石 梅 裴延彪

(新疆瑪納斯縣水利局 832200)

1 工程概況

石門子水庫(kù)工程位于新疆瑪納斯縣西南塔西河中游“石門”峽谷段，峽谷長(zhǎng)約350m，河谷呈“U”形，谷底寬70～80m。本工程的主要建筑物由碾壓混凝土拱壩、黏土心墻副壩、導(dǎo)流兼引水發(fā)電隧洞、電站廠房、壩頂溢洪道、壩身泄水孔等建筑物組成。碾壓混凝土拱壩壩高110m，壩頂弧長(zhǎng)169m。設(shè)計(jì)正常蓄水位1390m，校核洪水位1392.5m，總庫(kù)容5010萬(wàn)m3。裝機(jī)容量7.65MW。地震設(shè)計(jì)烈度8度。

1.1 大壩地質(zhì)狀況

壩址區(qū)出露侏羅系中、上統(tǒng)，白堊系下統(tǒng)地層，為一套連續(xù)沉積的河湖碎屑巖，產(chǎn)出狀態(tài)以中厚層至塊狀為主，層理發(fā)育，具有明顯的沉積韻律，巖層產(chǎn)狀NE90°/30°N∠30°。侏羅系中統(tǒng)為淺灰色、紫紅色薄層、極薄層夾中厚層砂巖，泥質(zhì)砂巖與泥巖互層。侏羅系上統(tǒng)為以泥鈣質(zhì)膠結(jié)為主的棕紅色礫巖(J3hla)和以鈣質(zhì)膠結(jié)為主的青灰色礫巖 (J3hlb)。白堊系下統(tǒng)為淺灰色、灰綠色、棕紅色砂巖、砂質(zhì)泥巖、粉沙巖。第四系廣布，為沖積沙礫石層、洪積黃土、洪積含土沙礫石層。

1.2 左壩肩工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)左壩肩F3及J3是控制該壩肩抗滑穩(wěn)定的兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)面，前者是可能滑移體的側(cè)滑面，后者是底滑面。F3位于F5外側(cè)，距離約10m余，二者基本平行，產(chǎn)狀近似，但F3更靠近河床方向，它也是影響左壩肩抗滑穩(wěn)定的另一個(gè)側(cè)滑面。

F3總體產(chǎn)狀走向 N35°～45°，傾角 65°～75°，傾向SE，破碎帶寬 0.1 ～2.5m 不等，影響帶寬 0.5 ～5m，為左行平移正斷層，張扭性。工程施工前期，由于勘探工作較少，當(dāng)時(shí)認(rèn)為左拱端下游山體內(nèi)，F(xiàn)5斷層的連通率為40%，而60%為不連通部分，其中75%處于弱風(fēng)化及新鮮巖石內(nèi)，故其綜合抗剪強(qiáng)度是相對(duì)較高的(不連通部分的 f'=0.70 ～0.85，c'=0.85 ～0.9MPa)。但在工程施工過(guò)程中，對(duì)左壩肩F5斷層進(jìn)行進(jìn)一步的地質(zhì)勘查工作，從先后的七個(gè)揭露點(diǎn)的狀況說(shuō)明，左壩肩存在F5且是全連通的。

根據(jù)以上情況，經(jīng)采用三維剛體極限平衡等K值法，計(jì)算出左壩肩山體在天然狀態(tài)下(即未進(jìn)行基礎(chǔ)處理時(shí))的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為:

F5～J3組合:用純摩公式計(jì)算，左壩肩抗滑穩(wěn)定安

全系數(shù)K=1.17;

用剪摩公式計(jì)算，左壩肩抗滑穩(wěn)定安

全系數(shù)K=2.47

F3～J3組合:用純摩公式計(jì)算，左壩肩抗滑穩(wěn)定安

全系數(shù)K=1.12;

用剪摩公式計(jì)算，左壩肩抗滑穩(wěn)定安

全系數(shù)K=2.42

從上述計(jì)算結(jié)果可知，在天然狀態(tài)下，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)未能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。為此，需對(duì)左壩肩進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

