下壩水庫(kù)壩址巖體勘測(cè)

李青

（黔西南州興源水利電力勘察設(shè)計(jì)有限公司，貴州 興義 562400）

壩址區(qū)域的巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是水庫(kù)和樞紐工程能否正常使用的關(guān)鍵。近幾年，隨著國(guó)內(nèi)外許多大型、中型水利工程的相繼建成，在壩址地區(qū)進(jìn)行了大量的巖體抗滑穩(wěn)定性試驗(yàn)，取得了豐富的實(shí)際資料。由于極射赤平投影與有限元方法計(jì)算的邊界條件、整體黏合效應(yīng)、局部應(yīng)力集中、應(yīng)力擴(kuò)散等條件的不同，計(jì)算的結(jié)果也不盡相同。下文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，對(duì)巖體中各種構(gòu)造面進(jìn)行分類、統(tǒng)計(jì)，同時(shí)，利用極射赤平投影法對(duì)結(jié)構(gòu)面與原坡之間的關(guān)系進(jìn)行分析，并對(duì)巖體和楔形（由多個(gè)構(gòu)造面切成的巖體）的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，給出了一種比較經(jīng)濟(jì)、可行的處理方法，為以后的施工和同類工程的實(shí)施提供理論依據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

1 工程地質(zhì)情況

壩址區(qū)壩址以上集水面積7.5 km2，明流區(qū)主河道長(zhǎng)5.9 km，主河道坡降為2.937%。區(qū)域多年平均徑流量為487.5 萬(wàn)m3，多年平均流量為0.15 m3/s。擬建水庫(kù)校核洪水位1453.91 m，總庫(kù)容257 萬(wàn)m3；正常蓄水位1452.00 m，相應(yīng)庫(kù)容220 萬(wàn)m3；興利庫(kù)容199.10 萬(wàn)m3。

區(qū)內(nèi)主要出露：二疊系龍?zhí)丁L(zhǎng)興組（P2l-c）地層，主要為粘土巖、粉砂巖、砂巖夾燧石灰?guī)r及煤層，厚448.0～771.0 m；三疊系夜郎組（T1y）地層，主要為砂巖、頁(yè)巖、粘土巖和灰?guī)r互層，厚604.0 m；永寧鎮(zhèn)組（T1yn）地層，上部為灰色白云巖、角礫狀白云巖,下部為灰色灰?guī)r，時(shí)夾白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，厚552.0～847.0 m；關(guān)嶺組（T2g）地層，主要由灰?guī)r、白云巖及少量粘土巖組成的臺(tái)地相半封閉淺海至咸化海沉積；第四系（Q）覆蓋層，主要為沖積（Qa）l、洪積物（Qp）l和殘積（Qe）l、坡積物（Qd）l，沖積、洪積物為粉砂土、卵石、礫石、塊石等，分布于河床，厚0～12.0 m；殘積、坡積物為粘土夾碎石，分布于緩坡，厚0～3.5 m[1]。

壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要以北北東方向?yàn)橹鳎こ虆^(qū)位于區(qū)域次級(jí)結(jié)構(gòu)體之興仁結(jié)構(gòu)體中，興仁結(jié)構(gòu)體以馬場(chǎng)斷層、楊寨大坡斷層、坡坪同生斷層、壩索同生斷層為界。

2 壩基巖體及左右岸邊坡的抗滑穩(wěn)定分析

壩址區(qū)和測(cè)區(qū)雖然沒有發(fā)生過(guò)破壞性地震，但是小地震比較頻繁，測(cè)區(qū)地震主要分布在晴隆、興仁附近，其次為東部關(guān)嶺附近及貞豐之東。據(jù)記載，發(fā)生震級(jí)不小于3 級(jí)且有感或輕微損害性地震23 次，地震最高為4.8～5 級(jí)。近場(chǎng)區(qū)以弱震為主，可見區(qū)域及近場(chǎng)區(qū)內(nèi)震級(jí)不高，基本屬于弱震活動(dòng)區(qū)。庫(kù)區(qū)回水長(zhǎng)約1.68 km，出露地層為三疊系夜郎組（T1y1，T1y2）地層，巖性為灰?guī)r和紫色砂巖互層，夾少量粘土巖[2]。

