基于混凝土重力壩施工地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)控制研究

余侃柱，閆洋洋

(1.甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000；2.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司，湖北 宜昌 443002)

0 引言

水庫(kù)大壩工程具有投資大、效益顯著、施工工期長(zhǎng)、環(huán)境因素復(fù)雜、技術(shù)難度高、隱蔽性、復(fù)雜性、差異性、工程使用壽命長(zhǎng)、工程質(zhì)量終身制、施工和運(yùn)行必須安全等突出特點(diǎn)，水庫(kù)大壩竣工后壩基被覆蓋或淹沒水下，除險(xiǎn)加固或補(bǔ)強(qiáng)改造處理難度較大，因此，大壩安全穩(wěn)定性至關(guān)重要。盛金保[1]研究我國(guó)水庫(kù)潰壩成因，洪水漫頂占51.04%，工程質(zhì)量缺陷占37.24%，管理不當(dāng)占4.92%，其他原因占6.80%。馬永鋒[2]研究大約有40%的大壩失事是由壩基基礎(chǔ)引起，主要由壩基地質(zhì)缺陷或處理不當(dāng)引起。傅忠友[3]研究導(dǎo)致重力壩潰決的主要影響因素為洪水漫頂、壩基缺陷和戰(zhàn)爭(zhēng)。楊彥龍[4]等認(rèn)為混凝土大壩潰決主要發(fā)生在建設(shè)期或運(yùn)行初期，有近50%潰壩事故是由基礎(chǔ)或壩肩破壞所致。張秀麗[5]對(duì)國(guó)內(nèi)外大壩失事典型案例原因進(jìn)行了分析。

GB/T 50927—2013《大中型水電工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》[6]要求大中型水電工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)堅(jiān)持“安全第一、以人為本、科學(xué)決策、預(yù)防為主”的原則，堅(jiān)持“人民至上，生命至上”。大壩安全管控就是要防患于未然，防微杜漸。地質(zhì)體對(duì)大壩地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)理主要為抗滑穩(wěn)定性、邊坡穩(wěn)定性、地基承載力、變形、滲漏問題，很多大壩建成后再除險(xiǎn)加固、補(bǔ)強(qiáng)、水下修復(fù)、返修壩基隱患則極其困難，因此在大壩施工時(shí)，壩基的處理尤為重要。對(duì)地質(zhì)條件準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和地質(zhì)隱患風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)、評(píng)價(jià)，必須采取有效的風(fēng)險(xiǎn)防范對(duì)策，防范和避免風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，確保無地質(zhì)隱患，安全正常。在施工中進(jìn)行地質(zhì)設(shè)代和地質(zhì)預(yù)報(bào)，增強(qiáng)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)辨別，出現(xiàn)異常變化，應(yīng)及時(shí)采取針對(duì)性加固處理措施?；炷林亓未髩问┕さ刭|(zhì)風(fēng)險(xiǎn)研究文獻(xiàn)較少，基于龍象寺水庫(kù)大壩施工地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)防控的成功措施研究，對(duì)類似混凝土重力壩施工地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)控制有重要參考價(jià)值。

