云河水库坝址复杂地质条件建坝工程地质问题及对策张耀--中国期刊网

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云河水库坝址复杂地质条件建坝工程地质问题及对策张耀

发表时间：2020/7/14 来源：《基层建设》2020年第7期作者：张耀

[导读] 摘要：云河水库坝址存在顺河向大断层，岩体呈碎裂结构，坝基断裂构造发育，岩石破碎，工程地质条件复杂，前期投入了大量的勘探和试验研究，全面查明了坝址的工程地质、水文地质条件，对坝址存在的主要工程地质问题进行深入研究和分析评价，并针对坝址存在的地质问题提出基础处理意见，为工程设计和基础处理提供了有力的地质依据，保证了云河水库大坝工程顺利实施。

        陕西省汉中市水利水电建筑勘测设计院陕西汉中 723000
        摘要：云河水库坝址存在顺河向大断层，岩体呈碎裂结构，坝基断裂构造发育，岩石破碎，工程地质条件复杂，前期投入了大量的勘探和试验研究，全面查明了坝址的工程地质、水文地质条件，对坝址存在的主要工程地质问题进行深入研究和分析评价，并针对坝址存在的地质问题提出基础处理意见，为工程设计和基础处理提供了有力的地质依据，保证了云河水库大坝工程顺利实施。
        关键词：碎裂岩体、顺河大断层、复杂地质条件建坝
        1 工程概况及主要勘察工作量
        云河水利水电枢纽工程总体方案为：自云河龙门垭修建灌溉补水水库，总库容984万m3，兴利库容767万m3，拦河坝为高63m的堰顶加闸碾压砼重力坝；坝后电站装机容量2400KW，年发电量1147万KW•h，设计水头41m，设计流量7.47m3/s。大坝主体工程于2019年5月建成。地质勘察完成的主要工程量有：钻孔9个，总进尺383.68m；孔内压水试验63段；坑槽探995m3；地质平硐11条，总长360.8m；室内岩块结构面中型直剪试验6组；地震弹性波测试244点，总长280m；现场原位岩体变形试验8组，16点；岩石物理力学性质试验3组；建筑材料试验10组。
        2 坝址基本地质条件
        2.1地形地貌
        坝址区为一峡谷河段，河谷横剖面为不对称“V“型，平水期河面宽度25～30m，谷底高程837.9～834.7m，河床覆盖层厚度4.10～6.30m。左岸山坡坡度45～60°，右岸山坡坡度一般约55°，局部为直立或倒坡，基岩裸露。
        2.2地层岩性
        （1）流纹质碎屑熔岩（λ21-a）：灰～黑灰色、褐灰色，碎屑熔岩结构、玻基斑状结构，基质为隐晶结构，块状构造。主要出露于河床和左坝肩。（2）碎裂流纹质碎裂屑（角砾）熔岩（λ21-b）：肉红色、砖红色、碎屑熔岩（角砾）结构、玻基斑状结构，碎裂结构，块状构造。主要出露于右坝肩。（3）辉绿岩脉（rπ）：灰绿色，变余辉结构，块状构造。蚀变作用强烈，呈脉状产出，岩脉宽度0.35～2.2m。
        2.3地质构造
        坝址断层比较发育，贯穿坝址区的断层有F15、F10、F104、F101四条。F15断层：产状N2°～4°W、SW、∠60°～∠75°,N3°E、NW或NE、∠55°～∠60°。出露于左岸山坡，交坝线地面出露高程903，高于坝顶约6m。破碎带宽度达18.50m，其中，断层泥厚1～５cm，力学强度很低；断层千糜岩夹扁豆体，厚0.13～0.35m，地震波纵波速Vp约2500m/s；断层角砾岩带呈弱风化，地震纵波速Vp约3600～3800m/s。沿断层存在绕坝渗漏和渗透稳定问题。F10、F10＇断层：产状N37°～42°W、NE、∠77°～∠88°。为一组平行断层，间距2.0～2.5m，单条破碎带宽度0.1m，夹泥厚1～4cm，两断层之间为辉绿岩脉充填，岩脉宽度1.8～2.2m。F104断层：地表产状N13°～45°W、NE、∠63°～∠88°出露于右坝肩，破碎带宽度0.1～２.40m，破碎带以泥夹岩屑和岩块夹泥为主，Vp仅为1100～2000m/s，坝基出露高程约860m，对坝基稳定有重要影响。F101断层：产状N28°～36°W、SE、∠70°～∠76°出露于左坝肩，破碎带宽度0.02～1.4m，为泥夹岩屑和岩块夹泥充填，Vp为2200m/s，坝基出露高程约884m，对坝基稳定有重要影响。

