清江水庫(kù)大壩工程地質(zhì)問(wèn)題及地基處理措施

馬明芬

(永州市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 永州 425000)

1 工程概況

清江水庫(kù)位于江華縣大石橋鄉(xiāng)源口村，地處瀟水三級(jí)支流清江流域清江河上游，距離大石橋鄉(xiāng)8km，距離江華縣城42km，有鄉(xiāng)村公路或簡(jiǎn)易公路可直達(dá)壩址區(qū)，工程對(duì)外交通較為方便。

壩址以上控制流域面積17.38km2，干流長(zhǎng)度為10.47km。水庫(kù)正常蓄水位428.50m，正常庫(kù)容427.3萬(wàn)m3；死水位387.40m，死庫(kù)容4.4萬(wàn)m3；校核洪水位430.27m，總庫(kù)容471.4萬(wàn)m3，最大壩高58.80m，是一座以灌溉為主，結(jié)合鄉(xiāng)村供水等綜合利用的小(1)型水利工程。

清江水庫(kù)大壩河床左壩段基礎(chǔ)開(kāi)挖至370～381m高程，河床右壩段基礎(chǔ)開(kāi)挖至367～380m高程，該壩段范內(nèi)已清除厚約7m的第四系砂卵礫石層及基巖強(qiáng)風(fēng)化層，兩岸坡段也清除了第四系殘坡積層及強(qiáng)風(fēng)化巖層，開(kāi)挖范圍按設(shè)計(jì)要求建基面已基本形成到位。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 基礎(chǔ)巖性

清江水庫(kù)大壩河床左、右壩段基礎(chǔ)開(kāi)挖已到設(shè)計(jì)高程，該壩段地層巖性為泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組上段(D2t2)中厚層泥質(zhì)粉砂巖、中薄層砂巖、頁(yè)巖互層，表層風(fēng)化破碎、構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，經(jīng)開(kāi)挖建基面已到弱風(fēng)化和微風(fēng)化層，左壩段巖層產(chǎn)狀為N2°W～N29°W.SW∠25°～34°，傾向下游略偏左岸。右壩段巖層產(chǎn)狀一般為N8°W～N30°E.SW～NW∠25°～30°，傾向下游略偏右岸，局部巖層扭曲，傾角變陡至39°。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

清江水庫(kù)大壩巖層屬單斜構(gòu)造，基礎(chǔ)開(kāi)挖揭露的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要有斷層和節(jié)理。

2.2.1 斷層

(1)F1斷層產(chǎn)狀為：N50°W.SW∠70°，傾向左岸，屬壓性斷層，斷層破碎帶寬1.2～2.0m，分布在壩段上游齒槽坡腳上游側(cè)邊坡，與F2斷層交匯在齒槽坡腳處。

(2)F2斷層產(chǎn)狀為：N34°W.NE∠76°，傾向上游偏右岸，屬壓性斷層，斷層破碎帶寬0.5～2.0m，F(xiàn)2與F1斷層于上游齒槽匯合后并沿N60°W方向斜穿大壩中部向下游河床，河床部位破碎帶寬1.0～2.0m，巖石變得扭曲，由泥化的深灰色頁(yè)巖和炭質(zhì)頁(yè)巖夾角礫物質(zhì)組成，已中等泥化，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度較低。

(3)F3斷層產(chǎn)狀為：N75°E～N77°W.SE～SW∠81°～85°，傾向左岸，屬壓性斷層，橫穿壩址，兩側(cè)巖石發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，斷層破碎帶寬0.1～0.2m，破碎帶為深灰色頁(yè)巖及含泥角礫巖充填，局部泥化，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度較低。分布在河床中部上游齒槽的上游側(cè)邊坡，之后往S78°W方向延伸，延伸長(zhǎng)度50～60m后與F2斷層交匯。

(4)F4斷層產(chǎn)狀為：N44°W.SW∠54°，傾向左岸，屬壓扭性斷層，斜穿大壩，斷層破碎帶寬0.1～0.2m，延伸長(zhǎng)度55～60m，F(xiàn)4與F3斷層于河床中部齒槽的下游側(cè)邊坡匯合后并沿正E方向延伸至齒槽的上游側(cè)邊坡，破碎帶為深灰色頁(yè)巖及含泥角礫巖充填，局部泥化，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度較低。斷層兩側(cè)巖層產(chǎn)狀稍有變化。

2.2.2 節(jié)理

大壩河床及岸坡段基坑節(jié)理裂隙比較發(fā)育，以NWW向較發(fā)育，NE向次之，分述如下。

(1)NWW組：產(chǎn)狀N80°～50°W·SW或NE∠44°～85°，與河流近于平行，與層面垂直，間距0.5～1.0m，寬1～5mm，延伸長(zhǎng)1.0～5.0m，面較平直，多張開(kāi)充泥，沿節(jié)理卸荷明顯。沿該組結(jié)構(gòu)面多形成陡坎，對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。如節(jié)理JL3：其產(chǎn)狀為N87°W～N56°W.NE∠56°～59°，該節(jié)理面主要傾向河床，目前此邊坡已沿該節(jié)理面崩塌形成光滑的坡面。

(2)NW組：產(chǎn)狀N30°W·NE∠80°，與河流斜交，間距0.3～1.5m，寬0～2mm，面平直，延伸長(zhǎng)0.5～2.0m，部分充填泥質(zhì)。