2 左壩肩F5～J3及F3基礎(chǔ)處理的工程措施

左壩肩F5～J3基礎(chǔ)處理工程措施曾進(jìn)行過(guò)多種方案比較，包括在山體內(nèi)建數(shù)條抗滑井及山體外側(cè)建二道壩增加壓重等方案，按照技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的原則，考慮到左壩肩上體較薄且工程已接近完建這一實(shí)際情況，采用如下基礎(chǔ)處理工程措施:

a.沿F5設(shè)上、下兩條縱向抗滑灌漿排水洞。上洞上游端接近原左壩肩灌漿排水洞，沿F5以5%下降坡度向下游延伸至下游山坡出口，該洞全長(zhǎng)143.25m，上游端巖體開(kāi)挖面高程為1350.0m，下游出口開(kāi)挖面高程為1342.8m。本洞設(shè)鋼筋混凝土襯砌，斷面尺寸及配筋對(duì)圍巖的固結(jié)灌漿及插筋布置等均與右壩肩1340m高程抗滑交通排水洞基本相似。由于大壩及防滲帷幕灌漿等已基本建成，為了避免對(duì)已有建筑物造成不利影響，本洞的開(kāi)挖爆破采用淺孔小藥包毫秒爆破。在最前端的30m范圍內(nèi)，另作控制開(kāi)挖及補(bǔ)強(qiáng)灌漿。

下洞上游端與原左壩肩1289m高程灌漿排水洞相通，二者洞底高程亦相含接，進(jìn)口洞底巖石開(kāi)挖面高程為1288.95m，本洞沿 F5以1%上升坡度向下游延伸75m，然后以1∶2.2的坡向上延伸至山坡出口，此斜段長(zhǎng)87.78m，故本洞共長(zhǎng)162.78m，出口地面襯砌面高程為1325m，斜段底面設(shè)臺(tái)階。左壩肩排水系統(tǒng)收集到的滲漏水通過(guò)本洞流入原排水系統(tǒng)，即流入右壩肩的集水井再抽排出山體。本洞襯砌內(nèi)洞寬3m，加兩側(cè)墻襯砌厚度底板共寬4.4m，對(duì)于開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)部分F5及其破碎帶實(shí)際較寬時(shí)洞寬亦要相應(yīng)加寬，并按實(shí)際情況增設(shè)防滑翼墻，即與右壩肩的1289m高程抗滑交通排水洞相似。

b.為了降低側(cè)向繞滲作用在F5及F3以上的水頭，在F5上洞(1350m高程洞)內(nèi)左側(cè)向下(向山里傾斜5°夾角)打孔進(jìn)行縱向防滲帷幕灌漿，一排孔，孔踞1.5m，孔深至1285m高程，帷幕總長(zhǎng)為5800m。

c.為了減輕F5及F3內(nèi)碎裂巖體的軟化危險(xiǎn)，在F5的1350m高程上洞垂直向下的位置，1292.5m高程處打一深孔內(nèi)側(cè)排水洞，洞長(zhǎng)100m(本洞的開(kāi)挖施工是自右側(cè)的1289m高程抗滑灌漿排水洞打一施工支洞進(jìn)行，該支洞長(zhǎng)約17m，同時(shí)兼作排水洞之用，即將內(nèi)側(cè)排水洞之滲漏水排至1289m高程抗滑灌漿排水洞再匯流至右壩肩的集水井內(nèi))，自F5的1350m高程上洞內(nèi)向下打垂直排水孔直至本1292.5m高程深孔內(nèi)側(cè)排水洞，如是在上述縱向防滲帷幕之后、在F5及F3之前設(shè)一縱向排水孔幕。此深孔內(nèi)側(cè)排水洞一般不襯砌，遇巖石較差部分則用鋼絲網(wǎng)噴混凝土護(hù)壁。在1289m高程抗滑灌漿排水洞內(nèi)向下打垂直排水孔，孔深至1280m高程。此外，在1289m高程抗滑灌漿排水洞與1292.5m高程內(nèi)側(cè)排水洞之間設(shè)水平排水孔相連，與上述排水措施一起形成一道可以降低左岸山體繞滲及通過(guò)左岸副壩基礎(chǔ)自下而上滲流水頭的排水網(wǎng)，與外側(cè)在原1289m高程交通排水洞內(nèi)向下(平行于F5的方向)所設(shè)的外側(cè)排水孔幕相配合，可形成一個(gè)抽排系統(tǒng)，這對(duì)于降低F5及F3的地下水位，減少斷層內(nèi)巖石軟化的危險(xiǎn)是比較有效的。

d.為了增加F5內(nèi)碎裂巖體的密實(shí)度及凝結(jié)力，在兩條F5抗滑灌漿排水洞內(nèi)向F5內(nèi)部打孔進(jìn)行水泥固結(jié)灌漿，自每條洞向上各灌5m深，向下各灌10m深，孔距2m，上下游總長(zhǎng)100m。對(duì)于F5內(nèi)進(jìn)行的固結(jié)灌漿總面積為3000m2，在開(kāi)挖完畢后在襯砌前即造孔并埋好灌漿管，待襯砌完畢后再進(jìn)行灌漿。

