某水库重力坝坝基结构面勘察及评价.pdf

为查明某水库高坝坝基结构面的发育特性，通过地质测绘、钻探、物探声波测井、钻孔电视、水文地质试验等综合勘查手段，解决了常规利用平硐和竖井等勘查方法来查明坝基存在深层抗滑稳定问题，为设计提供了计算模型、地质参数及处理建议。对于存在类似工程地质问题的高坝小库而言，该工程的勘察思路和方法具有一定的参考意义。关键词：结构面；勘察；发育特征；坝基抗滑稳定中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：开放科学（资源服务）标识码（）：概况某水库位于广西西北部，为西南五省抗旱应急重点水源工程。水库总库容 万，是一座以供水为主的小（）型水库，工程等别为等。水库枢纽建筑物主要由大坝、消力池、供水管道及上坝公路等组成。拦河坝为常态混凝土重力坝，由左岸非溢流坝段、溢流坝段、右岸非溢流坝段组成，大坝坝顶宽 ，坝顶总长 ，最大坝高 ，属高坝。中部为 长的溢流坝段，布置有 孔溢流表孔；左岸非溢流坝段长 ，分为 个坝块；右岸非溢流坝段长 ，分为 个坝块。溢流坝下游采用底流消能方式，为综合式消力池。水库坝址河谷为 形横向谷，坝基地层岩性为中厚厚层状泥质砂岩夹薄层粉砂质泥岩，走向与坝址河流流向呈大角度相交，倾角较缓，为，总体倾向下游偏左岸。坝基局部岩体存在顺层缓倾角软弱夹层，具有软硬岩层间挤压或硬岩层间破碎，成层条件好，层次多，分布较广，充填物多为岩块岩屑或泥质物，与岩层产状一致等特点。缓倾角软弱夹层与其他节理裂隙组合可能存在坝基深层抗滑稳定问题。由于坝区地形较陡，为了查明 收稿日期：；修回日期：作者简介：陈 涛（），男，广西容县人，高级工程师，学士，主要从事水利水电工程地质与水文地质勘察、工程总承包管理工作。：。红水河第 卷不利结构面的发育规律、位置、工程地质特性，如根据大型水利工程的勘察要求，需要进行平硐和竖井勘探，并进行岩体结构面的原位试验。由于勘察时间有限，平硐和竖井勘探需要用到炸药，存在一定的安全隐患和社会问题。虽然用于平硐、竖井勘察的炸药用量少，但管控成本却很高，办理手续也较繁琐。对于这类小库高坝工程，由于缓倾角软弱夹层与其他不利结构面组合可能存在坝基深层抗滑稳定问题，如何在较短的时间内和花费较少的成本查明可能存在的深层抗滑稳定，需采用适当、有效、准确的勘察和评价方法，查明软弱夹层的分布、性状、抗剪力学参数，才能为设计提供计算模型及合理的地质参数，为制定深层抗滑稳定处理措施提供可靠的勘察依据。结构面勘察方法在可研及初步设计阶段，采取以下方法对结构面进行勘察：）工程地质测绘。首先进行坝区的工程地质测绘（采用的比例尺为 ），对露头的地质结构面发育规律、特征进行测绘，再结合工程地质测绘成果有针对性地布置勘探点。）钻探。可研阶段在坝区布置了 个钻孔。初步设计阶段在推荐坝线布置了 个钻孔（其中有 个斜孔，斜孔分别布置在左岸坝轴线高程 及 、右岸坝轴线高程 ，斜孔倾角为，孔深 不等），在辅勘线（其中有 个斜孔）、消力池共布置 个钻孔。）物探。大部分钻孔进行声波测井，根据声波划分岩体风化带及判定节理裂隙发育带、破碎带的位置。）钻孔电视。对部分钻孔（含全部斜孔）进行钻孔电视摄像，通过电视成像直观地查明软弱夹层、卸荷裂隙的性状、位置等。）水文地质试验。通过孔内压水试验，查明岩体透水率及软弱夹层的胶结情况。）土工试验。通过采取岩样及软弱夹层充填物进行岩石物理性质试验、岩矿鉴定等，根据软弱夹层和其他节理裂隙的性状，类比有关规范提出合理的抗剪强度参数。通过采用地质测绘、钻探、物探、钻孔电视、水文地质试验和土工试验等综合勘探手段，代替常规的平硐和竖井勘探，较好地查明了坝址区节理裂隙、卸荷裂隙、缓倾角软弱夹层、层间挤压破碎带等的分布情况、特征、力学性质和透水性等，对于可能构成深层抗滑稳定的底滑面（层间软弱夹层、挤压破碎带）、后缘切割面（节理）、侧向切割面（节理）的不利组合，给出了翔实客观的评价和设计计算模型，经类比有关规范，提出合理的抗剪强度参数。根据勘察成果，设计在初步设计阶段采用了齿墙作为坝基深层抗滑稳定的处理措施，确保不超出投资概算。