新疆吉音水庫壩基巖石力學性質及筑壩施工技術

王 波

(新疆水利水電勘測設計研究院 檢測試驗研究中心, 新疆 昌吉 831100)

1 工程概況

新疆吉音水庫位于新疆和田地區(qū)于田縣境內的克里雅河干流上，壩址位于克里雅河支流烏什開布隆達里亞河與克里雅河干流吾格也克河交匯口上游800 m處，地理坐標為E81°32′，N36°12′。工程區(qū)距于田縣城約120 km，其中縣城至昆侖渠首為柏油路長60 km，昆侖渠首至工作區(qū)為簡易砂礫石路面，長60 km，常被風沙堆積，工作條件差。

水庫總庫容0.83×108m3，控制灌溉面積4.715 3×104hm2[1]，攔河壩最大壩高125 m，電站裝機24 MW，年發(fā)電量1.09×108kW·h。

新疆吉音水利樞紐工程為Ⅱ等工程。建筑物級別：攔河壩、表孔溢洪洞、底孔泄洪、沖沙洞、發(fā)電引水洞進口為2級，發(fā)電引水洞、發(fā)電廠房、尾水洞為3級，臨時性建筑物為4級。

2 壩基工程地質

2.1 左岸趾板(樁號0-020～0+420 m)

樁號0-020～0+140 m段：該段方向66°，為山坡段，坡高約300 m，岸坡走向285°，自然坡度35°左右。地表基本為風積粉土覆蓋，厚15～30 m，干密度1.24 g/cm3，結構松散至中密，該粉土層具中等壓縮性、中～強的濕陷性；下伏基巖為中元古界灰綠色的斜長角閃片巖(Pt2)，巖體以塊狀結構為主，片理不明顯。該段無大的斷裂通過，發(fā)育4組裂隙：①310～320°SW∠40～60°，間距1～3 m，延伸長3～10 m，傾向岸內；②310～320°NE∠40～60°，間距1～3 m，延伸長3～8 m，傾向岸外；③270～280°SW∠30～50°，間距1～3 m，延伸長3～8 m，傾向岸內；④0～10°SE∠50～75°，間距0.5～3 m，延伸長1～3 m，傾向岸內。與趾板方向夾角分別為70°，70°，20°，60°，其中③組裂隙與趾板夾角較小，在開挖時對趾板邊坡不利。該段基巖強風化層厚3～5 m，巖體較破碎；弱風化巖體厚8～10 m，巖體較完整，可滿足趾板基礎要求。巖體透水率q≤3 Lu界限在基巖面以下20～25 m。該段趾板邊坡平緩，但粉土開挖厚度較大，一般20～30 m，基巖邊坡整體較穩(wěn)定，但由于裂隙的相互切割，存在一些小的塊體。

樁號0+140～0+420 m段：為Ⅲ級階地，階面高程2 470～2 450 m。該段覆蓋層分為兩層，表層為厚20～30 m的風積粉土覆蓋，粉土層具中等壓縮性、中～強的濕陷性。中部為厚10～15 m的上更新統(tǒng)Ⅲ級階地沖積砂礫石層，干密度2.20 g/cm3，相對密度0.74，結構密實，透水性k=3.0×10-3～8.8×10-2/cm/s，為中強透水。粉土作壩基礎需清除，砂礫石層可作為壩基礎，但需防滲處理。下伏基巖為灰綠色斜長角閃片巖，強風化層厚3～5 m，風化裂隙發(fā)育，呈碎裂結構；弱風化巖體厚10～15 m，巖體較完整，可滿足趾板基礎要求。壩基無大的斷層分布，主要發(fā)育2組裂隙：①30°～40°SE∠70°～80°，間距2～3 m，延伸長3～10 m；②330°～340°SW∠70°～80°，間距1～3 m，延伸長3～8 m，閉合無充填。巖體透水率小于3 Lu界限埋深在基巖以下15～25 m。