e.對(duì)F3的處理主要是從F5的兩條抗滑灌漿排水洞內(nèi)及左壩肩原已建成的兩條交通排水洞內(nèi)向F3打孔進(jìn)行固結(jié)灌漿(F3在相當(dāng)長(zhǎng)距離內(nèi)穿過(guò)原1289m高程交通排水洞，且斜穿過(guò)原1340m高程交通排水洞，所以自該二洞向F3打孔固結(jié)灌漿是比較方便的)。自原1289m高程交通排水洞則可直接向F3內(nèi)打孔進(jìn)行固結(jié)灌漿，向上灌5～7m，向下灌10～12m。如果對(duì)3000m2的F3進(jìn)行加固，則該部分F3內(nèi)碎裂巖體的密實(shí)度、抗滑能力、抗?jié)B性及凝結(jié)力等均能有所提高。

f.由于F5在下游山坡出露部位不明顯，自左岸原1325m高程的F5探洞內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的F5部位起，跟蹤F5打一斜向上方的地質(zhì)探洞以確定F5在山坡出露位置，然后向上下挖探槽以確定上下兩洞的F5在山坡出口處的位置，以此作為兩洞施工開(kāi)挖的進(jìn)口。

3 加固處理后左壩肩抗滑穩(wěn)定情況

在上述各項(xiàng)基礎(chǔ)處理措施完成后，作用在F5、F3上的地下水位有所降低，部分滑面采用的力學(xué)參數(shù)稍有提高，J3根據(jù)實(shí)際情況考慮有30%的面積為膠結(jié)層面。用三維剛體極限平衡等K值計(jì)算出左壩肩山體在基礎(chǔ)處理后的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為:

F5～J3組合:用純摩公式計(jì)算，左壩肩抗滑穩(wěn)定安

全系數(shù)K=1.36;

用剪摩公式計(jì)算，左壩肩抗滑穩(wěn)定安

全系數(shù)K=2.80

F3～J3組合:用純摩公式計(jì)算，左壩肩抗滑穩(wěn)定安

全系數(shù)K=1.30;

用剪摩公式計(jì)算，左壩肩抗滑穩(wěn)定安

全系數(shù)K=2.63

左壩肩F5斷層增加加固措施后，又在1350m高程F5斷層抗滑洞的上下游斷層兩側(cè)布置4個(gè)測(cè)壓管、1289m高程F5斷層抗滑洞沿?cái)鄬觾蓚?cè)布置4個(gè)測(cè)壓管、1289m高程排水洞上下游布設(shè)兩個(gè)測(cè)壓管、左岸1289m高程交通洞下坡段穿過(guò)J3夾層以下10m布設(shè)1個(gè)測(cè)壓管;布設(shè)了4支大量程測(cè)縫計(jì)，分別在1289m高程和1350m高程抗滑灌漿洞內(nèi)按上下游分別布置兩支，均垂直于F5斷層面而安裝。一支所測(cè)開(kāi)合度變化范圍在 -4.54 ～ -4.35mm 之間，變幅0.19mm;另一支所測(cè)開(kāi)合度變化范圍在-1.33～-0.82mm之間，變幅0.53mm;整體開(kāi)合度的變化非常小，且不受溫度和庫(kù)水位的影響，說(shuō)明F5斷層目前非常穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

本拱壩工程等級(jí)為二級(jí)，壩高超過(guò)百米，是設(shè)有新型構(gòu)造措施的碾壓混凝土高拱壩。壩基巖體為軟化系數(shù)不高的含有泥質(zhì)膠結(jié)成分的棕紅色礫巖，右壩肩巖體中有F6斷層切割，左壩肩巖體中有F10斷層切割，對(duì)壩肩穩(wěn)定有影響，此外，壩址處于寒冷地區(qū)及強(qiáng)地震區(qū)。通過(guò)對(duì)主壩左壩肩基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理后，工程運(yùn)行10年以來(lái)，外觀檢查和內(nèi)部觀測(cè)儀器所測(cè)得的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，工程運(yùn)行良好，為塔西河灌區(qū)工、農(nóng)、牧業(yè)經(jīng)濟(jì)跨越式發(fā)展提供了水利基礎(chǔ)保障。