巴基斯坦卡洛特水電站混凝土骨料勘察研究

尹春明 肖東佑 張博

摘要：卡洛特（Karot）水電站位于巴基斯坦吉拉姆（Jhelum）河上，工程區(qū)位于巴基斯坦東北部新近系弱膠結(jié)碎屑沉積巖分布地區(qū)，壩址及周邊可利用混凝土骨料匱乏，難以獲取工程所需混凝土骨料。對壩址周邊近100 km范圍地層分布開展了大量詳細的調(diào)查研究，初步確立了可用料源，并根據(jù)料源分布制定了完備的勘察方案，采取特殊的勘察方法，以確?？捎昧狭蠄龅倪x取及勘察儲量的精準度。總結(jié)回顧了卡洛特水電站混凝土骨料勘察的研究思路和方法，可為此類特殊地質(zhì)環(huán)境條件下大型水電站工程的混凝土骨料勘察研究提供借鑒。

關鍵詞：骨料場勘察;混凝土骨料;勘察思路;勘察方法;卡洛特水電站;巴基斯坦

中圖法分類號：TV422文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.03.005

1 工程概況

巴基斯坦卡洛特（Karot）水電站地處巴基斯坦東北部，是吉拉姆河（Jhelum）規(guī)劃的5個梯級電站的第四級，其上一梯級為阿扎德帕坦（Azad Pattan），下游梯級為已建成的曼格拉（Mangla）。壩址位于旁遮普省境內(nèi)卡洛特橋上游1.75 km，下距曼格拉大壩74 km，西距首都伊斯蘭堡直線距離約55 km。從伊斯蘭堡-卡胡塔-科特里路可通往壩址，交通較為便利。

電站主要建筑物由瀝青混凝土心墻堆石壩、溢洪道、引水發(fā)電建筑物及導流建筑物組成。瀝青混凝土心墻堆石壩布置在河灣灣頭，溢洪道斜穿河灣地塊山脊布置，出口在最下游，控制段布置泄洪表孔和泄洪沖沙孔;電站進水口布置在溢洪道引水渠左側(cè)靠近控制段，廠房布置在卡洛特大橋上游;導流洞布置在電站與大壩之間。

根據(jù)設計需求，卡洛特水電站工程所需混凝土粗、細骨料共計112萬m3，需規(guī)劃開采天然砂礫石骨料273萬m3（自然方）。

2 壩址及周邊地區(qū)地質(zhì)概況

卡洛特水電站壩址區(qū)屬中低山地貌，兩岸臨江岸坡山頂?shù)孛娓叱桃话?10～870 m。吉拉姆河呈“幾”字形流經(jīng)壩址區(qū)，在右岸形成寬約700 m的河灣地塊。吉拉姆河枯水期水面寬30～60 m，水面高程388～391 m，相應水深一般為6～8 m。壩址區(qū)左岸山體渾厚，右岸河灣地塊高程461 m處寬380～700 m，不存在地形埡口。

區(qū)內(nèi)出露基巖地層主要為新近系中新統(tǒng)納格利組（N1na）以及多克帕坦組（N1dh）地層，巖性主要為中砂巖、細砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖等。不同巖性所占大致比例分別為：泥巖、粉砂質(zhì)泥巖23.7%，泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖32.2%，中粗砂巖38.0%，細砂巖6.1%，總體呈不等厚互層狀。巖石膠結(jié)成巖較差，較軟弱，屬較軟巖-軟巖。

壩址區(qū)在構造上處于左岸卡拉托特（Karatot）向斜SW翼與右岸納灣（Narwan）背斜NE翼之間的寬緩單斜巖層部位，巖層產(chǎn)狀平緩且較穩(wěn)定，巖層傾角7°～10°。壩址區(qū)斷層、層間剪切帶不發(fā)育，主要構造形跡為裂隙，主要發(fā)育兩組裂隙，其中規(guī)模較大的第一組走向NE-NEE，傾向NW或SE，陡傾角為主，近岸坡受卸荷影響張開。另一組走向與第一組基本垂直，陡傾角，長度受第一組控制，多短小。