1 工程地質(zhì)概況

龍象寺水庫(kù)位于重慶市梁平區(qū)普里河河谷，是一座以城區(qū)供水為主兼有農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)村供水等綜合利用功能的水利工程[7]，主要由樞紐工程、城區(qū)供水工程和灌區(qū)輸水工程3部分組成。樞紐壩型為埋石混凝土重力壩，正常蓄水位376.90m，最大壩底寬77m，壩頂高程380m，壩頂寬度10m，最低建基面高程319.5m，最大壩高60.5m，壩頂長(zhǎng)度183.0m，根據(jù)壩基工程地質(zhì)條件、壩體布置、壩體受力狀況、壩體斷面尺寸、溫度應(yīng)力、施工強(qiáng)度等因素，大壩從左向右依次劃為重力壩段Ⅰ(長(zhǎng)22m)、重力壩段Ⅱ(長(zhǎng)18m)、門庫(kù)壩段(長(zhǎng)20m)、溢流壩段(長(zhǎng)45m)、取水壩段(長(zhǎng)20m)、重力壩段Ⅲ(長(zhǎng)20m)、重力壩段Ⅳ(長(zhǎng)20m)、重力壩段Ⅴ(長(zhǎng)18m)，共10個(gè)壩段，9道橫縫，水庫(kù)總庫(kù)容3263萬m3，年供水量3560萬m3，工程等別為Ⅲ等，規(guī)模為中型。大壩建基面為侏羅系上沙溪廟組(J2s)泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層、長(zhǎng)石砂巖，泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層，呈薄-中厚層狀結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)為主，微風(fēng)化帶，單軸飽和抗壓強(qiáng)度8～13MPa，變形模量2～4GPa，屬軟巖。長(zhǎng)石砂巖，厚-巨厚塊狀結(jié)構(gòu)，微風(fēng)化帶，單軸飽和抗壓強(qiáng)度30～49MPa，變形模量8～14GPa，屬中硬巖。巖體呈單斜層狀-塊狀結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀NE50°～60°SE∠52°～55°，左壩肩開挖巖質(zhì)邊坡高度78.5m，屬高邊坡，順向坡，右壩肩開挖巖質(zhì)邊坡高度90.0m，屬高邊坡，逆向坡，河床下開挖巖質(zhì)邊坡高度10.5m，屬低邊坡。按GB 50487—2008(2022年版)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[8]壩基工程地質(zhì)分類，重力壩段Ⅰ、重力壩段Ⅱ?yàn)镃Ⅳ，門庫(kù)壩段為BⅣ1、溢流壩段為CⅢ，取水壩段、重力壩段Ⅲ為CⅣ，重力壩段Ⅳ、重力壩段Ⅴ為CⅢ。據(jù)GB18306—2015《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，工程50年超越概率10%時(shí)，地震動(dòng)峰值加速度值0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.35s，地震基本烈度Ⅵ度，大壩抗震設(shè)防烈度6度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性為穩(wěn)定性好。工程區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，多年平均降水量1252.7mm，多年平均蒸發(fā)量981.5mm，施工導(dǎo)流5年一遇洪水流量498m3/s，20年一遇洪水流量852m3/s，100年一遇洪水流量1270m3/s。地下水基巖裂隙水，局部有承壓性，水化學(xué)類型為HCO3-SO4-Ca型，對(duì)普通混凝土無硫酸鹽型腐蝕，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)弱腐蝕。

2 大壩施工地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

據(jù)GB/T 50927—2013《大中型水電工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》，采用綜合矩陣法，龍象寺水庫(kù)大壩施工地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估見表1。按風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則不可接受[9]Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)有5項(xiàng)，對(duì)大壩運(yùn)行和施工危害程度為很嚴(yán)重-災(zāi)難性，風(fēng)險(xiǎn)控制原則為風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與應(yīng)急處置，或有關(guān)方案修正或調(diào)整，或風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避。有條件可接受Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)有5項(xiàng)，對(duì)大壩運(yùn)行和施工危害程度為嚴(yán)重-很嚴(yán)重，風(fēng)險(xiǎn)控制原則為實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)防范與監(jiān)測(cè)，制定風(fēng)險(xiǎn)防范處理措施。有條件可忽略Ⅱ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)有1項(xiàng)，對(duì)大壩運(yùn)行和施工危害程度為較大，風(fēng)險(xiǎn)控制原則為加強(qiáng)日常審核檢查。通過這些風(fēng)險(xiǎn)控制原則達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)處置或消除風(fēng)險(xiǎn)源，根除地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)隱患，保障大壩施工和運(yùn)行的安全。

表1 龍象寺水庫(kù)大壩施工地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3 大壩施工地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與防控措施

