長度一般5～8 m，最長12～15 m。裂面較平整，裂隙寬度一般0.3～0.5 cm，少數(shù)達0.5～2.5 cm，大多充填片狀～極薄層狀方解石脈和全蝕變石榴石矽卡巖。其余方向節(jié)理裂隙不論規(guī)模、充填物質(zhì)厚度均不及上述2組節(jié)理裂隙發(fā)育。壩區(qū)緩傾下游的節(jié)理裂隙不發(fā)育。地質(zhì)測繪、平硐、豎井調(diào)查和鉆孔電視均未發(fā)現(xiàn)有規(guī)模較大、延伸較遠傾向下游的緩傾角裂隙。②節(jié)理間距。在壩區(qū)輝綠巖體中的鉆孔和平硐內(nèi)，詳細統(tǒng)計了輝綠巖體的每組節(jié)理間距，統(tǒng)計結(jié)果一般為0.1～0.3 m。

表1 斷裂結(jié)構(gòu)面分級

四、壩基巖體質(zhì)量分類

根據(jù)百色水利樞紐的具體工程地質(zhì)條件和設(shè)計、施工的實際情況，在巖體質(zhì)量分類中考慮了下列因素：①巖石強度；②巖體完整程度；③巖體的縱波速度；④巖體透水性；⑤巖體的初始應(yīng)力狀態(tài)等方面。

百色水利樞紐壩址為單一的輝綠巖地基，因其斷裂構(gòu)造和節(jié)理裂隙發(fā)育。依據(jù)上述分類因素和設(shè)計提供的壩體分塊模式，以簡明實用的指標(biāo)為主，加以經(jīng)驗的綜合判別，將本工程的壩基巖體質(zhì)量進行了分類，見表2。

表2 壩基巖體質(zhì)量分類

五、壩基巖體的工程地質(zhì)評價

壩基巖體為堅硬的輝綠巖（βμ4-1），輝綠巖單軸飽和抗壓強度弱風(fēng)化為80～120 MPa，微風(fēng)化為120～180 MPa，巖體承載力滿足130 m高壩的要求。巖體結(jié)構(gòu)類型：塊狀、次塊狀的AⅡ類巖體約占35%；次塊狀、鑲嵌碎裂的AⅢ類巖體約占59%；鑲嵌碎裂、碎裂狀的AⅣ類巖體約占5%；Ⅴ類巖體約占 1%。AⅡ類巖體的聲波速度VP=4 500～5 900 m/s，變形模量E0=23～24GPa；AⅢ類巖體的聲波速度VP=4 000～4 500 m/s，局部VP=3 000～3 500 m/s，變形模量E0=7～8GPa。巖體強弱風(fēng)化帶下限埋深：左岸2～11 m和6～22 m,河床2～7 m和3～25 m,右岸7～36 m和10～53 m。

壩基輝綠巖體中平硐和豎井的裂隙調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)有平緩裂隙20條，除1條與其他方向不同的裂隙首尾銜接長達7 m外，其余19條的出露長度均小于3 m；長達570 m的鉆孔電視未發(fā)現(xiàn)傾角小于30°的傾向下游的裂隙；從右岸平硐統(tǒng)計的輝綠巖體節(jié)理極點圖上也可以看出，傾向西南(下游)的55條裂隙中僅有2條的傾角小于30°，傾向上游的裂隙傾角也多在20°～40°之間。這說明，壩基巖體中緩傾角裂隙不發(fā)育，不具備產(chǎn)生淺深層滑移破壞的邊界條件，不存在壩基巖體的淺層和深層滑動的工程地質(zhì)問題。

根據(jù)壩基 405段鉆孔壓水試驗資料分析，得出壩基弱微風(fēng)化輝綠巖不同部位透水率所占的百分比，說明壩基巖體透水性小，微風(fēng)化～新鮮輝綠巖一般透水率＜1 Lu，局部裂隙發(fā)育地段為3～11 Lu，地下水活動微弱。從兩岸位于地下水位線以下的探硐開挖可以看出，開始大部分呈滴水狀，局部裂隙發(fā)育洞段出現(xiàn)雨淋狀滴水，一段時間后滴水狀洞段一般呈潮濕狀，只有PD#21探硐主洞底一直呈線狀流水。

F6為高陡傾角張扭性斷層，斷層破碎帶具一定寬度，且膠結(jié)不良，局部地段有夾泥，其存在破壞了壩基巖體的完整性和均一性，而且又是河床切割壩基延入庫內(nèi)的主要斷層，成為庫水向壩后滲漏的潛在通道。

綜上所述，輝綠巖體是混凝土重力壩較為良好的壩基，不足之處是巖體厚度小，與壩基寬度相當(dāng)，而外側(cè)巖體軟弱，并以50°～55°角插入壩基，對大壩的變形和應(yīng)力傳遞不利。另外，F(xiàn)6斷層從#6壩塊上游切至下游，對防滲、滲壓和應(yīng)變的控制也不利。

[1]羅繼勇，等.右江百色水利樞紐初步設(shè)計報告[R].2001.

[2]黃國展，等.右江百色水利樞紐RCC主壩工程竣工工程地質(zhì)報告[R].2007.

責(zé)任編輯 鄭 爽

Studies on completeness and quality of rock foundation of Baise Water Complex in Youjiang River//

Fu Wenhua

Quantitative analysis has been made on the level of integration of diabase mass of Baise Water Complex in Youjiang River,along with a series of reconnaissance,experiments and statistic analysis.Relevant measures are proposed for classification of rock mass quality with reference of experiences of similar projects both home and abroad.

Baise Water Complex;rock foundation;diabase;engineering geological feature;degree of completion; quality;evaluation

TU45+TV223

：B

：1000-1123（2017）08-0050-03

2017-01-08

傅文華，高級工程師，主要從事水利水電工程勘察和管理工作。