施工图阶段通过加强勘察专业的现场设代工作，根据现场开挖的情况，及时补充完善、修正缓倾角软弱夹层的空间位置、特性等，为进一步对抗滑稳定处理措施优化设计提供地质依据。坝基结构面发育特征 地形条件坝址所在的河谷为典型的 形横向河谷；坝址段河流流向，河床宽 ，高程 。坝顶高程 时，坝线长约 。坝址两岸自然坡度较陡，山顶高程 ；局部基岩裸露，覆盖层较薄。其中，左岸山体自然坡度为 ，高程 以下坡度为 ，基岩出露；右岸山体自然坡度为，植被较发育。地层岩性坝址区出露的主要地层为三叠系中统板纳组中段（）及第四系（）地层。由老至新分述如下：）三叠系中统板纳组中段第一层（）：灰色中厚厚层状泥质砂岩夹薄层粉砂质泥岩，中厚厚层状结构，中厚层泥质砂岩单层厚度一般为，厚层单层厚度则为 ；薄层状粉砂质泥岩单层厚度一般小于 ，大多数在 ；二者层厚比例大于 。弱风化岩体中可见球状风化现象。该层为坝基主要岩层。根据岩石室内试验成果，弱风化泥质砂岩夹粉砂质泥岩属中硬岩类，粉砂质泥岩属软岩类；坝基岩体一般呈弱风化至微风化状态，强风化带一般缺失或厚度较薄。）第四系（）：由残坡积层（）黏土夹碎石、河流冲洪积层（）漂砂卵砾石层和崩塌堆积层（）组成，分布于水库坝址区两岸山坡及河床。缓倾角软弱夹层及其他节理裂隙等结构面发育特征坝址区为单斜构造，地质构造简单，断层规模较小，主要发育在右岸，倾角较陡，延伸不长，断 第 期陈 涛：某水库重力坝坝基结构面勘察及评价距不明显，破碎带宽 不等。坝址区结构面节理裂隙发育主要有以下 组：）层面及层间软弱夹层、层间挤压破碎带。产状，走向大致与河流垂直。岩体产状稳定，倾角较缓，总体上倾向下游偏左岸。软弱夹层延伸较长，一般大于 ，夹层面微起伏、粗糙、微张，宽 ，强风化岩层中岩屑或泥质物充填，弱、微风化岩层中岩块岩屑充填或闭合；层间挤压破碎带内岩体完整性差，以岩块夹岩屑为主，该破碎带多呈夹层状分布于岩体之中，其连续性较差，延伸不稳定，一般厚，个别厚约 。层面及层间软弱夹层、层间挤压破碎带如图 图 所示。图 坝址区部分层间软弱夹层、层间挤压破碎带图 坝基右岸边坡揭露软弱夹层 图 坝基抗滑齿墙开挖上游侧边坡揭露软弱夹层、）裂隙。裂隙产状 ，节理顺河发育，沿走向延伸较短，一般长 ，间距 ，面微起伏或粗糙，局部微张，裂面宽 。强风化岩层中多为岩块岩屑充填，较发育；弱、微风化岩层中多闭合无充填，进入微风化岩体 后裂隙不发育。节理走向与河流流向基本一致，平行断续发育，多不切穿层面，连通率约。）裂隙。产状 ，节理垂直层面发育，沿走向延伸较短，一般长 ，间距 ，面微起伏，局部微张，裂面宽 ，强风化岩层中多为岩块岩屑充填，较发育；弱、微风化岩层中多闭合无充填，进入微风化岩体 后裂隙不发育。节理走向与河流流向大致垂直，平行断续发育，多不切穿层面，连通率约。上述节理裂隙以第）组最发育，第）、）组次之，几组结构面组合可能构成深层抗滑稳定的底滑面（层面及层间软弱夹层、层间挤压破碎带）、后缘切割面（节理）、侧向切割面（节理），见图。根据分析可知，坝基深部存在的缓倾角结构面（即软弱夹层）对深层抗滑稳定有一定影响，设计需进一步复核计算。图 深层抗滑稳定的底滑面（层面、软弱夹层）、后缘切割面（）、侧向切割面（）缓倾角软弱夹层的水文地质特性坝址区弱、微风化岩体透水性普遍较大，且分布范围、深度不均，这与坝址区的地层岩性和结构有关。坝址岩体产状平缓，倾向下游，岩质软硬相间，在构造应力作用下，易沿软、硬岩层接触带或软岩内部发生层间剪切、错动而形成破裂面或破碎带；在地下水和风化作用下，岩体易沿构造结构面风化而形成软弱夹层、层间挤压破碎带，连通率高，造成岩体水平方向透水性较大，拟建坝基及坝肩岩体存在一定的渗漏问题，需加强防渗处理。红水河第 卷 结构面勘察成果根据初步设计和施工图阶段勘察，查明了缓倾角软弱夹层和其他节理裂隙的发育规律、空间位置、工程地质特性，对坝基深层抗滑稳定处理措施的制定提供了计算模型，根据结构面的特征类比有关工程经验及规范提出地质参数。坝轴线及河床坝段典型坝块工程地质剖面见图。