下壩水庫壩址巖體勘測

李青

（黔西南州興源水利電力勘察設計有限公司，貴州 興義 562400）

壩址區域的巖體結構穩定是水庫和樞紐工程能否正常使用的關鍵。近幾年，隨著國內外許多大型、中型水利工程的相繼建成，在壩址地區進行了大量的巖體抗滑穩定性試驗，取得了豐富的實際資料。由于極射赤平投影與有限元方法計算的邊界條件、整體黏合效應、局部應力集中、應力擴散等條件的不同，計算的結果也不盡相同。下文根據現場工程地質調查結果，對巖體中各種構造面進行分類、統計，同時，利用極射赤平投影法對結構面與原坡之間的關系進行分析，并對巖體和楔形（由多個構造面切成的巖體）的穩定性進行分析，給出了一種比較經濟、可行的處理方法，為以后的施工和同類工程的實施提供理論依據和實際經驗。

1 工程地質情況

壩址區壩址以上集水面積7.5 km2，明流區主河道長5.9 km，主河道坡降為2.937%。區域多年平均徑流量為487.5 萬m3，多年平均流量為0.15 m3/s。擬建水庫校核洪水位1453.91 m，總庫容257 萬m3；正常蓄水位1452.00 m，相應庫容220 萬m3；興利庫容199.10 萬m3。

區內主要出露：二疊系龍潭—長興組（P2l-c）地層，主要為粘土巖、粉砂巖、砂巖夾燧石灰巖及煤層，厚448.0～771.0 m；三疊系夜郎組（T1y）地層，主要為砂巖、頁巖、粘土巖和灰巖互層，厚604.0 m；永寧鎮組（T1yn）地層，上部為灰色白云巖、角礫狀白云巖,下部為灰色灰巖，時夾白云質灰巖、泥質灰巖，厚552.0～847.0 m；關嶺組（T2g）地層，主要由灰巖、白云巖及少量粘土巖組成的臺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]。

壩址區地質構造主要以北北東方向為主，工程區位于區域次級結構體之興仁結構體中，興仁結構體以馬場斷層、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定分析

壩址區和測區雖然沒有發生過破壞性地震，但是小地震比較頻繁，測區地震主要分布在晴隆、興仁附近，其次為東部關嶺附近及貞豐之東。據記載，發生震級不小于3 級且有感或輕微損害性地震23 次，地震最高為4.8～5 級。近場區以弱震為主，可見區域及近場區內震級不高，基本屬于弱震活動區。庫區回水長約1.68 km，出露地層為三疊系夜郎組（T1y1，T1y2）地層，巖性為灰巖和紫色砂巖互層，夾少量粘土巖[2]。

在評估自然邊坡穩定性的時候，河谷為不對稱的“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，無其他較大不良地質現象分布，自然邊坡穩定。

在評估開挖邊坡穩定性時，兩岸覆蓋層為殘坡積沙壤土、粉質粘土，分布厚度為0.6～1.5 m，強風化層厚2.6～6.4 m?？紤]到兩岸基坑開挖較深，殘坡積覆蓋層和強風化層呈散體、碎裂結構，邊坡開挖時易失穩，施工中對邊坡進行支護處理。壩基及兩岸分布的基巖為砂巖與灰巖互層組成，巖層傾下游偏右岸，巖層產狀變化較小，傾角為21°，巖層產狀對壩肩邊坡開挖有利，左右壩肩在施工開挖期間需做好防護。表層巖體遭切割強烈，強風化層，開挖過程可能產生垮塌，應注意合理放坡及危巖清理工作，并及時采取防護處理措施。

3 勘察方法及工作布置

3.1 勘測方法

根據下壩水庫庫區的特點進行參考，并且開展多次地質勘測，主要通過攝影、采樣、描述等方法，收集分析相關資料，并且調查區域地質構造和地震活動情況，對工程區的區域構造穩定性作出評價。同時，通過自然露頭點來分析各種地質現象；為了研究地層巖性、地質構造等在地層中的分布，利用雙動式旋轉式取心鉆機對下游壩址和溢流通道進行地質鉆孔，在物理勘探中，利用單孔聲波法測量下壩址的巖體完整性。