區(qū)內(nèi)地下水主要為基巖孔隙裂隙水和第四系松散層孔隙潛水。基巖孔隙裂隙水主要賦存于砂巖中，一般為中等-貧含水，具多層狀水文地質(zhì)結(jié)構，并通過裂隙通道運移。區(qū)內(nèi)各類巖石總體透水性較弱，中砂巖、細砂巖相對于其他巖類透水性稍大。

壩址區(qū)巖體強風化帶厚度一般為0～10.7 m，弱風帶厚度為0～28.3 m，總體上巖體風化帶厚度不大。

3 混凝土骨料料源普查及料場選定

3.1 可用料源研究

根據(jù)相關資料顯示，該項目區(qū)域出露的地層主要為新近系西瓦利克（Siwaliks）群地層，為一套典型的磨拉石建造的陸源碎屑沉積巖，巖性主要為砂巖（中至細粒長石砂巖、亞長石砂巖、亞巖屑砂巖、巖屑亞長石砂巖和巖屑長石砂巖）、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)黏土巖、黏土巖及頁巖等，巖性較復雜，一般呈交互層狀產(chǎn)出，砂巖單層厚度為數(shù)米至十余米。由于該套地層年代較新，一般表現(xiàn)為成巖程度較差，部分巖石甚至呈半成巖狀態(tài)，巖石較軟弱，根據(jù)前期勘察室內(nèi)試驗資料顯示，砂巖、粉砂巖抗壓強度一般小于30 MPa，屬軟巖-極軟巖，不適宜作為混凝土骨料料源。

區(qū)內(nèi)吉拉姆河沿河兩岸未見沖積砂礫卵石分布，部分河段階地表面有厚度不大的砂礫卵石分布，天然砂礫石料缺乏。壩址下游小支流匯合口附近見崩塌堆積物與沖積砂礫石混合堆積，其中以崩塌堆積物為主，主要為附近砂巖陡崖崩塌形成的大塊石、漂石及少量塊徑達2 m以上的巨石，經(jīng)短距離搬運，具一定磨圓度;砂礫（卵）石含量相對較少，成分主要為火成巖及變質(zhì)巖。局部見有少量粉細砂堆積。該部位堆積物以新近系砂巖為主，巖石軟弱，且分布有限，不宜作為混凝土骨料料源。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，壩址右岸下游吉拉姆河支流巴得利（Badli）溝中上游局部河段河床及兩岸漫灘和階地見有沖積砂礫卵石分布。調(diào)查表明，其物質(zhì)來源主要為更新世（Q1）沉積的米爾布爾（Mirpur）組礫卵石層，經(jīng)流水再次搬運、沉積，以礫、卵石為主，缺乏細粒組，分選較差，磨圓度較好，礫、卵石由火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖組成，成分較雜?？煽紤]將該支流河段礫卵石堆積物作為混凝土骨料料源。

根據(jù)對支流沖積砂礫卵石的向源追索發(fā)現(xiàn)，壩址西南距壩址直線距離8～20 km范圍內(nèi)分布的更新世（Q1）米爾布爾組礫巖（未膠結(jié)成巖的礫、卵石堆積），分布范圍較大，厚度可達20 m以上。礫、卵石分選差，磨圓度較好，礫、卵石由火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖組成，成分較雜，局部夾細粒土層。由于受風化影響，部分抗風化能力差的礫卵石風化嚴重，成為軟弱有害顆粒，部分地區(qū)細粒物質(zhì)中含泥量較高，對砂礫料料源質(zhì)量影響較大。根據(jù)初步分析研究，在無其他料源替代的情況下，米爾布爾組礫卵石堆積可考慮作為該工程混凝土骨料料源，但由于料源中含較多的軟弱有害顆粒及含泥量較大，需要采取特殊的開采加工措施，存在泥塊無法得到有效處理的可能性。