在評(píng)估自然邊坡穩(wěn)定性的時(shí)候，河谷為不對(duì)稱的“V”形谷，兩岸坡地形坡度為35°～46°，兩岸山頭高出河床120～150 m。岸坡除第四系殘坡積層（Qel+dl）零星分布外，無(wú)其他較大不良地質(zhì)現(xiàn)象分布，自然邊坡穩(wěn)定。

在評(píng)估開挖邊坡穩(wěn)定性時(shí)，兩岸覆蓋層為殘坡積沙壤土、粉質(zhì)粘土，分布厚度為0.6～1.5 m，強(qiáng)風(fēng)化層厚2.6～6.4 m?？紤]到兩岸基坑開挖較深，殘坡積覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化層呈散體、碎裂結(jié)構(gòu)，邊坡開挖時(shí)易失穩(wěn)，施工中對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)處理。壩基及兩岸分布的基巖為砂巖與灰?guī)r互層組成，巖層傾下游偏右岸，巖層產(chǎn)狀變化較小，傾角為21°，巖層產(chǎn)狀對(duì)壩肩邊坡開挖有利，左右壩肩在施工開挖期間需做好防護(hù)。表層巖體遭切割強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化層，開挖過(guò)程可能產(chǎn)生垮塌，應(yīng)注意合理放坡及危巖清理工作，并及時(shí)采取防護(hù)處理措施。

3 勘察方法及工作布置

3.1 勘測(cè)方法

根據(jù)下壩水庫(kù)庫(kù)區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行參考，并且開展多次地質(zhì)勘測(cè)，主要通過(guò)攝影、采樣、描述等方法，收集分析相關(guān)資料，并且調(diào)查區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和地震活動(dòng)情況，對(duì)工程區(qū)的區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)。同時(shí)，通過(guò)自然露頭點(diǎn)來(lái)分析各種地質(zhì)現(xiàn)象；為了研究地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等在地層中的分布，利用雙動(dòng)式旋轉(zhuǎn)式取心鉆機(jī)對(duì)下游壩址和溢流通道進(jìn)行地質(zhì)鉆孔，在物理勘探中，利用單孔聲波法測(cè)量下壩址的巖體完整性。

3.2 勘察工作布置

勘測(cè)單位對(duì)下壩址1∶2 000進(jìn)行了壩址地質(zhì)調(diào)查。4 條壩線上共有10 個(gè)壩線，各有2～4 個(gè)鉆孔，當(dāng)壩基沒有軟弱夾層或下游不利的構(gòu)造面時(shí)，孔深必須達(dá)到連續(xù)10.0 m，才能最終形成鉆孔。在上壩址溢流道處，按現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，各設(shè)1鉆孔。

4 巖土體工程地質(zhì)特征

4.1 巖體風(fēng)化特征

巖體風(fēng)化是指巖石在自然環(huán)境中受到風(fēng)、水和其他自然力量的作用，逐漸發(fā)生物理、化學(xué)或生物變化的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程可以創(chuàng)造出美麗的地貌景觀，例如峽谷、巖洞和奇特的巖石形狀。壩址區(qū)的基巖以結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)地堅(jiān)硬的巖屑凝灰?guī)r和構(gòu)造緊湊、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固的火山角礫巖為主。全風(fēng)化帶為黃棕色，多為沙質(zhì)，因其巖體為白堊系，成巖時(shí)間較晚，且風(fēng)化程度不高，大部分不完全風(fēng)化，只在SHXZ4 孔處發(fā)現(xiàn)了厚約2.5 m 的全風(fēng)化層；強(qiáng)風(fēng)化帶為灰綠～灰棕色，多為破碎塊，厚度不等，平均厚度約2.0 m。河谷區(qū)巖體風(fēng)化情況有明顯差別，在河谷區(qū)兩側(cè)風(fēng)化程度較高，形成弱風(fēng)化帶，呈灰綠色，多為短柱形，厚度為6.0 m 左右，但多有分布不均情況，巖體風(fēng)化沿河床兩側(cè)為節(jié)理裂縫發(fā)育，其中弱風(fēng)化帶厚達(dá)9.8 m，呈微風(fēng)化帶狀，顏色同樣為灰綠色，以長(zhǎng)圓柱形居多，結(jié)合實(shí)際勘測(cè)情況可知，最大暴露深度為52.8 m[3]。