3.2 勘察工作布置

勘測單位對下壩址1∶2 000進行了壩址地質調查。4 條壩線上共有10 個壩線，各有2～4 個鉆孔，當壩基沒有軟弱夾層或下游不利的構造面時，孔深必須達到連續10.0 m，才能最終形成鉆孔。在上壩址溢流道處，按現場勘測，各設1鉆孔。

4 巖土體工程地質特征

4.1 巖體風化特征

巖體風化是指巖石在自然環境中受到風、水和其他自然力量的作用，逐漸發生物理、化學或生物變化的過程，這個過程可以創造出美麗的地貌景觀，例如峽谷、巖洞和奇特的巖石形狀。壩址區的基巖以結構緊湊、質地堅硬的巖屑凝灰巖和構造緊湊、結構堅固的火山角礫巖為主。全風化帶為黃棕色，多為沙質，因其巖體為白堊系，成巖時間較晚，且風化程度不高，大部分不完全風化，只在SHXZ4 孔處發現了厚約2.5 m 的全風化層；強風化帶為灰綠～灰棕色，多為破碎塊，厚度不等，平均厚度約2.0 m。河谷區巖體風化情況有明顯差別，在河谷區兩側風化程度較高，形成弱風化帶，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，巖體風化沿河床兩側為節理裂縫發育，其中弱風化帶厚達9.8 m，呈微風化帶狀，顏色同樣為灰綠色，以長圓柱形居多，結合實際勘測情況可知，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保持其原有的結構和完整性的能力。當巖體受到外部力量的影響時（例如地震、重力、工程挖掘或水壓力等），巖石可能會發生破裂、剪切、崩塌或變形等現象。評估巖體完整性常用的指標包括巖石的強度、連續性和裂隙系統，其中巖石的強度決定了巖體能夠承受外部力量的大小，巖體的連續性表示巖石是否由一塊完整的巖體組成，而巖石的裂隙系統則會影響巖體的穩定性和滲透性。巖體完整性的高低會對工程項目的安全穩定性產生直接影響，其研究對于地質工程、巖石力學和巖石工程等領域非常重要。為了評估和管理巖體完整性，工程師和地質學家會采取多種方法，如地質勘探、地下水位監測、巖芯取樣和巖石試驗等，并采取相應的措施來增強或修復巖體的穩定性。此次調查主要以鉆孔巖體波速測定及巖心完好率統計等方法，對弱風化巖、微風化巖體進行了完整性的全面分析和統計。

5 壩基主要工程地質問題及評價

5.1 壩基各巖土層適宜性評價

壩基各巖土層適宜性評價：砂礫巖，厚度為2.0～4.0 m，厚度較小，土壤質地不均勻，呈不規則分布，不論有無不均勻的變形，均不宜用作混凝土重力壩的基礎。坡面礫石土，厚度通常為1.0～2.0 m，植被根系發達，土壤中有礫石，土壤質地不均勻，不宜作壩基，故應予以拆除。強風化巖體，一般厚2.0 m，巖層較弱，巖體破裂，巖塊之間有淤泥，強風化巖體壩體為散體，整體強度較差，不宜用作壩基，故應予以拆除[4]。弱風化巖體，具有2.0～5.0 m 厚、高強度、節理裂縫發育的特點，其完整性以完整性差～完整為主，經過適當的處理，可以用作混凝土重力壩的壩基。

5.2 壩基滲漏

壩基滲漏主要通過地質測繪及鉆孔壓水試驗進行檢測，由試驗結果得出弱風化巖的滲透系數為10.3～51.3 Lu，屬于中度滲透，有滲透性，因此，應采取相應的防滲措施?？睖y部門針對壩基滲漏的情況，提出采用弱風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 厚的強風化火山角礫巖，1.0 m 厚的弱風化火山角礫巖。壩基邊坡開挖是水利工程施工中主要內容之一，保證壩基邊坡開挖質量是非常重要的。工程壩基邊坡的開挖技術方案要根據現場地質情況及項目總體施工方案綜合確定，目標是滿足工程進度、質量及安全要求，常見的開挖方法有機械挖掘、爆破等。由于水利水電工程施工中巖層大多較為堅硬，所以大多數采用爆破施工，壩基的爆破方案要結合總體施工組織設計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、預裂爆破等，大多數水利工程工程量較大，所以在選擇爆破方案的時候，通常是幾種方法結合使用。施工過程中要嚴格制定爆破方案，合理使用爆破方法，尤其控制炸藥用量，爆破時需要保證預留的邊坡保護層厚度符合要求。其中，保護層開挖通常使用預裂爆破，預裂爆破可以精確控制開挖邊界，最大程度保護開挖面，使開挖面完整美觀，不會造成大規模欠挖及超挖現象，石方工程的欠挖超挖造成的經濟成本非常高，因此，控制石方開挖質量直接關系項目工程的成本投入，尤其重要。