3.1 建基面承載力檢測(cè)驗(yàn)收

大壩按施工圖開挖至建基面高程，進(jìn)行壩基開挖輪廓尺寸、高程測(cè)量，檢驗(yàn)是否滿足施工圖要求，地質(zhì)編錄評(píng)價(jià)，對(duì)每個(gè)壩段每種代表性典型巖性定性研判和檢測(cè)，至少布置1—2個(gè)鉆孔，鉆孔孔深從建基面高程向下不小于5m，一般鉆孔深度5～10m，鉆孔巖芯地質(zhì)編錄，鉆孔電視，鉆孔巖體聲波測(cè)試，巖芯聲波測(cè)試，巖芯室內(nèi)試驗(yàn)項(xiàng)目有塊體天然密度、飽和密度、顆粒密度、孔隙率、自然吸水率、飽和吸水率、含水率、天然抗壓強(qiáng)度、干燥抗壓強(qiáng)度、飽和抗壓強(qiáng)度，軟化系數(shù)，評(píng)價(jià)巖體完整性，建基面巖體允許承載力，必要時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抗剪、抗剪斷(砼/巖體)、變形模量試驗(yàn)復(fù)核，由定性經(jīng)驗(yàn)判定改為定量判定，通過巖性檢測(cè)指標(biāo)來判別每個(gè)壩段是否滿足各壩段設(shè)計(jì)垂直應(yīng)力、變形指標(biāo)等。若天然地基檢測(cè)指標(biāo)大于各壩段垂直應(yīng)力設(shè)計(jì)值等，充分利用天然地基作為壩基，無需采取工程措施。若壩基巖體允許承載力、變形模量、抗剪強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)值等，提醒設(shè)計(jì)采取補(bǔ)強(qiáng)措施，適當(dāng)增加開挖深度、增加錨筋、固結(jié)灌漿、增加鋼筋結(jié)構(gòu)等措施，防控建基面持力層下存在地質(zhì)缺陷、軟弱夾層、泥化夾層，必須徹底消除壩基持力層地質(zhì)隱患，保證無地質(zhì)缺陷，強(qiáng)度和變形滿足施工圖技術(shù)要求。

壩基驗(yàn)收評(píng)價(jià)，由常規(guī)業(yè)主、勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、質(zhì)監(jiān)站聯(lián)合驗(yàn)收小組改為專家組評(píng)審驗(yàn)收制，組建由參建單位以外第三方，資深經(jīng)驗(yàn)的水工、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)專業(yè)組成至少5—7人專家組，對(duì)每個(gè)壩段壩基建基面進(jìn)行評(píng)審驗(yàn)收，出具專家組驗(yàn)收意見，通過專家組驗(yàn)收的壩段方可隱蔽澆筑砼。專家組沒有通過或提出驗(yàn)收修改意見，按專家組意見及設(shè)計(jì)單位意見進(jìn)行壩基處理，再次進(jìn)行專家組驗(yàn)收通過后才能澆筑砼隱蔽。這種壩基驗(yàn)收評(píng)價(jià)的方法和流程在規(guī)范里沒有明確的規(guī)定，是根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)預(yù)防控制壩基不良地基缺陷起到關(guān)鍵性作用，值得借鑒和推廣。

3.2 建基面變形

壩基持力層為泥質(zhì)粉砂巖軟巖與長(zhǎng)石砂巖中硬巖互層，軟硬相間，非均質(zhì)，為提高壩基的均勻性，增強(qiáng)巖體完整性，提高壩基巖體變形模量，抗壓、抗剪強(qiáng)度，減少變形和不均勻沉降，增加基礎(chǔ)剛度和壩基抗裂能力，提高壩基持力層承載力。針對(duì)壩基巖性分布特性，合理壩段分縫，將應(yīng)力較大壩段置于同一類巖性上，壩基泥質(zhì)粉砂巖建基面配置鋼筋，在大壩壩基范圍內(nèi)全面進(jìn)行固結(jié)灌漿，孔、排距均為3m，梅花形布置，采用普通硅酸鹽水泥強(qiáng)度42.5，二序施工，灌漿壓力一般為0.3～0.7MPa。長(zhǎng)石砂巖固結(jié)灌漿深度深入基巖5m，泥質(zhì)粉砂巖固結(jié)灌漿深度深入基巖8m。大壩安裝三向應(yīng)變計(jì)、三點(diǎn)式基巖變位計(jì)8臺(tái)，三向測(cè)縫計(jì)7套，監(jiān)測(cè)壩基壓縮變形和壩體與巖體裂縫開度，從自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變幅符合規(guī)范要求，變形處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 抗滑穩(wěn)定性