4.2 巖體完整性

巖體的完整性是指巖石在受到外部力量作用時(shí)保持其原有的結(jié)構(gòu)和完整性的能力。當(dāng)巖體受到外部力量的影響時(shí)（例如地震、重力、工程挖掘或水壓力等），巖石可能會(huì)發(fā)生破裂、剪切、崩塌或變形等現(xiàn)象。評(píng)估巖體完整性常用的指標(biāo)包括巖石的強(qiáng)度、連續(xù)性和裂隙系統(tǒng)，其中巖石的強(qiáng)度決定了巖體能夠承受外部力量的大小，巖體的連續(xù)性表示巖石是否由一塊完整的巖體組成，而巖石的裂隙系統(tǒng)則會(huì)影響巖體的穩(wěn)定性和滲透性。巖體完整性的高低會(huì)對(duì)工程項(xiàng)目的安全穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響，其研究對(duì)于地質(zhì)工程、巖石力學(xué)和巖石工程等領(lǐng)域非常重要。為了評(píng)估和管理巖體完整性，工程師和地質(zhì)學(xué)家會(huì)采取多種方法，如地質(zhì)勘探、地下水位監(jiān)測(cè)、巖芯取樣和巖石試驗(yàn)等，并采取相應(yīng)的措施來(lái)增強(qiáng)或修復(fù)巖體的穩(wěn)定性。此次調(diào)查主要以鉆孔巖體波速測(cè)定及巖心完好率統(tǒng)計(jì)等方法，對(duì)弱風(fēng)化巖、微風(fēng)化巖體進(jìn)行了完整性的全面分析和統(tǒng)計(jì)。

5 壩基主要工程地質(zhì)問(wèn)題及評(píng)價(jià)

5.1 壩基各巖土層適宜性評(píng)價(jià)

壩基各巖土層適宜性評(píng)價(jià)：砂礫巖，厚度為2.0～4.0 m，厚度較小，土壤質(zhì)地不均勻，呈不規(guī)則分布，不論有無(wú)不均勻的變形，均不宜用作混凝土重力壩的基礎(chǔ)。坡面礫石土，厚度通常為1.0～2.0 m，植被根系發(fā)達(dá)，土壤中有礫石，土壤質(zhì)地不均勻，不宜作壩基，故應(yīng)予以拆除。強(qiáng)風(fēng)化巖體，一般厚2.0 m，巖層較弱，巖體破裂，巖塊之間有淤泥，強(qiáng)風(fēng)化巖體壩體為散體，整體強(qiáng)度較差，不宜用作壩基，故應(yīng)予以拆除[4]。弱風(fēng)化巖體，具有2.0～5.0 m 厚、高強(qiáng)度、節(jié)理裂縫發(fā)育的特點(diǎn)，其完整性以完整性差～完整為主，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?，可以用作混凝土重力壩的壩基?/p>

5.2 壩基滲漏

壩基滲漏主要通過(guò)地質(zhì)測(cè)繪及鉆孔壓水試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，由試驗(yàn)結(jié)果得出弱風(fēng)化巖的滲透系數(shù)為10.3～51.3 Lu，屬于中度滲透，有滲透性，因此，應(yīng)采取相應(yīng)的防滲措施。勘測(cè)部門針對(duì)壩基滲漏的情況，提出采用弱風(fēng)化巖作為壩基的混凝土重力壩，可有效控制壩基滲漏情況。

