胡大彪, 龔登峰

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,貴州 貴陽 550002)

觀音巖水庫工程碾壓混凝土拱壩建基面(河床段)抬高論證

胡大彪, 龔登峰

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,貴州 貴陽 550002)

根據(jù)觀音巖水庫拱壩建基面(河床段)開挖揭露地質(zhì)條件,運(yùn)用單、跨孔超聲波以及電磁波CT測(cè)試、巖石試驗(yàn)等勘察手段,進(jìn)一步對(duì)巖體風(fēng)化線、巖體質(zhì)量、力學(xué)參數(shù)進(jìn)行復(fù)核,從而論證建基面抬高的地質(zhì)條件。

拱壩;建基面;抬高

1 工程概況

觀音巖水庫工程位于貴州省六盤水市水城縣阿戛鄉(xiāng)境內(nèi)的巴都河上,壩址區(qū)位于牛場(chǎng)壩上游至觀音巖河段上,距離水城縣58.5 km,距離阿戛鄉(xiāng)約16.5 km。

大壩為碾壓混凝土雙曲拱壩,初步設(shè)計(jì)最大壩高109 m,壩頂高程1 434 m,最低建基面高程1 325 m,水庫正常蓄水位高程1 430 m,庫區(qū)迴水長5.65 km,正常蓄水位對(duì)應(yīng)庫容1 980萬m3,總庫容2 167萬m3,死庫容251萬m3,興利庫容1 532萬m3,工程規(guī)模為中型,工程等別為Ⅲ等。

2 前期勘察成果

2.1 壩址地形及地層巖性

壩址河床高程1 337～1 340 m,河谷為基本對(duì)稱“V”型谷,左岸為順向坡,右岸為逆—斜向坡。左岸總體為一凸出的山脊地形,地形坡度多>60°;右岸高程1 382 m以下坡度>64°。

大壩地基出露巖性為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組第一段第三層(T1yn1-3)灰色、淺灰色中厚層灰?guī)r夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r、少量泥灰?guī)r,河床沖洪積砂卵礫石層厚2～7 m,結(jié)構(gòu)松散。

2.2 構(gòu)造及結(jié)構(gòu)面

壩區(qū)為巖層單斜,巖層傾向上游偏右岸,為橫向谷,巖層產(chǎn)狀為185°～200°∠55°～66°。巖體結(jié)構(gòu)總體為層狀,層面發(fā)育。兩岸裂隙面中等—弱發(fā)育,裂隙隨深度加深而連通率逐漸降低。

2.3 溶蝕風(fēng)化狀況

強(qiáng)風(fēng)化帶結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化強(qiáng)烈,風(fēng)化裂隙發(fā)育,完整性較差,力學(xué)強(qiáng)度低;弱風(fēng)化帶(裂隙性溶蝕風(fēng)化)上帶沿結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化現(xiàn)象較普遍,巖體完整性受溶蝕風(fēng)化影響明顯,強(qiáng)度略有下降;下帶沿部分結(jié)構(gòu)面有溶蝕風(fēng)化現(xiàn)象,溶蝕充泥或夾泥膜現(xiàn)象少見,巖體完整性受結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化影響輕微,巖體強(qiáng)度降低不明顯。河床強(qiáng)風(fēng)化帶深度5～9 m,弱風(fēng)化上帶深度9～12 m,下帶深度12～15 m。

2.4 巖溶水文地質(zhì)條件

壩區(qū)巖溶整體發(fā)育較弱,通過地質(zhì)測(cè)繪、鉆孔、物探及平硐等勘察手段未發(fā)現(xiàn)有地表及隱伏溶洞發(fā)育,巖溶現(xiàn)象主要為巖體表層的溶蝕風(fēng)化。

2.5 壩基巖體工程地質(zhì)分級(jí)

根據(jù)壩區(qū)試驗(yàn)資料、鉆孔聲波資料、平硐聲波資料等,結(jié)合工程地質(zhì)情況,參照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487—2008)中附錄V——壩基巖體工程地質(zhì)分類,壩區(qū)弱—微風(fēng)化巖體中灰?guī)r屬BⅢ2-Ⅲ1類巖體,泥質(zhì)灰?guī)r屬BⅣ類巖體,泥灰?guī)r屬CⅣ類巖體。