5.4 地質構造勘察

地質構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時，需通過地質構造勘察防范大壩建成后出現變形問題。一般而言，壩址不建在劇烈活動的地震區，也不可在活動性斷裂發育區域修建水利工程。所以，在進行地質構造勘察時應繞開活斷層，在穩定性區域選址建壩。壩址選擇時需重點勘察地質構造，了解斷裂活動分布狀況、斷裂帶所屬類型、斷裂規模的大小，同時認真分析斷裂活動的發生規律，對斷層錯動速度進行測定，從而對水庫工程出現地震的可能性或地震等級進行精準預測。此次工程壩址選在無斷層發育地區，壩區屬于單斜構造，通過地表地質勘察發現，左岸與右岸均有裂隙發育現象，右岸裂隙中有一組裂隙會對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，微傾向于右巖，不存在層間錯動帶，因而不會受到次生作用影響而逐漸向泥化夾層轉變，并且其他構造結構面也不存在切割現象，不會影響壩基的抗滑性能，壩址不會出現失穩現象。同時，壩址區域內也不存在陡傾或倒轉巖層，因而不會出現較為強烈的構造變形問題，不會因劇烈活動而導致巖石完整性遭到破壞。

5.5 加強邊坡的穩定性

穩固混凝土抗滑結構、穩定錨桿等是加強邊坡穩固性的主要措施。此次工程采用混凝土抗滑樁來增強邊坡的穩定性，即將抗滑樁深入到滑坡土層里，以抵擋滑體的滑動力，此方法對于滑坡前面部分比較適用，可使邊坡達到理想的穩固效果。在建設水庫之前，要進行詳細的地質調查，了解巖石的性質、裂隙系統和地質構造，同時定期進行地質監測，包括監測地下水位、巖體位移和地震活動等，及時發現潛在的穩定性問題。要做好邊坡修整和加固，對于邊坡上的松散土壤或不穩定的巖體，可以采取修整和加固措施，如清除松散的土壤、修復或加固巖體裂隙、填補裂隙或孔隙。設計和建造有效的排水系統，可以通過安裝排水管道、排水溝或滲透層等方式來避免水在邊坡上積聚，以減少水壓力對邊坡的影響。種植適合當地環境的植被（如草坪、灌木和樹木等）來增強邊坡的穩定性，以及考慮建造護坡結構（如混凝土護坡、擋土墻或格柵等）以增加邊坡的支撐和保護。同時，要定期檢查維護邊坡的穩定性，并進行必要的修復和加固工作；定期進行監測，以便及時發現任何潛在問題并采取措施加以處理。

5.6 壩基加固處理設計

壩基加固處理設計主要分為三方面：1）砂漿錨筋樁。在施工過程中需考慮接頭水平力，并根據增程對錨件進行詳細設計。對于支撐管段，分隔縫施工主體應按照第一排向上、第二排向下標準進行布線處理，還應對十字管進行合理配置，為基本穩定性提供拉力，同時提供水平阻抗，以改善底板穩定性。大壩樁頭數量在3～28 根，間距3.0 m，深緣11.0 m。3號大壩錨固樁組3～28根，間距2.0 m，深度至基礎廠房12.0 m。5 號大壩錨固樁帽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 號大壩采用C25 混凝土鉆孔螺栓提高底板穩定性，桿直徑為1.2 m，深度為20.0 m，有循環井的構造塊十字槽排列為4.0 m，樁帽的數量和大小由支撐板底部上方的總荷載確定，共計98 個。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，全面穩定大壩；采用錨孔固井，遵循順序加密原則。

6 結語

綜上所述，石湖水庫下游壩位處的壩線巖作為混凝土重力壩的壩基，應進行合理的加固和防滲處理，在地下水位為1.0 m 時，采用合適的降水量。左岸堤岸目前的邊坡已基本穩定，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，對比提出了清理地表破裂巖體的方案，同時兩邊壩肩巖體總體穩定，以便為水利工程實現可持續發展奠定堅實基礎。