5.3 壩基邊坡開挖問(wèn)題

混凝土重力壩壩基采取從上到下的開挖順序：2.0～4.0 m 厚的砂礫，1.0～3.0 m 的沙礫土壤，4.0～6.0 m 厚的強(qiáng)風(fēng)化火山角礫巖，1.0 m 厚的弱風(fēng)化火山角礫巖。壩基邊坡開挖是水利工程施工中主要內(nèi)容之一，保證壩基邊坡開挖質(zhì)量是非常重要的。工程壩基邊坡的開挖技術(shù)方案要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況及項(xiàng)目總體施工方案綜合確定，目標(biāo)是滿足工程進(jìn)度、質(zhì)量及安全要求，常見的開挖方法有機(jī)械挖掘、爆破等。由于水利水電工程施工中巖層大多較為堅(jiān)硬，所以大多數(shù)采用爆破施工，壩基的爆破方案要結(jié)合總體施工組織設(shè)計(jì)及其他部位爆破方案綜合確定。常用的爆破方法有深孔爆破、淺孔爆破、預(yù)裂爆破等，大多數(shù)水利工程工程量較大，所以在選擇爆破方案的時(shí)候，通常是幾種方法結(jié)合使用。施工過(guò)程中要嚴(yán)格制定爆破方案，合理使用爆破方法，尤其控制炸藥用量，爆破時(shí)需要保證預(yù)留的邊坡保護(hù)層厚度符合要求。其中，保護(hù)層開挖通常使用預(yù)裂爆破，預(yù)裂爆破可以精確控制開挖邊界，最大程度保護(hù)開挖面，使開挖面完整美觀，不會(huì)造成大規(guī)模欠挖及超挖現(xiàn)象，石方工程的欠挖超挖造成的經(jīng)濟(jì)成本非常高，因此，控制石方開挖質(zhì)量直接關(guān)系項(xiàng)目工程的成本投入，尤其重要。

5.4 地質(zhì)構(gòu)造勘察

地質(zhì)構(gòu)造是壩址選擇的另一重要因素，特別是高敏感性剛性壩建設(shè)時(shí)，需通過(guò)地質(zhì)構(gòu)造勘察防范大壩建成后出現(xiàn)變形問(wèn)題。一般而言，壩址不建在劇烈活動(dòng)的地震區(qū)，也不可在活動(dòng)性斷裂發(fā)育區(qū)域修建水利工程。所以，在進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造勘察時(shí)應(yīng)繞開活斷層，在穩(wěn)定性區(qū)域選址建壩。壩址選擇時(shí)需重點(diǎn)勘察地質(zhì)構(gòu)造，了解斷裂活動(dòng)分布狀況、斷裂帶所屬類型、斷裂規(guī)模的大小，同時(shí)認(rèn)真分析斷裂活動(dòng)的發(fā)生規(guī)律，對(duì)斷層錯(cuò)動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)定，從而對(duì)水庫(kù)工程出現(xiàn)地震的可能性或地震等級(jí)進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。此次工程壩址選在無(wú)斷層發(fā)育地區(qū)，壩區(qū)屬于單斜構(gòu)造，通過(guò)地表地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)，左岸與右岸均有裂隙發(fā)育現(xiàn)象，右岸裂隙中有一組裂隙會(huì)對(duì)拱端受力形象有一定影響，另有一組緩傾角裂隙，雖具有緩傾巖層，但巖層呈向下傾斜分布，微傾向于右?guī)r，不存在層間錯(cuò)動(dòng)帶，因而不會(huì)受到次生作用影響而逐漸向泥化夾層轉(zhuǎn)變，并且其他構(gòu)造結(jié)構(gòu)面也不存在切割現(xiàn)象，不會(huì)影響壩基的抗滑性能，壩址不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。同時(shí)，壩址區(qū)域內(nèi)也不存在陡傾或倒轉(zhuǎn)巖層，因而不會(huì)出現(xiàn)較為強(qiáng)烈的構(gòu)造變形問(wèn)題，不會(huì)因劇烈活動(dòng)而導(dǎo)致巖石完整性遭到破壞。

