白鶴灘水電站左岸壩基柱狀節(jié)理開(kāi)挖松弛特性試驗(yàn)研究

柯傳芳，于勝利

(中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司 中國(guó)三峽建設(shè)管理有限公司，成都 610000)

白鶴灘水電站左岸壩基柱狀節(jié)理開(kāi)挖松弛特性試驗(yàn)研究

柯傳芳，于勝利

(中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司 中國(guó)三峽建設(shè)管理有限公司，成都 610000)

白鶴灘水電站左岸壩基邊坡柱狀節(jié)理玄武巖出露且易松弛，對(duì)邊坡安全穩(wěn)定影響較大。為了解壩基柱狀節(jié)理玄武巖在爆破開(kāi)挖后松弛深度的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)，以壩基650～660 m高程邊坡柱狀節(jié)理試驗(yàn)區(qū)為研究對(duì)象，利用聲波孔檢測(cè)不同區(qū)域、不同支護(hù)條件下巖體松弛深度。通過(guò)分析檢測(cè)成果得出如下結(jié)論：地質(zhì)條件對(duì)柱狀節(jié)理玄武巖的松弛深度有影響；預(yù)應(yīng)力錨桿在一定時(shí)間內(nèi)能壓密松弛巖體，其防松弛作用好于砂漿錨桿。

白鶴灘水電站；柱狀節(jié)理；開(kāi)挖松弛特性；聲波檢測(cè)；預(yù)應(yīng)力錨桿

1 研究背景

金沙江白鶴灘水電站左岸壩基邊坡670 m高程以下出露柱狀節(jié)理玄武巖，是該水電站的主要工程地質(zhì)問(wèn)題之一，此現(xiàn)象在壩基巖體工程中極為少見(jiàn)[1]，備受當(dāng)前國(guó)內(nèi)水電行業(yè)的專(zhuān)家關(guān)注。石安池等[1]對(duì)影響柱狀節(jié)理玄武巖巖體變形特性的因素和變形性能各向異性的原因作了工程介紹和解釋說(shuō)明；徐衛(wèi)亞等[2]、孟國(guó)濤[3]、鄭文棠等[4]對(duì)采用數(shù)值方法在確定白鶴灘柱狀節(jié)理巖體本構(gòu)關(guān)系、參數(shù)取值等方面進(jìn)行了較深入的研究，并對(duì)壩基工程穩(wěn)定進(jìn)行了分析；王紅彬等[5]利用鉆孔攝像和聲波測(cè)試分析了柱狀節(jié)理巖體的開(kāi)挖卸荷后松弛特性。

上述研究對(duì)柱狀節(jié)理巖體自身特性進(jìn)行了各方面的探討，但并未分析實(shí)際施工過(guò)程中柱狀節(jié)理巖體松弛深度的變化規(guī)律。本文以左岸壩基650～660 m高程柱狀節(jié)理試驗(yàn)區(qū)邊坡為背景，通過(guò)分析不同區(qū)域柱狀節(jié)理玄武巖在無(wú)、有支護(hù)及砂漿錨桿支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)等條件下的松弛深度檢測(cè)成果，對(duì)有無(wú)支護(hù)及不同支護(hù)條件下柱狀節(jié)理玄武巖松弛深度變化規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)，其結(jié)論可為類(lèi)似工程提供資料參考[5]。

2 地質(zhì)概況

白鶴灘水電站左岸壩肩穩(wěn)定影響較大的有層間錯(cuò)動(dòng)帶C3,C3-1以及斷層F17、裂隙f108。 C3在左岸壩基面出露，高程為790 m左右，產(chǎn)狀NE 35°～50°，SE∠15°～20°[6]，寬度 30～50 cm，為凝灰質(zhì)角礫巖夾層，C3,C3-1穿過(guò)壩肩上游邊坡、壩基和壩肩下游邊坡；F17為NE向陡傾角構(gòu)造斷層，斜切壩肩上游邊坡、壩基和壩肩下游邊坡(見(jiàn)圖1)。

壩基邊坡高程665.0 m以下為P2β3層第一類(lèi)柱狀節(jié)理玄武巖[7]，柱體直徑13～25 cm，柱體內(nèi)微裂隙發(fā)育，易松弛，該層厚度約55 m，且受柱狀節(jié)理層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶LS3319,LS3319-1等密集分布的影響，層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶產(chǎn)狀變化大，錯(cuò)動(dòng)帶起伏，傾角變化也較大。建基面開(kāi)挖揭露時(shí)以干燥為主，僅沿?cái)鄬?、層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育部位潮濕或滲滴水。地下水以基巖裂隙水的形式賦存，埋深較大，分布在建基面以下。