其中，在樁號0+220～0+340 m段下部分布有古河槽，古河槽內為冰水沉積的下-中更新統(tǒng)含土砂礫石層，干密度2.15～2.28 g/cm3，相對密度0.81，結構密實，透水率k=4.8×10-4/～2.2×10-3cm/s，為中等透水。據(jù)物探資料及壩址測繪，古河槽段有F13斷層通過，斷裂帶寬10～15 m，帶內為碎裂巖及糜棱巖。

2.2 現(xiàn)代河床段(0+420～0+480 m)

現(xiàn)代河床深切，水面寬11 m，兩岸為高35～50 m的基巖陡坡，岸坡走向260°，左岸天然坡度60°～80°，右岸天然坡度45°左右?；鶐r巖性為斜長角閃片巖，強風化層厚2～3 m，呈碎裂結構；弱風化巖體厚8～10 m，巖體較完整。河床中漂卵礫石層厚1 m左右，結構松散。趾板線無大的斷層分布，主要發(fā)育2組裂隙：① 330°～340°SE∠70°～78°，間距2～3 m，延伸20～30 m；② 45°～75°SE∠60°～75°，岸坡較穩(wěn)定。巖體透水率小于3 Lu界限埋深在基巖以下10～20 m。

2.3 右岸趾板(0+480～0+710 m)

右岸趾板，平均走向300°，位于河谷斜坡溝梁相間地段，坡高200余m，岸坡走向70°～80°，岸坡自然坡度40°～45°。溝梁相間地段處，溝內巖體較完整，梁處卸荷裂隙較發(fā)育，在樁號0+534、0+612點正上方分布有BT7及BT6兩個潛在不穩(wěn)定巖體。BT7上部至高程2 475 m，下部至高程2 465 m，垂直高度近10 m，順河長15 m，總體積約5 000 m3。BT6上部至高程2 505 m，下部至高程2 385 m，垂直高度20 m，順河長，總體積約1.5×104m3。該段地表大部分為厚3～15 m的粉土覆蓋。粉土下部基巖巖性為斜長角閃片巖，強風化層厚3～5 m，呈碎塊狀；弱風化巖體厚8～10 m，巖體較完整。壩基無大的斷層分布，主要發(fā)育3組裂隙：① 310°～330°SW∠30°～40°，延伸長5～20 m，裂隙間距0.3～1 m，傾向坡外，傾下游；②320°～330°NE∠30°～60°， 延伸長5～20 m，裂隙間距3～5 m，傾向坡內，傾上游；③30°～50°SE∠40°～70°， 延伸長5～15 m，裂隙間距3～5 m，傾向坡外，傾上游[2]。

壩基巖石物理力學性質及主要礦物成分詳見表1、表2。

3 壩基開挖

3.1 左岸壩基開挖及處理措施

樁號0-020～0+140 m段壩基基礎清除粉土層及基巖強風化層，趾板基礎置于弱風化巖體上，壩殼基礎需清除粉土層，局部邊坡需采取錨噴處理措施。

樁號0+140～0+420 m段趾板壩基基礎清除粉土層，砂礫石層可作為趾板基礎，砂礫石層須做好防滲處理；壩殼基礎需清除表部粉土層，砂礫石層可作為壩殼基礎。

樁號0+220～0+340 m段斷裂帶屬中、強透水巖體，其滲透變形屬管涌型，允許滲透比降0.1～0.12，該段基礎須對斷裂帶加強防滲處理。開挖邊坡粉土層臨時開挖邊坡1∶1.2～1∶1.5，永久邊坡1∶1.5～1∶1.75?；鶐r強風化層1∶0.5，弱風化層1∶0.3。

3.2 現(xiàn)代河床段壩基開挖

現(xiàn)代河床段壩基基礎清除砂礫石層及基巖強風化層，將壩基基礎置于弱風化巖體上，壩殼基礎清除河床砂礫石層，將基礎置于強風化層上。開挖邊坡強風化層1∶0.5，弱風化層1∶0.3，砂礫石層1∶1.5～1∶1.75。