3.3.1壩體與巖體接觸面抗滑穩(wěn)定性

因前期多數(shù)試驗(yàn)是在基坑或平硐內(nèi)進(jìn)行，施工圖復(fù)核試驗(yàn)真實(shí)反映壩體運(yùn)行工況的試驗(yàn)，在開挖建基面進(jìn)行混凝土與壩基建基面泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層巖體、混凝土與長(zhǎng)石砂巖巖體，抗剪、抗剪斷試驗(yàn)、變形試驗(yàn)，用復(fù)核試驗(yàn)成果修正前期地質(zhì)參數(shù)，復(fù)核壩基抗滑穩(wěn)定性，分基本組合(正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位)、特殊組合(校核洪水位)3種工況，建模采用美國(guó)MSC.PATRAN軟件，非線性有限元ABAQUS軟件，門庫(kù)壩段正常蓄水位運(yùn)行工況壩基深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K=4.4，取水壩段正常蓄水位運(yùn)行工況壩基深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K=4.0，均滿足規(guī)范要求。壩體淺層、深層抗滑穩(wěn)定均滿足SL386—2007《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]要求，壩基截面垂直應(yīng)力，3種工況下應(yīng)力均為正，不存在拉應(yīng)力，上游壩踵及下游壩址的壓應(yīng)力均小于混凝土和壩基巖體允許承載力，壩基應(yīng)力和變形滿足規(guī)范要求。若復(fù)核不滿足規(guī)范要求，必須采取工程補(bǔ)強(qiáng)措施，提高抗剪強(qiáng)度，增強(qiáng)壩體抗滑穩(wěn)定性。

3.3.2壩肩邊坡抗滑穩(wěn)定性

左壩肩為順向坡，右壩肩為逆向坡，發(fā)育的主要裂隙組、巖層產(chǎn)狀、開挖邊坡組合經(jīng)赤平投影圖定性分析，各壩段抗剪斷安全系數(shù)采用剛體極限平衡法，在基本組合(正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位)、特殊組合(校核洪水位、施工期)4種工況下均滿足SL 386—2007要求，左、右壩肩邊坡不會(huì)發(fā)生淺層和深層滑動(dòng)。若不滿足SL 386—2007規(guī)范要求，采取補(bǔ)強(qiáng)措施增設(shè)錨桿、錨索。但在施工開挖過程中，需嚴(yán)防順層邊坡巖層傾角與開挖坡腳關(guān)系，當(dāng)巖層傾角接近或小于開挖坡腳時(shí)，容易切坡，在卸荷作用下形成坍塌或順層滑坡，逆向坡發(fā)生崩塌或倒坡。施工防控措施，分臺(tái)階自上而下開挖，分級(jí)設(shè)置馬道，長(zhǎng)石砂巖(弱-微風(fēng)化)開挖邊坡率1∶0.75，泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層(弱-微風(fēng)化)開挖邊坡率1∶0.75～1∶1.0，及時(shí)噴護(hù)0.1m厚C20混凝土，局部增加隨機(jī)錨桿錨噴，防止風(fēng)化和浸水浸泡，進(jìn)行每級(jí)馬道邊坡變形監(jiān)測(cè)和監(jiān)控。