2.6 綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)前期勘察資料,河床在1 325 m高程以上弱風(fēng)化巖體裂隙較發(fā)育,巖體完整性差,呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu);1 325 m高程以下巖體完整性好,僅局部裂隙較發(fā)育,相應(yīng)力學(xué)參數(shù)滿足建壩要求。所以初設(shè)建基面選擇為1 325 m,壩基承載力、變形模量均能滿足設(shè)計(jì)要求,對(duì)穿過壩基的軟弱夾層、破碎帶及溶蝕風(fēng)化巖體必須加強(qiáng)處理。

3 問題的提出

大壩河床段開挖至1 330 m高程時(shí),根據(jù)揭露地質(zhì)條件,兩岸河床段(A、C區(qū))建基面巖體為微新狀態(tài);河床段(B區(qū))為強(qiáng)風(fēng)化巖體。項(xiàng)目總承包方基于壩基河床段建基面地質(zhì)條件較好以及施工工期較緊的客觀原因,要求勘察設(shè)計(jì)單位對(duì)建基面(河床段)抬高進(jìn)行專項(xiàng)論證工作。

4 施工階段建基面地質(zhì)分析及評(píng)價(jià)

大壩B區(qū)已經(jīng)開挖至1 327～1 328 m高程,兩岸A、C區(qū)已經(jīng)開挖至1 328.5 m高程(見照片1)。主要勘察手段:現(xiàn)場(chǎng)開挖揭露地質(zhì)條件編錄、物探鉆孔聲波檢測(cè)、CT對(duì)測(cè)和巖石試驗(yàn)。

照片1 河床基坑開挖全貌照片(從左往右照)Photo 1 Panorama photo of foundation pit excavation

4.1 河床段壩基開挖地質(zhì)條件

(1) 河谷形式:基坑開挖后,河床為斜向谷,巖層傾向上游偏右岸。

(2) 巖性及巖層厚度、分布情況:施工開挖揭露,壩基巖體主要為T1yn1-3灰色、淺灰色中厚層灰?guī)r,在河床出露兩層連續(xù)性較好的泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r,厚1～1.5 m,其余區(qū)內(nèi)有少量泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r出露,但連續(xù)性差,一般厚5～10 cm,進(jìn)入微新巖體后,逐漸尖滅。施工開挖揭露,河床砂礫石層分布不均一,左岸較淺,右岸較深,一般厚1～7.5 m,右岸河床帶下限高程在1 330.5 m左右,寬2 m,比初設(shè)最低高程低了1 m左右(見圖1)。

(3) 地質(zhì)構(gòu)造:開挖揭露壩基無斷層發(fā)育,無較大溶蝕裂隙發(fā)育,巖層傾向上游偏右岸,巖層產(chǎn)狀為180°～195°∠55°～66°。裂隙面中等—弱發(fā)育,多為方解石脈填充,基坑主要發(fā)育裂隙5組,4組陡傾角,1組緩傾角。①N10°～40°E/NW∠60°～80°,與巖層走向近似垂直,主要分布在河床A區(qū),延伸長3～20 m,線密度1～2條/m,裂面多閉合,多為方解石脈及巖屑充填,方解石脈寬一般1～8 cm,影響帶局部達(dá)1.2 m;②N5°～25°E/SE∠60°～80°,與第①組走向基本相同,傾向相反,主要分布在C區(qū),多為方解石脈及巖屑充填,延伸長一般2～5 m;③N60°W/SW∠80°～85°,與層面小角度相交,在河床及左岸水平段發(fā)育,裂隙一般延伸2～4 m,多閉合,局部少許方解石脈充填,裂寬0.2～2 cm;④N65°E/SE∠70°～75°,與第③組成X節(jié)理,主要分布在河床A區(qū),一般延伸3～5 m,性質(zhì)和第③組類似;⑤N30°～60°E/NW∠10°～40°,為緩傾角裂隙,一般延伸1～3 m,多閉合,局部張開,張開寬0.1～1.5 cm,膠結(jié)好,規(guī)模小。總的來說,壩基裂隙規(guī)模小,對(duì)建基面抬高無較大影響。