3.3 右岸壩基開挖及處理措施

右岸壩基3組裂隙與趾板邊坡相互切割易形成小的塊體，施工宜不陡于傾坡外傾角。若陡于節(jié)理傾角，須采取錨噴處理措施。巖體透水率小于3 Lu界限在基巖面以下25～35 m。

壩基基礎開挖完成后，壩基和邊坡未發(fā)現(xiàn)樹根、草皮、洞穴、堆石、泉水、古墳等，風化層剝離達到設計要求，大壩座落在弱風化基巖上。邊坡無較大的洼坑、突起和反坡。經現(xiàn)場聯(lián)合驗收，一致認為開挖后的壩基及邊坡符合設計要求，質量優(yōu)良，滿足《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》(SL 49-2015)要求。

4 壩體填筑和碾壓

壩體填筑采用爆破料進行填筑，填筑堆石料飽和抗壓強度不小于30 MPa，軟化系數(shù)不小于0.5，最大粒徑不能大于鋪筑層厚度的2/3，碾壓后相對密度不小于0.85，不符合設計要求的堆石料嚴禁上壩，確保工程施工質量。

堆石壩的壓實是控制施工質量的關鍵工序，由于筑壩石料的分散性，施工前必須按照《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》(SL 49-2015)要求進行碾壓試驗[3]，確定各種堆石料碾壓施工參數(shù)，并對設計指標進行復核。

本工程筑壩前，進行了堆石料碾壓試驗，包括不同鋪筑厚度、不同碾壓遍數(shù)、不同碾壓機械。根據(jù)碾壓試驗采用有關參數(shù)如下:堆石料鋪筑厚度為0.8 m，采用YZT-22型振動碾，碾壓6遍(不包括靜壓1遍)。

壩體填筑根據(jù)國家、行業(yè)標準、規(guī)范、設計要求及建設單位的規(guī)定，對以下項目進行檢測：填筑密度檢測25組，顆粒分析檢測23組，滲透檢測12組，匯總表詳見表3-表5。

表3 壩體填筑密度檢測匯總表

表4 填筑料顆粒級配試驗結果匯總表

續(xù)表4

表5 壩體填筑滲透試驗結果匯總表

綜上所述，本單位試驗室對新疆吉音水庫混凝土面板壩工程進行了壩體填筑堆石料碾壓密度、顆粒級配、滲透等試驗，檢測結果均符合有關規(guī)范、設計技術(質量)要求。

2016年8月，新疆吉音水庫壩體填筑通過對工程現(xiàn)場和施工資料的檢查驗收，合同約定的工程建設內容已全部完成，質量等級為優(yōu)良，按期完成建壩任務，資料完整、齊全，準確無誤，符合設計及規(guī)范要求。

5 結 語

1) 右岸趾板上部為溝梁相間地段，小梁處卸荷裂隙較發(fā)育并分布有BT6及BT7，其總方量約2×104m3，危及趾板安全，須結合清坡處理以及采取錨噴措施。

2) 趾板基礎需清除粉土層及基巖強風化層，趾板基礎置于弱風化巖體上；壩殼基礎需清除表部風積粉土層，基礎置于強風化巖體上。粉土層臨時開挖邊坡1∶1.2～1∶1.5，永久邊坡1∶1.5～1∶1.75。基巖強風化層1∶0.5，弱風化層1∶0.3。

3) 混凝土面板堆石壩壩基開挖、壩體填筑過程中，根據(jù)設計巖石物理力學參數(shù)指標，嚴格控制施工質量，按照《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》(SL 264-2001)、《混凝土面板堆石壩施工技術規(guī)范》(SL 49-2015)和設計標準進行自檢和抽檢，各項指標均應符合設計要求。

4) 本文主要介紹壩基巖石力學特性，堆石壩的壓實是控制施工質的關鍵工序，由于筑壩石料的分散性，施工前按照碾壓試驗技術大綱進行了碾壓試驗，為工程施工提供了技術指標[4]。