(3)NE組：N30°～60°E·SE或NW∠40°～85°，與河流呈小角度斜交，切層，間距0.5～1.0m，寬0.5～2mm。延伸長(zhǎng)0.5～2m，面平直，多閉合無(wú)充填，為層面反傾向節(jié)理。如節(jié)理JL0：其產(chǎn)狀為N39°E.SE∠40°，位于上游齒槽的上游側(cè)順向邊坡，該壩段巖層傾向下游略偏左岸，隨著齒槽往下開(kāi)挖，形成臨空面邊坡，以致上游面順層邊坡失穩(wěn)，局部塌方掉塊，沿該節(jié)理面形成卸荷裂隙。

(4)NEE組：N54°～60E°·NW∠46°～83°，與河流呈小角度斜交，切層，幾乎與巖層層面呈“X”型相交，間距0.5～1.5m，寬1～3mm。延伸長(zhǎng)0.5～3m，面平直光滑，少數(shù)充填泥質(zhì)，局部卸荷張開(kāi)，切割面對(duì)岸坡穩(wěn)定性影響較大。

3 大壩基礎(chǔ)工程地質(zhì)問(wèn)題及地基處理措施

3.1 大壩基礎(chǔ)

經(jīng)施工開(kāi)挖揭露，大壩基礎(chǔ)地層巖性為泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組上段(D2t2)中厚層泥質(zhì)粉砂巖、中薄層砂巖、頁(yè)巖互層。該地層巖性軟硬相間、表層風(fēng)化破碎、構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，特別是NWW組、NEE組節(jié)理構(gòu)造對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。大壩基礎(chǔ)主要工程地質(zhì)問(wèn)題是地基不均勻沉降問(wèn)題、滲透穩(wěn)定問(wèn)題和邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。給出如下工程措施建議。

(1)對(duì)大壩基坑開(kāi)挖施工安全影響范圍內(nèi)的邊坡采用錨固及噴漿保護(hù)措施，錨固孔間距3m，錨固深度3m。

(2)大壩基礎(chǔ)全斷面布設(shè)梅花形灌漿孔進(jìn)行固結(jié)封閉處理，灌漿深度深至建基面以下5m，孔排距為3m(國(guó)內(nèi)工程采用值：孔排距2～3m，多數(shù)采用3m，孔深5～8m)，以增加巖體完整性，提高巖體彈性模量，減少基礎(chǔ)沉陷，封閉裂縫，減少滲水，降低滲透壓力。

(3)結(jié)合固結(jié)灌漿，在大壩上游齒槽進(jìn)行帷幕灌漿防滲，防滲帷幕深至透水率q=3.0Lu值線，兩岸延伸長(zhǎng)度與相對(duì)不透水層相連，從壩前正常高水位428.50m起計(jì)算其延伸長(zhǎng)度；最大壩高58.80m，屬中壩，設(shè)置2排帷幕灌漿孔，當(dāng)裂隙密集并有充填或軟弱夾層時(shí)，可適當(dāng)增加排數(shù)；帷幕灌漿孔間距2m(一般根據(jù)水頭、基巖孔隙率和現(xiàn)場(chǎng)試確定，約等于單孔灌漿影響半徑R的1.6～1.8倍，為2～4m)。

3.2 斷層破碎帶

對(duì)于基礎(chǔ)開(kāi)挖所揭露的斷層F1、F2、F3、F4破碎帶主要由深灰色頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖夾角礫物質(zhì)等組成，有中等泥化和結(jié)構(gòu)松散的性質(zhì)，力學(xué)強(qiáng)度低。存在不均勻沉降問(wèn)題、抗滑穩(wěn)定問(wèn)題和滲透穩(wěn)定問(wèn)題。

給出處理措施建議：對(duì)斷層破碎帶進(jìn)行抽槽及砼回填處理，以改善地基承載能力、增大其抗剪強(qiáng)度和增強(qiáng)抗?jié)B性能。根據(jù)我國(guó)壩工建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于寬度小于2m的斷層破碎帶按常規(guī)方法抽槽，開(kāi)挖深度h=(1.0～1.5)b(b為破碎帶寬度)，建議該斷層破碎帶抽槽深度至建基面以下2.0～3.0m，然后埋管、混凝土填筑后再進(jìn)行固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)，灌漿深度深至建基面以下8m，孔排距為3m，并加強(qiáng)延伸至帷幕上游區(qū)10m。

3.3 齒槽上游側(cè)邊坡

齒槽上游側(cè)邊坡為順層坡，受構(gòu)造節(jié)理JL0影響，邊坡應(yīng)力釋放，局部塌方掉塊，沿節(jié)理面形成拉裂縫，齒槽上游側(cè)邊坡存在邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題。

工程措施建議：先用大塊石壓腳，然后增設(shè)錨固處理，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比，錨固深度6m，錨固孔排距3m，然后在齒槽內(nèi)采用錨固補(bǔ)強(qiáng)處理，錨進(jìn)深至原設(shè)計(jì)齒槽底板高程以下0.5m的完整基巖內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

清江水庫(kù)壩基巖性軟硬相間、表層風(fēng)化破碎、構(gòu)造節(jié)理發(fā)育且存在穿越大壩的斷層破碎帶等不良地質(zhì)問(wèn)題。采用壩基全斷面固結(jié)灌漿處理措施來(lái)改善基巖力學(xué)性能，提高巖體彈性模量，增進(jìn)整體性和均一性，減少變形和基礎(chǔ)不均勻沉陷，同時(shí)，還可以加強(qiáng)帷幕的防滲效能，封閉裂縫，減少滲水，降低滲透壓力；對(duì)斷層破碎帶進(jìn)行抽槽并回填混凝土處理后再進(jìn)行固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)，最后再對(duì)壩基進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理。大壩的不良地質(zhì)問(wèn)題經(jīng)處理后，其工程地質(zhì)條件可滿足設(shè)計(jì)要求。