3 柱狀節(jié)理試驗(yàn)區(qū)檢測(cè)孔布置

壩基高程650～660 m范圍柱狀節(jié)理玄武巖為試驗(yàn)區(qū)。為對(duì)比不同圍巖類(lèi)別及不同支護(hù)情況下壩基柱狀節(jié)理玄武巖松弛情況，將試驗(yàn)區(qū)分為A，B，C區(qū)。A區(qū)無(wú)支護(hù)；B區(qū)保護(hù)層2 m內(nèi)無(wú)支護(hù)，2 m以下為砂漿錨桿支護(hù)，錨桿長(zhǎng)6 m；C區(qū)采取預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)，錨桿長(zhǎng)9 m，保護(hù)層2 m段桿可拆卸。A，B，C 3個(gè)試驗(yàn)區(qū)分別布置有11，10，13個(gè)(共34個(gè))松弛聲波檢測(cè)孔(見(jiàn)表1)，聲波檢測(cè)孔具體區(qū)域布置情況見(jiàn)圖2。

表1 柱狀節(jié)理玄武巖試驗(yàn)區(qū)聲波檢測(cè)孔布置情況

圖2 聲波檢測(cè)鉆孔布置Fig.2 Layout of acoustic detection boreholes

4 柱狀節(jié)理試驗(yàn)區(qū)聲波檢測(cè)成果

4.1 試驗(yàn)A區(qū)聲波檢測(cè)成果

截止2015年7月26日，試驗(yàn)A區(qū)松弛深度匯總?cè)绫?所示，試驗(yàn)A區(qū)11個(gè)孔松弛深度范圍為0.1～1.9 m，平均松弛深度0.83 m，其中有5個(gè)孔松弛深度>1.0 m，有5個(gè)孔松弛深度<0.3 m。

試驗(yàn)A區(qū)大部分位于層間錯(cuò)動(dòng)帶LS3319下盤(pán)，松弛深度總體較小，爆破開(kāi)挖后4個(gè)月時(shí)間內(nèi)A區(qū)松

表2 試驗(yàn)A區(qū)松弛深度匯總(無(wú)支護(hù))

注：A2-3松弛深度成果截止至2015年5月18日

弛深度沒(méi)有變化。2015年4月19日A1區(qū)有4個(gè)孔松弛深度受現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境影響增加0.6～1.8 m， 1個(gè)月后松弛深度基本穩(wěn)定。其余孔松弛深度無(wú)變化，松弛深度長(zhǎng)期觀測(cè)值基本穩(wěn)定(見(jiàn)圖3(a))。A2區(qū)6個(gè)孔松弛深度在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中基本無(wú)變化，平均松弛深度為0.53 m，長(zhǎng)期觀測(cè)值基本穩(wěn)定(見(jiàn)圖3(b))。

圖3 試驗(yàn)A1和試驗(yàn)A2區(qū)松弛深度歷時(shí)曲線Fig.3 Time-history curves of relaxation depth intest area A1 and A2

4.2 試驗(yàn)B區(qū)聲波檢測(cè)成果

試驗(yàn)B區(qū)10個(gè)孔松弛深度匯總?cè)绫?所示，松弛深度范圍為1.1～4.2 m，平均松弛深度3.17 m。從首次測(cè)試至2015-07-26歷時(shí)244 d， B1-1孔松弛深度增加了0.4 m，松弛深度時(shí)間效應(yīng)不顯著；其余各孔松弛深度增加了1.1～4.2 m(B2-2)，松弛深度時(shí)間效應(yīng)顯著。

表3 試驗(yàn)B區(qū)松弛深度匯總(砂漿錨桿支護(hù))

注：B1-1，B2-3，B2-4松弛深度成果截止至2015年7月5日

B1區(qū)爆破開(kāi)挖后立即進(jìn)行砂漿錨桿支護(hù)，次日測(cè)試的松弛深度不大(0.1～1.2 m)；松弛深度增大主要發(fā)生在2014-12-13至2014-12-25 高程650～635 m爆破開(kāi)挖期間(即B1區(qū)域爆破開(kāi)挖后的32 d以內(nèi))，松弛深度增加了0.4～3.0 m；隨后巖體松弛情況基本穩(wěn)定(見(jiàn)圖4(a))。