相關資料顯示，壩址以北的新近系早中新統(tǒng)穆里（Muree）組中分布的Ⅰ類砂巖單軸濕抗壓強度達40～80 MPa，可作為人工骨料料源，且有工程應用的先例。通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這類砂巖與無用料巖層呈互層狀產(chǎn)出，且單層厚度不大，受褶皺構造的影響，地表露頭不良，開采條件差，且距壩址較遠，交通運輸條件差。

分布于項目區(qū)域NW側(cè)外圍距壩址直線40（穆里）～80km（伊斯蘭堡）的寒武系穆扎法拉巴德（Muzaffarabad）組白云質(zhì)灰?guī)r是理想的混凝土骨料料源，其出露厚度滿足規(guī)模開采的條件，有公路相通，距離壩址約106 km，開采及運輸條件較好。

3.2 料場的初步選定

基于上述可用料源的普查研究，綜合考慮混凝土骨料的需求、產(chǎn)地地質(zhì)條件、開采、運輸、加工條件等因素，初步選定了比珥（Beor）料場和那拉（Nara）料場為混凝土骨料勘察料場（見圖1）。

4 技術路線與方法

4.1 料場概況及特點

對初步選定的比珥和那拉兩個砂礫石料場開展了詳查工作，初步選定料場主要分布于狹長的支流巴得利溝，溝谷延伸長約25 km。料源主要分布于相對較平緩的中上游段，主溝及汊溝累計長約27 km。由于溝谷較為狹窄，有用料分布范圍有限。巴得利溝中下游段常年流水，枯期水量較小，上游部分斷流，洪水期流量增大，具有突發(fā)性，水位漲落均較迅速。溝內(nèi)沉積物主要為洪水攜帶的附近山崗的米爾布爾組礫卵石堆積，經(jīng)再次搬動沉積，由于流量總體不大，水動力條件有限，溝內(nèi)砂礫卵石沉積物具有分布不均勻，不同部位沉積物粒徑、級配等極不均勻，沉積物厚度極其不穩(wěn)定等特點。此外，有用層厚度不大，不利于規(guī)?；_采，開展條件差。

4.2 主要技術路線

根據(jù)勘察料源的特點，確定料場的復雜程度及勘察重點，結(jié)合規(guī)范[1-2]勘察深度要求確定勘察工作布置及勘察手段運用[3]，編制詳細的勘察作業(yè)計劃，按計劃開展現(xiàn)場勘察及相關試驗工作，并在過程中根據(jù)實施情況進行適當調(diào)整，以滿足計劃進度及質(zhì)量要求。

4.3 主要勘察方法

為達到詳查精度，根據(jù)料場特點，對勘察工作進行了精心策劃和布置。該料場屬于地形地質(zhì)條件介于Ⅱ類與Ⅲ類之間的復雜料場。在勘探布置上，按照100 m間距布置勘探線，勘探點間距按50 m控制，局部根據(jù)實際情況適當加密。

勘察中，首先對料源區(qū)進行全面的1∶1 000地表地質(zhì)測繪，測繪面積4.1 km2，初步了解有用料的分布;采用高密度電測深物探方法進行料場普查，完成高密度電測剖面18條計2.6 km，基本了解了有用料的分布及厚度。根據(jù)測繪及物探成果分析，鑒于有用層厚度不大且變化大，在勘探手段上采用大型挖掘機開挖探坑（探井）代替鉆孔的更直觀方法，同時便于取樣試驗。共完成425個大型探坑開挖及編錄，總計開挖方量達9 670.3 m3;開挖大型探槽4個。為確保成果的可靠性，滿足儲量計算的準確性，對勘探線進行了實測地質(zhì)剖面213條，共計31.7 km。為揭示那拉料場有層厚度，布置了1個鉆孔，孔深11 m，有效揭露該料場最大堆積厚度。