坝址区结构面特征及抗剪强度参数建议值见表。图 坝轴线及河床坝段典型坝块工程地质剖面图表 坝址区结构面特征及抗剪强度参数建议值表结构面充填物性状结构面厚度 抗剪断强度 抗剪强度建议值、节理裂隙、全强风化岩屑夹泥型 节理裂隙、全强风化岩屑夹泥型 节理裂隙、全强风化岩屑夹泥型 节理裂隙、全强风化岩屑夹泥型 节理裂隙、全强风化岩屑夹泥型 软弱夹层、全强风化岩屑夹泥型 软弱夹层、全强风化岩屑夹泥型 软弱夹层、泥夹岩屑型 第 期陈 涛：某水库重力坝坝基结构面勘察及评价表（续）结构面充填物性状结构面厚度 抗剪断强度 抗剪强度建议值 软弱夹层、全强风化岩屑夹泥型 软弱夹层、泥夹岩屑型 软弱夹层、泥夹岩屑型 软弱夹层、岩屑夹泥型 软弱夹层、泥夹岩屑型强风化岩层面 岩层面、岩屑夹泥型弱风化岩层面 岩层面、岩块、岩屑型微风化岩层面 岩层面、无充填型微张或闭合 坝基深层抗滑稳定计算成果及地质建议根据地形地质条件，可满足修建高混凝土重力坝的要求，根据坝高的大小及对坝基强度的要求，选择适当的风化岩体作为持力层：对于坝高大于 的坝段，坝基置于微风化岩体上部；对于坝高为 的坝段，坝基置于弱风化岩体中下部；对于坝高为 的坝段，坝基置于弱风化岩体中部；对于坝高小于 的坝段，坝基置于弱风化岩体上部。根据计算成果：当左岸非溢流坝段大坝基础高程大于或等于 ，右岸非溢流坝段大坝基础高程大于或等于 时，号 号、号 号坝块不存在深层抗滑稳定问题；号 号坝块深层抗滑稳定安全系数不满足规范要求，存在深层抗滑稳定问题，需要采取专门的措施解决。设计采用混凝土齿墙来提高软弱结构面的抗剪能力，混凝土齿墙设置在坝基高程 上游端。根据计算，号 号坝块的混凝土齿墙上、底宽均为 ，深，上、下游侧开挖边坡为 时，深层抗滑稳定满足规范要求。如设计齿墙结构后单个坝块计算结果仍不满足规范要求，则需要采取措施（如大坝下部联合浇筑形成整体采取并缝处理）使大坝整体满足规范要求。实际施工中对 号 号坝块部分高程以下大坝混凝土进行整体浇筑和并缝处理；在坝块整体浇筑混凝土停浇面原横缝位置，设置一层并缝钢筋和环向限裂钢筋，在横缝止水位置相应调整。另外，对岩层间、软弱结构面、层间挤压破碎带的局部完整性差、透水率大等部位采取加强坝基固结灌浆、帷幕灌浆的处理方法，确保坝基变形稳定、渗透性满足要求。结语通过地质测绘和钻探，结合物探声波测井、钻孔电视、水文地质试验和土工试验等综合勘探手段，代替在时间、成本和安全等方面均有不利因素的平硐和竖井勘察方法，较好地查明了坝址区节理裂隙、卸荷裂隙、缓倾角软弱夹层、层间挤压破碎带等的分布情况、特征、力学性质和透水性等，得出了坝基因缓倾角软弱夹层和其他节理裂隙组合形成不稳定块体导致坝基存在深层抗滑稳定问题的地质结论，对坝基深层抗滑稳定处理措施的制定提供了计算模型及地质参数、处理建议。根据地质勘察成果，设计采取了在坝基高程 上游侧设置上宽 、底宽 、最深 的齿墙作为坝基深层抗滑稳定的处理措施。目前大坝已建成，并已通过蓄水安全鉴定。参考文献：广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院某水库工程初步设计报告南宁：广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院，水利电力部水利水电规划设计院水利水电工程地质手册北京：水利电力出版社，水利水电工程地质勘察规范 广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院某水库蓄水安全鉴定地质自检报告南宁：广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院，广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院某水库蓄水安全鉴定设计自检报告南宁：广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院，（责任编辑 秦凤荣）