3.4 壩基滲漏

大壩壩基為長(zhǎng)石砂巖、泥質(zhì)粉砂巖互層，分布有裂隙，非均質(zhì)，各向異性，鉆孔壓水試驗(yàn)透水率及鉆孔聲波、鉆孔彩色電視測(cè)試分析，據(jù)SL 55—2005《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[11]，壩基建基面以下巖體透水率為5～10Lu，為弱透水-中等透水，為減小壩基巖體滲流量和降低滲透壓力、揚(yáng)壓力，施工圖防滲帷幕灌漿按SL319—2018《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[12]，中壩防滲帷幕灌漿下限按大壩滲透剖面透水率q<5Lu以下5m控制，按SL/T 62—2020《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》[13]，在大壩廊道帷幕灌漿時(shí)先進(jìn)行先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)，先導(dǎo)孔鉆孔深度為透水率q<5Lu以下5m，地質(zhì)編錄先導(dǎo)孔巖芯，整理壓水試驗(yàn)成果，與施工圖對(duì)比分析，確定帷幕灌漿下限深度為透水率q<5Lu以下5m，確定施工大壩廊道帷幕灌漿鉆孔深度及檢查孔深度，灌漿水灰比，有無基巖裂隙水、巖溶水，水頭的壓水、涌水量，修正施工圖帷幕灌漿深度，為合理帷幕灌漿提供方案。先導(dǎo)孔灌漿壓力一般不大于1MPa。壩基廊道內(nèi)帷幕灌漿深度及范圍按先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)綜合分析研判確定，采用普通硅酸鹽水泥強(qiáng)度42.5，大壩灌漿最大深度53m，在地下水流速較大、涌水量大、透水率大的地層中采用水泥+水玻璃雙液漿液，必要時(shí)加入速凝劑和緩凝劑來提高水泥注漿的效果，擴(kuò)大帷幕灌漿的范圍。當(dāng)?shù)叵滤|(zhì)具有硫酸鹽型強(qiáng)腐蝕性，采取抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。廊道內(nèi)帷幕灌漿單排布置，孔距2m，三序施工，灌漿壓力一般為0.6～1.5MPa。大壩內(nèi)設(shè)置上、下游兩道廊道和橫向廊道帷幕灌漿體系。壩體上游側(cè)基礎(chǔ)止水用紫銅片，沿陡坡基巖止水槽埋入止水銅片，下游側(cè)設(shè)“652”型橡膠止水帶。兩岸陡坡段壩體與邊坡基礎(chǔ)接觸面設(shè)岸坡接觸灌漿，采用預(yù)埋管灌漿，形成連續(xù)完整封閉的防滲漏體系。

3.5 壩肩繞壩滲漏

左、右壩肩山體渾厚連續(xù)封閉，無埡口低于正常蓄水位的滲漏通道，不會(huì)發(fā)生鄰谷滲漏。為防控壩肩沿巖體裂隙繞壩滲漏，左、右壩肩按正常蓄水位向左、右岸水平延伸與透水率小于5Lu下限(或泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖相對(duì)隔水層)相交并翹起的尖滅點(diǎn)間水平長(zhǎng)度作為壩肩帷幕灌漿長(zhǎng)度，左壩肩在地表進(jìn)行帷幕灌漿長(zhǎng)度104m，深度17.5～32.5m。右壩肩山體連續(xù)抬高，在壩頂設(shè)置灌漿平硐，斷面尺寸2.5m×3m(寬×高)，帷幕灌漿長(zhǎng)度42m，深度49～72.5m。壩肩與壩基灌漿形成連續(xù)封閉的防滲體系，防止壩基和壩肩繞壩滲漏。為掌握繞壩滲流情況，左、右岸設(shè)置9個(gè)滲流觀測(cè)孔，進(jìn)行滲壓計(jì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

3.6 壩基地下水

壩基開挖建基面有基巖裂隙水滲出，開挖過程采取集水井自動(dòng)抽排，防控基坑被淹、浸泡和邊坡坍塌，建基面封閉后，通過帷幕灌漿，封閉地下水向壩體徑流。為防止地下水、壩體滲水，降低滲透壓力、浮托力和揚(yáng)壓力的抬升，在壩體灌漿廊道防滲帷幕后設(shè)Φ125mm主、副排水孔，孔距3m，深度為帷幕灌漿深度的0.6倍，且不小于10m，主副排水孔與排水管、排水溝相接匯集至集水井，通過深井泵及排水管抽排至下游河床。大壩設(shè)振弦式滲壓計(jì)28臺(tái)，揚(yáng)壓計(jì)14臺(tái)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)壩基滲透壓水、揚(yáng)壓力，實(shí)時(shí)分析研判運(yùn)行過程中地下水滲流、滲透壓力、揚(yáng)壓力的變化規(guī)律，為防控滲流變化提供決策依據(jù)。壩體滲透壓力通過自動(dòng)滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)，各種變形處于穩(wěn)定狀態(tài)。壩基滲流量通過排水溝后，用5臺(tái)高精度振弦式量水堰計(jì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