5.5 加強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性

穩(wěn)固混凝土抗滑結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定錨桿等是加強(qiáng)邊坡穩(wěn)固性的主要措施。此次工程采用混凝土抗滑樁來(lái)增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，即將抗滑樁深入到滑坡土層里，以抵擋滑體的滑動(dòng)力，此方法對(duì)于滑坡前面部分比較適用，可使邊坡達(dá)到理想的穩(wěn)固效果。在建設(shè)水庫(kù)之前，要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，了解巖石的性質(zhì)、裂隙系統(tǒng)和地質(zhì)構(gòu)造，同時(shí)定期進(jìn)行地質(zhì)監(jiān)測(cè)，包括監(jiān)測(cè)地下水位、巖體位移和地震活動(dòng)等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的穩(wěn)定性問(wèn)題。要做好邊坡修整和加固，對(duì)于邊坡上的松散土壤或不穩(wěn)定的巖體，可以采取修整和加固措施，如清除松散的土壤、修復(fù)或加固巖體裂隙、填補(bǔ)裂隙或孔隙。設(shè)計(jì)和建造有效的排水系統(tǒng)，可以通過(guò)安裝排水管道、排水溝或滲透層等方式來(lái)避免水在邊坡上積聚，以減少水壓力對(duì)邊坡的影響。種植適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境的植被（如草坪、灌木和樹木等）來(lái)增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，以及考慮建造護(hù)坡結(jié)構(gòu)（如混凝土護(hù)坡、擋土墻或格柵等）以增加邊坡的支撐和保護(hù)。同時(shí)，要定期檢查維護(hù)邊坡的穩(wěn)定性，并進(jìn)行必要的修復(fù)和加固工作；定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)任何潛在問(wèn)題并采取措施加以處理。

5.6 壩基加固處理設(shè)計(jì)

壩基加固處理設(shè)計(jì)主要分為三方面：1）砂漿錨筋樁。在施工過(guò)程中需考慮接頭水平力，并根據(jù)增程對(duì)錨件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。對(duì)于支撐管段，分隔縫施工主體應(yīng)按照第一排向上、第二排向下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行布線處理，還應(yīng)對(duì)十字管進(jìn)行合理配置，為基本穩(wěn)定性提供拉力，同時(shí)提供水平阻抗，以改善底板穩(wěn)定性。大壩樁頭數(shù)量在3～28 根，間距3.0 m，深緣11.0 m。3號(hào)大壩錨固樁組3～28根，間距2.0 m，深度至基礎(chǔ)廠房12.0 m。5 號(hào)大壩錨固樁帽3×32 m，距離2.0 m，深度至巖石12.0 m。2）混凝土澆筑支柱。4 號(hào)大壩采用C25 混凝土鉆孔螺栓提高底板穩(wěn)定性，桿直徑為1.2 m，深度為20.0 m，有循環(huán)井的構(gòu)造塊十字槽排列為4.0 m，樁帽的數(shù)量和大小由支撐板底部上方的總荷載確定，共計(jì)98 個(gè)。3）固體清潔劑?？商岣邘r石完整性和均勻性，提高地基彈性模量，減少地基滲透，全面穩(wěn)定大壩；采用錨孔固井，遵循順序加密原則。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，石湖水庫(kù)下游壩位處的壩線巖作為混凝土重力壩的壩基，應(yīng)進(jìn)行合理的加固和防滲處理，在地下水位為1.0 m 時(shí)，采用合適的降水量。左岸堤岸目前的邊坡已基本穩(wěn)定，建議采取清理地表坡積物和破碎巖石作為壩肩，右壩肩部為壩肩，對(duì)比提出了清理地表破裂巖體的方案，同時(shí)兩邊壩肩巖體總體穩(wěn)定，以便為水利工程實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。