根據(jù)料場的分布范圍廣、均一性差的特點，采取21組大樣進行材料質(zhì)量的試驗研究，對粗骨料開展了堆積密度、表觀密度、吸水率、針片狀顆粒含量、軟弱顆粒含量、含泥量、硫酸鹽及硫化物含量、有機質(zhì)含量等試驗;對細骨料開展了堆積密度、表觀密度、含泥量（黏、粉粒）、硫酸鹽及硫化物含量、水溶鹽含量、有機質(zhì)含量、細度模數(shù)、平均粒徑等試驗研究。同時，還開展了骨料堿活性反應試驗及混凝土性能等相關試驗研究。

項目部專門成立了質(zhì)量控制（QC）小組開展勘察布置、質(zhì)量、儲量計算等工作，取得了良好效果。此外，為確保滿足用料要求，還開展了備用料源的勘察與研究工作?？辈旖Y(jié)果表明，料源除局部細骨料含泥量偏高、細度模數(shù)小，料骨料缺少小粒徑粒組，為不良級配礫外，質(zhì)量基本滿足規(guī)范要求。施工開采揭示與前期勘察結(jié)果一致。

5 結(jié) 論

卡洛特水電站壩址及周邊處于軟巖地區(qū)，可用天然建筑材料料源匱乏，導致工程所需建筑材料較為緊缺。通過充分了解勘察研究對象，采取合適的技術路線和方法與手段，效果較好，具體如下。

（1）充分了解和把握現(xiàn)場及周邊可用料源的分布和特點，通過深入、有序地開展可用料源排查研究，最終找出合理的解決方案。

（2）根據(jù)勘察料場的特點，制定詳細、可操作的勘察方案是確保達到勘察深度、精度的質(zhì)量要求的重要環(huán)節(jié)，必須多花時間和精力，精心策劃才可事半功倍。

（3）充分、合理地應用先進技術手段是成功的保障。如航天和航空遙感技術及地理信息系統(tǒng)在大范圍的料源普查調(diào)查中起到的重要作用;在料場勘察中，物探手段對有用料分布及厚度等的初步了解及勘察方案制定起到了重要作用;選擇大型設備開挖大量探坑的方法，其效率高，對勘探點達到計劃的數(shù)量要求。

（4）雖然選定的料場狹窄、分布范圍大、有用料厚度較小，無法大規(guī)模集中開采，但卻是唯一經(jīng)濟合理、可操作的料源解決方案。后期實施結(jié)果表明，料源質(zhì)量、儲量及開采的經(jīng)濟性都得到保證，也得到了項目業(yè)主及料場運行單位的肯定。

參考文獻：

[1] GB 50287-2006 水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[2] DL/T 5388-2007 水電水利工程天然建筑材料勘察規(guī)程[S].

[3] 彭土標. ?水力發(fā)電工程地質(zhì)手冊[M]. 北京： 中國水利水電出版社， 2011.

（編輯：唐湘茜）

Survey and research on concrete aggregate of Karot Hydropower Station in Pakistan

YIN Chunming， XIAO Dongyou， ZHANG Bo

（Changjiang Survey， Planning， Design and Research Co.， Ltd.， Wuhan ?430010， China）

Abstract： Karot Hydropower Station is located on the Jhelum River in Pakistan， and the project is in the distribution area of the Neogene System of weak gum-linked debris sedimentary rock in north-eastern Pakistan， and the dam site and surrounding areas are short of available concrete aggregates， making it difficult to obtain the available concrete aggregates required by the project. Through a large amount of detailed investigation and study of the formation distribution of nearly 100km around the dam site， the available sources were initially determined， and a complete survey scheme was formulated according to the source distribution， and some special survey methods were adopted to ensure the selection of available material slots and the accuracy of the survey reserves. This paper summarizes the research ideas and methods of concrete aggregates survey of Karot Hydropower Station， and provides a successful example for the exploration and study of concrete aggregates for large hydropower projects under such special geological environment.

Key words： aggregate field survey;concrete aggregate; ?survey ideas; survey means; Karot Hydropower Station; Pakistan