3.7 壩基斷層帶、軟弱夾層

大壩壩基開挖建基面內(nèi)無較大斷層和裂隙密集帶，重力壩段Ⅲ分布有1層層間軟弱夾層，厚度0.1～0.7m，平均厚度0.4m，分布在泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖層中，軟弱夾層巖體完整程度較破碎，巖塊間有巖屑和少量泥質(zhì)物充填，傾向岸坡里，經(jīng)分析研判，對(duì)軟弱夾層進(jìn)行刻槽處理，深度和寬度為1.5倍夾層厚度，兩側(cè)開挖坡度為1∶0.75，采用C20(W6，F(xiàn)50)混凝土塞回填處理，其上澆筑混凝土。若寬度較大時(shí)，刻槽處理后，用C20鋼筋混凝土塞回填處理，其上布設(shè)鋼筋結(jié)構(gòu)。

3.8 大壩建基面施工開挖邊坡穩(wěn)定性

大壩壩基河床分二期導(dǎo)流，需經(jīng)過二個(gè)汛期，壩基開挖分二期進(jìn)行，一期開挖常年河水位以上兩岸壩肩及右岸，二期進(jìn)行河床以下壩基及左岸開挖。壩肩邊坡級(jí)別為3級(jí)，危害程度為嚴(yán)重，按SL47—2020《水工建筑物巖石地基開挖施工技術(shù)規(guī)范》[14]，自上而下分層分級(jí)開挖，覆蓋層邊坡開挖采用反鏟挖掘機(jī)削坡，巖石開挖，自上而下梯段爆破，距建基面1.5m處采用光面爆破。根據(jù)壩基巖石飽和抗壓強(qiáng)度和巖層產(chǎn)狀、順向坡、逆向坡、斜向坡，裂隙發(fā)育程度、風(fēng)化帶特征，光面爆破孔間距0.8m，孔深3.5m，不耦合裝藥，非電毫秒雷管組成梯段微差起爆網(wǎng)絡(luò)，不同部位適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化爆破參數(shù)，為減少爆破對(duì)建基面巖體完整性的擾動(dòng)破壞和邊坡的穩(wěn)定性，巖石開挖距建基面1.5～0.2m采用液壓破碎錘、鑿巖機(jī)破碎。為防止建基面泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化和軟巖，預(yù)留不小于0.2m厚的保護(hù)層，噴護(hù)0.1m厚C20素混凝土封閉保護(hù)層，裂隙密集帶有安全隱患采用隨機(jī)錨桿掛網(wǎng)噴護(hù)，保護(hù)層和噴護(hù)C20混凝土的清除隨大壩混凝土澆筑進(jìn)度，及時(shí)清除至新鮮建基面，避免長(zhǎng)時(shí)間暴露風(fēng)化和雨水浸泡，清基完成后及時(shí)澆筑混凝土隱蔽。

左壩肩開挖邊坡高度78.5m，巖質(zhì)邊坡開挖邊坡比1∶0.63～1∶0.7，設(shè)7級(jí)馬道，馬道寬度2.5～3.4m，巖質(zhì)邊坡高度8～13.5m，組成巖性為泥質(zhì)粉砂巖、長(zhǎng)石砂巖，順向坡。右壩肩開挖邊坡高度90m，巖質(zhì)邊坡開挖邊坡比1∶0.5～1∶0.75，設(shè)9級(jí)馬道，馬道寬度2.0～13.5m，巖質(zhì)邊坡高度6.0～12.0m，組成巖性為泥質(zhì)粉砂巖夾長(zhǎng)石砂巖條帶，逆向坡。開挖過程嚴(yán)格控制邊坡比，密切關(guān)注左岸順向坡開挖邊坡比與巖層傾角關(guān)系，當(dāng)開挖邊坡比大于巖層傾角時(shí)，邊坡容易產(chǎn)生切坡腳，可能發(fā)生順層面崩塌、滑坡，尤其泥質(zhì)粉砂巖與長(zhǎng)石砂巖分界面，裂隙面充填泥質(zhì)物，必須監(jiān)測(cè)與地質(zhì)預(yù)報(bào)相結(jié)合，預(yù)防邊坡坍塌。當(dāng)開挖邊坡比小于等于巖層傾角時(shí)，邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，但仍需邊坡監(jiān)測(cè)，預(yù)防邊坡坍塌和變形。右岸邊坡為逆向坡，有利于邊坡穩(wěn)定，但也有沿裂隙切割卸荷，危石和松動(dòng)巖體清除后形成倒坡，發(fā)生倒坡墜石、坍塌或超挖，尤其泥質(zhì)粉砂巖與長(zhǎng)石砂巖分界面。預(yù)防邊坡坍塌，運(yùn)用極射赤平投影方法，快速分析開挖邊坡比與巖層產(chǎn)狀、主要裂隙結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系，快速定性判定邊坡穩(wěn)定性，防控潛在隱患。