圖1 拱壩下游立視圖Fig.1 Elevation view of lower reaches of arch dam

(4) 風(fēng)化分帶:施工開挖及地質(zhì)編錄發(fā)現(xiàn),河床段約15 m寬范圍內(nèi)(B區(qū)),巖體溶蝕風(fēng)化差異大,巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚度在1.5～8 m之間。靠近河床左岸巖體破碎,風(fēng)化裂隙發(fā)育,強(qiáng)風(fēng)化較深;靠近河床右岸巖體強(qiáng)風(fēng)化較淺,巖體較完整。巖體強(qiáng)風(fēng)化下限高程約在1 329～1 330 m之間,弱風(fēng)化帶厚4～6 m,下限高程約在1 324 ～1 327 m之間。河床段強(qiáng)風(fēng)化范圍較初設(shè)大,下限與初設(shè)基本一致,弱風(fēng)化帶深較初設(shè)淺了2～4 m(見圖1),弱風(fēng)化帶變淺為建基面抬高奠定必要條件。

(5) 巖溶水文地質(zhì)條件:通過大壩基坑開挖、物探CT測(cè)試及地質(zhì)編錄可知,基坑未發(fā)現(xiàn)有地表及隱伏溶洞發(fā)育。

4.2 物探測(cè)試

物探測(cè)試共完成了基坑左(A區(qū))、中(B區(qū))、右(C區(qū))三個(gè)區(qū)域共四組,每組3個(gè)聲波孔,1深2淺,共計(jì)12個(gè)鉆孔聲波測(cè)試(見圖2)?；訖z測(cè)運(yùn)用了單、跨孔超聲波以及電磁波CT測(cè)試手段。

圖2 壩基素描及物探聲波測(cè)試孔、CT對(duì)測(cè)布置圖Fig.2 Sketch of dam foundation,acoustic test hole and CT test plan

(1) 超聲波測(cè)試結(jié)果得出:在壩基A、C(左岸水平段 、右岸水平段)區(qū)內(nèi),在孔深1.6～2.2 m以上,高程在1 328.5～1 329 m以上,大部分巖體波速<3 500 m/s,該高程范圍內(nèi)巖體較破碎,推測(cè)為爆破松動(dòng)圈,以下巖體波速普遍>5 000 m/s,該高程范圍內(nèi)巖體完整;在壩基B區(qū)(河床段)內(nèi),高程1 328 m以上大部分巖體波速<3 500 m/s,該高程范圍內(nèi)巖體較破碎,節(jié)理、裂隙發(fā)育,為強(qiáng)風(fēng)化帶巖體;1 328 m以下巖體波速普遍>5 000 m/s,該高程范圍內(nèi)巖體完整。

(2) 通過電磁波CT測(cè)試成果可知:壩基在1 327.5 m高程以下巖體電磁波吸收系數(shù)<0.3 dB/m,該區(qū)域測(cè)試深度范圍內(nèi)未見巖溶異常,巖體完整;1 327.5 m高程以上呈現(xiàn)多處吸收系數(shù)>0.7 dB/m的高吸收率異常區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)巖體較破碎。

(3) 綜合分析,壩基河床段下部無深部巖溶發(fā)育,巖體完整。

4.3 與初設(shè)成果比較及評(píng)價(jià)