B2區(qū)爆破開(kāi)挖后立即測(cè)試松弛深度小，在0.1～0.2 m之間；松弛深度增大主要發(fā)生在2014-12-03至2015-01-06高程650～628 m爆破開(kāi)挖期間(即其爆破開(kāi)挖后的44 d內(nèi))，松弛深度增加了1.0～4.1 m；隨后巖體松弛情況基本穩(wěn)定(見(jiàn)圖4(b))。

圖4 試驗(yàn)B1和試驗(yàn)B2區(qū)松弛深度歷時(shí)曲線(支護(hù)后)Fig.4 Time-history curves of relaxation depth intest area B1 and B2(after support)

4.3 試驗(yàn)C區(qū)聲波檢測(cè)成果

試驗(yàn)C區(qū)13個(gè)鉆孔松弛深度匯總?cè)绫?，弛深度范圍為1.6～4.3 m，平均松弛深度2.84 m。從爆后至2015-07-26，歷時(shí)234 d，C1區(qū)的C1-1，C2-2，C2-4松弛深度增加了0.2～0.6 m，松弛深度時(shí)間效應(yīng)不明顯；其余鉆孔松弛深度增加了1.4～3.6 m，松弛深度時(shí)間效應(yīng)顯著；孔C1-6，C1-7，C2-6從2月份開(kāi)始測(cè)試的孔松弛深度在1.9～2.6 m。

表4 試驗(yàn)C區(qū)松弛深度匯總(預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù))

注：C2-5松弛深度成果截止至2015年5月1日

C1區(qū)爆破開(kāi)挖后立即測(cè)試(C1-6,C1-7除外)的松弛深度較大，為1.0～2.2 m；松弛深度增大0.2～2.2 m，主要發(fā)生在2014-12-05至2014-12-28 高程650～628 m爆破開(kāi)挖期間(即其爆破開(kāi)挖后的29 d)；隨后巖體松弛情況基本穩(wěn)定(見(jiàn)圖5(a))。

C2區(qū)爆破開(kāi)挖后立即測(cè)試的松弛深度為0.4～1.2 m；松弛深度增大0.5～3.6 m，發(fā)生在2014-12-05至2015-01-16高程650～628 m爆破開(kāi)挖期間(即其爆破開(kāi)挖后38 d內(nèi))；隨后巖體松弛情況基本穩(wěn)定(見(jiàn)圖5(b))。

圖5 試驗(yàn)C1區(qū)和試驗(yàn)C2區(qū)松弛深度歷時(shí)曲線(支護(hù)后)Fig.5 Time-history curves of relaxation depth intest area C1 and C2(after support)

5 柱狀節(jié)理試驗(yàn)區(qū)聲波檢測(cè)成果分析

5.1 無(wú)支護(hù)條件下松弛深度影響分析

無(wú)支護(hù)條件下試驗(yàn)A區(qū)松弛深度最小，平均松弛深度0.83 m,遠(yuǎn)小于試驗(yàn)B區(qū)(3.17 m)和C區(qū)(2.84 m)的松弛深度。

分析原因?yàn)樵囼?yàn)A區(qū)位于LS3319層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶下盤(pán)，靠近壩肩槽上游邊坡(嵌固作用)，松弛程度較??；試驗(yàn)B區(qū)和C區(qū)位于LS3319層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶上盤(pán)和LS3323層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶下盤(pán)，靠近壩肩槽下游邊坡，而下游側(cè)山體較為薄弱，壩基和邊坡下挖臨空面范圍大,受錯(cuò)動(dòng)帶影響整體松弛程度較大。

5.2 不同支護(hù)條件下松弛深度影響分析

試驗(yàn)B區(qū)爆破開(kāi)挖后立即采取砂漿錨桿支護(hù)，次日測(cè)試的松弛深度不大，B1區(qū)在0.1～1.2之間，B2區(qū)在0.1～0.2 m之間。受附近梯段爆破開(kāi)挖影響，B1，B2區(qū)不同時(shí)期均出現(xiàn)異常增大的現(xiàn)象；爆破開(kāi)挖結(jié)束后，松弛深度情況基本穩(wěn)定，砂漿錨桿防松弛作用不明顯。