變形監(jiān)測(cè)是反映邊坡穩(wěn)定狀況的定量手段，大壩開挖過程除每日安全巡視檢查外，還布設(shè)12個(gè)表面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，邊坡開挖后第2d開始監(jiān)測(cè)初始觀測(cè)值，以后觀測(cè)與初設(shè)值比較，監(jiān)測(cè)水平位移，垂直沉降變形；開挖15d內(nèi)每天監(jiān)測(cè)邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)的垂直位移、水平位移1次；開挖16～30d，每2天觀測(cè)1次；開挖31～60d，每1周觀測(cè)1次；開挖60d至澆筑混凝土前，每15d觀測(cè)1次，雨季和汛期加密監(jiān)測(cè)頻次，自動(dòng)監(jiān)測(cè)和人工監(jiān)測(cè)相結(jié)合，根據(jù)監(jiān)測(cè)成果，整理為時(shí)間-水平變形位移曲線、時(shí)間-垂直變形曲線和數(shù)據(jù)表，分析預(yù)警閾值，當(dāng)變形量累計(jì)超過50mm，變形速度加速有明顯拐點(diǎn)，綜合分析研判，采取補(bǔ)強(qiáng)措施，增加隨機(jī)錨桿+掛網(wǎng)噴護(hù)，或錨索支護(hù)。大壩左、右壩肩設(shè)6套8點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)壩肩邊坡深部變形。

3.9 消能防沖及泄流霧化

大壩最大泄流量1447m3/s，為防止沖刷導(dǎo)致大壩深層滑動(dòng)或河床兩岸邊坡坍塌，危及大壩安全和下游河床兩岸岸坡穩(wěn)定性。溢流壩后接底流消能，經(jīng)水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證，消力池總長(zhǎng)82.5m，池深5m，寬40m，現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土，消力坎后海漫拋填鋼筋籠塊石，長(zhǎng)25m，與河床平順銜接。消力池邊墻采用衡重式C25鋼筋混凝土擋墻，墻高20～22m，頂寬1.0m，防止泄流霧化影響岸坡巖體的穩(wěn)定性。

消力池持力層為長(zhǎng)石砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，為增強(qiáng)防沖刷能力，在建基面垂直向下設(shè)Φ25mm錨筋，梅花形布置，孔距和排距2.5m，深入基巖內(nèi)5.5～3m，深入混凝土2.5～2m。為減少底板揚(yáng)壓力，底板設(shè)Φ76mm垂直方向排水孔，間距4m×4m，梅花形布置，通過水平Φ108mm排水管排至下游河床，形成縱橫交錯(cuò)排水體系，降低滲透壓水和揚(yáng)壓力。消力池底板及側(cè)墻迎水面表層現(xiàn)澆C40鋼筋混凝土，厚0.5m，阻止消力池底板沖刷。

4 結(jié)語

本文深入研究總結(jié)了龍象寺水庫(kù)大壩施工地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)管控采用的方法和措施，消除了大壩地質(zhì)缺陷和地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)隱患，確保大壩各種地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)得到嚴(yán)格控制。混凝土重力壩大壩地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源和隱患辨別步驟基本相同，針對(duì)不同混凝土重力壩施工地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源的辨識(shí)，采取管控措施可能有所區(qū)別，但基本方法和原理相近，隨著BIM、數(shù)字孿生、智慧水利技術(shù)的廣泛運(yùn)用，采用智能數(shù)字技術(shù)為大壩地質(zhì)隱患排查、識(shí)別，構(gòu)建更加高效快速安全防御體系，提升大壩安全運(yùn)行和高質(zhì)量發(fā)展快捷高效精細(xì)精準(zhǔn)防范風(fēng)險(xiǎn)方法，為工程建設(shè)和運(yùn)行提供安全可靠保障系統(tǒng)。