河床基坑地質(zhì)條件與初設(shè)資料基本一致,以灰?guī)r為主夾少量泥質(zhì)灰?guī)r及泥灰?guī)r;巖石層面結(jié)合較好,與初設(shè)資料吻合;緩傾角裂隙延伸短,規(guī)模小,無軟弱夾層及泥化夾層分布,進(jìn)入弱風(fēng)化巖體后裂隙弱發(fā)育且膠結(jié)良好,多為方解石脈充填,與初設(shè)一致;開挖后建基面巖體為弱風(fēng)化—微風(fēng)化巖體,弱風(fēng)化下限相對(duì)初設(shè)資料有明顯抬高,優(yōu)于初設(shè)資料;基坑內(nèi)未見巖溶現(xiàn)象,與初設(shè)階段預(yù)測(cè)情況吻合;基坑未見較大沖刷深坑,無地質(zhì)缺陷問題;A、C區(qū)巖體風(fēng)化狀態(tài)已是微風(fēng)化—新鮮基巖,巖體質(zhì)量總體上要優(yōu)于初設(shè)確定的巖體質(zhì)量,B區(qū)開挖至1 327 m已處于弱風(fēng)化下帶。

4.4 壩基巖體物理力學(xué)參數(shù)復(fù)核

(1) 施工圖階段所取巖樣試驗(yàn)值:施工圖階段在河床基坑取泥灰?guī)r塊石樣共計(jì)12件(取樣位置見圖2),取樣高程約為1 329 m,飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值為33.86～41.67 MPa,根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2011)附錄E,計(jì)算求得巖石飽和抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差σφ=4.057,平均值φk=38.4,變異系數(shù)δ=0.106,由(E.0.1-4)得出巖石飽和抗壓強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)為:

巖土參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值:frk=ψφ×φk=0.805 9×38.26=36.26 MPa。

(2) 初設(shè)及施工圖階段巖樣試驗(yàn)值對(duì)比:由表1可知,施工圖階段灰?guī)r及泥灰?guī)r試驗(yàn)指標(biāo)均高于初設(shè)試驗(yàn)值,壩基河床段1 327～1 328.5 m高程泥灰?guī)r飽和抗壓強(qiáng)度為34～41 MPa,承載力滿足建壩要求。

表1 初設(shè)與施工圖巖體物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)比表

4.5 地基承載力

根據(jù)計(jì)算,最大主壓應(yīng)力為441.531×104Pa,發(fā)生在1 375 m高程拱冠下游面。壩基、壩肩巖體為T1yn1-3灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r及少量泥灰?guī)r,試驗(yàn)值表明,綜合允許承載力為4～4.5 MPa,可滿足壩體最大承載力設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

根據(jù)上述分析,壩基巖體完整性較好,強(qiáng)度高,巖體呈弱—微新狀態(tài),承載力滿足建拱壩要求,具備建基面抬高的地質(zhì)條件。左岸(A區(qū))建基面為1 328.5 m,處于微新—新鮮巖體內(nèi),河床(B區(qū))建基面為1 327～1 328 m,上游為1 327 m,下游為1 328 m,處于弱風(fēng)化下帶,右岸(C區(qū))建基面為1 328.5 m,處于微新—新鮮巖體內(nèi)。

拱壩河床段建基面抬高是合理、必要的,不僅節(jié)約了施工工期,為次年填筑至安全度汛高程贏得了寶貴時(shí)間,而且節(jié)省工程投資159.93萬元。

[1] 中華人民共和國水利部.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范:GB 50487—2008[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2008.

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(責(zé)任編輯：陳姣霞)

The Demonstration of RCC Arch Dam Foundation(Riverbed)Elevation in Guanyinyan Reservoir Project

HU Dabiao, GONG Dengfeng

(InstituteofWaterConservancyandHydroelectricityofGuizhou,Guiyang,Guizhou550002)

According to geological conditions which are excavated in the Guanyinyan reservoir arch dam foundation(riverbed),the paper rechecks rock weathering line,rock quality,mechanics parameters by the exploration means of single,across hole ultrasonic and electromagnetic wave CT test,rock test etc.,and then demonstrates the geological conditions of dam foundation elevation.

arch dam; foundation plane; elevation

2016-05-13;改回日期:2016-05-26

胡大彪(1984-),男,工程師,水文與水資源工程專業(yè),從事水利水電勘察工作。E-mail:406120479@qq.com

TV642.4

A

1671-1211(2016)03-0352-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.025

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160530.0937.014.html 數(shù)字出版日期:2016-05-30 09:37