試驗(yàn)C區(qū)松弛深度在預(yù)應(yīng)力錨桿安裝后初期有所減?。篊1-1鉆孔在預(yù)應(yīng)力錨桿安裝后7 d，松弛深度為2.2 m，錨桿安裝后11 d松弛深度降為0.2 m；C1-2鉆孔爆破后松弛深度為1.4 m，錨桿安裝后3 d測(cè)試松弛深度降為0.2 m；C1-3鉆孔爆破后松弛深度為1.9 m，錨桿安裝后3 d測(cè)試松弛深度降為0.2 m；C1-4鉆孔爆破后松弛深度為1.5 m，錨桿安裝后3 d測(cè)試松弛深度降為0.4 m。檢測(cè)成果顯示預(yù)應(yīng)力錨桿在支護(hù)初期一定時(shí)間內(nèi)能起到一定的防松弛作用，但隨著時(shí)間的延續(xù)，松弛深度和程度繼續(xù)增加，防松弛作用降低。

基于上述分析，由試驗(yàn)B區(qū)和C區(qū)平均松弛深度(分別為3.17,2.84 m)可得：砂漿錨桿防松弛作用差于預(yù)應(yīng)力錨桿。

6 結(jié) 論

基于上述分析結(jié)果，得出結(jié)論如下:

(1) 無(wú)支護(hù)條件下試驗(yàn)A區(qū)松弛深度最小，平均松弛深度0.83 m；砂漿錨桿支護(hù)條件下，試驗(yàn)B區(qū)平均松弛深度為3.17 m；預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)條件下，試驗(yàn)C區(qū)平均松弛深度為2.84 m。

(2) 無(wú)支護(hù)條件下，柱狀節(jié)理玄武巖松弛深度主要受地質(zhì)條件影響。

(3) 不同支護(hù)條件下，砂漿錨桿防松弛作用差于預(yù)應(yīng)力錨桿，建議在對(duì)柱狀節(jié)理玄武巖體進(jìn)行支護(hù)時(shí)，應(yīng)選擇預(yù)應(yīng)力錨桿作為主要支護(hù)措施。

[1] 石安池，唐鳴發(fā)，周其健.金沙江白鶴灘水電站柱狀節(jié)理玄武巖巖體變形特性研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27(10)：2079-2086.

[2] 徐衛(wèi)亞，鄭文棠，寧 宇,等．柱狀節(jié)理壩基巖體三維各向異性數(shù)值計(jì)算[J]．巖土力學(xué)，2010，31(3)：949-955.

[3] 孟國(guó)濤．柱狀節(jié)理巖體各向異性力學(xué)分析及其工程應(yīng)用[D].南京：河海大學(xué)，2007.

[4] 鄭文棠．不規(guī)則柱狀節(jié)理巖石力學(xué)及在高邊坡壩基巖石工程中的應(yīng)用[D]．南京:河海大學(xué)，2008.

[5] 王紅彬，郝憲杰，李邵軍，等.白鶴灘柱狀節(jié)理巖體幾何結(jié)構(gòu)特征與卸荷松弛特性分析[J].土工基礎(chǔ)，2015，29(3)：84-87.

[6] 嚴(yán) 鵬，鄒玉君，盧文波,等.基于爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)的巖石邊坡開(kāi)挖損傷區(qū)預(yù)測(cè)[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，35(3):538-548.

[7] 吳 剛，王 敏.柱狀節(jié)理玄武巖爆破開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].水電與新能源，2015，129(3)：5-10.

(編輯：劉運(yùn)飛)

Characteristics of Excavation-induced Relaxation of Columnar JointedBasalt in the Left Bank Dam Foundation of BaihetanHydropower Station

KE Chuan-fang, YU Sheng-li

(Three Gorges Construction Management Co., Ltd., China Three Gorges Corporation, Chengdu 610000, China)

Columnar jointed basalt rock masses are exposed and easily relaxed on the left bank dam foundation of Baihetan hydropower station, posing large influence on the safety and stability of slope. In the aim of obtaining the variation rule and development trend, the relaxation depth of columnar jointed basalt in different areas under various support conditions was detected using acoustic detection technology. The area at elevation 650-660m of the dam foundation slope was selected as the test area. According to detection results, the relaxation depth of the columnar jointed basalt is affected by geological condition; pre-stressed anchor could prevent the rock mass from relaxation by compacting it, and the effect is better than that of mortar anchor.

Baihetan hydropower station; columnar jointed; excavation-induced relaxation; acoustic wave detection; pre-stressed anchor

2016-03-07；

2016-05-11

柯傳芳(1987-)，男，江西瑞昌人，工程師，碩士，研究方向?yàn)榇髩伟踩O(jiān)測(cè)，(電話)0834-2675143(電子信箱)kechuanfang2009@163.com。

10.11988/ckyyb.20160184

2017,34(6):128-131

TV542

A

1001-5485(2017)06-0128-04