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        2.4水文地质条件
        地下水赋存于岩体的风化和构造裂隙中，为基岩裂隙型潜水，脉状裂隙水含水层是其主要特点，是坝址渗漏的主要途径。河床岩体透水带厚度3.5m～5.0m；左坝肩透水带规律性差，中等透水带4段（10≤q＜100Lu）；弱透水带（1≤q＜10 Lu）共14段，占50.0%，q平均值5.0Lu，中等透水带和微透水带交互分布，弱透水带为坝肩和绕坝渗漏的主要透水层及其渗透途径；微透水带（0.1≤q＜1Lu）共10段，占35.7%，该带在坝基岩体浅部呈透镜体。相对不透水层的深度为：自地表算起相对不透水层下限深30～60m。
        右坝肩透水带基本为层状分布。据右岸3孔16段压水试验资料：ZK6钻孔6段压水试验值均小于1Lu，q平均值0.47Lu，属微透水性；ZK7 钻孔10段压水试验，中等透水带1段，q为21.33Lu，层厚5m，其下为弱透水带，q平均值6.4Lu，层厚6.0～8.0m，以下岩体属微透水带，q平均值0.34Lu。右坝肩防渗工程地质条件较简单，自地表算起相对不透水层下限深度约40～45m。
        2.5坝基岩体（石）主要力学指标
        开挖后左坝肩和河床段坝基位于弱～微风化流紋质碎屑熔岩上（λ21-a），弱风化岩体为碎裂结构（Ⅲb类）；微风化岩体为镶嵌碎裂结构（Ⅲa类）。右坝肩坝基位于弱～微风化碎裂流纹质碎屑熔岩(λ21-b )，岩体类别均为属Ⅲa类。坝基岩体主要力学指标建议为：Ⅲa类岩体：f′=1.0，C＇=0.4MPa；E0= 4×10³MPa；［RW］=5～7MPa；混凝土与岩体f′=0.9，C＇=0.4MPa，f=0.72。Ⅲb类岩体：f′=0.75，C＇=0.3MPa；E0=2×10³MPa；［RW］=3～4MPa；混凝土与岩体f′=0.75，C＇=0.3MPa，f=0.68。
        3.主要工程地质问题及对策
        坝址主要工程地质问题是：（1）顺河断层发育，断层规模大，纵向贯穿整个坝基（河床坝基及两岸坝肩），对坝肩抗滑稳定、变形稳定、渗透稳定均有重要影响；（2）坝址构造裂隙发育、岩体破碎，变形模量和承载力低，属于不利地质条件；（3）岩石具有“硬、脆、碎”特点，开挖爆破敏感，坝基面爆破影响深度大，降低岩体强度；（4）受坝址断裂构造影响和控制，岩体风化深度、透水带深度偏大且规律差；（5）两岸坝肩存在地形不对称，强度不对称，左坝肩岩体变形模量约为右坝肩的1/2。
        主要对策是：（1）选择与坝址地质条件相适应的坝型，云河水库大坝可行性研究和初步设计阶段初期均按拱坝进行设计，随着地质工作深入，发现拱坝方案坝基和坝后岸坡处理技术复杂、施工质量难以保证、处理工程量巨大，最终放弃拱坝方案，改为重力坝方案，通过坝基开挖地质编录情况来看，重力坝方案是最优选择；（2）加强坝基固结灌浆，整个坝基范围内均作固结灌浆处理，固结灌浆深度建议一般为5m，孔距和排距均采用3m；F15，F101破碎带固结灌浆深度为8~20m，孔距建议为2.5m，排距为3m。坝基开挖后建基面表层存在纵波速低值区，深度一般在5m左右，坝肩个别部位纵波速低值区深度达8m左右，岩体纵波速较勘察期测试值降低约50%，对不满足设计要求的坝段加密、加深固结灌浆孔。（3）对河床F10、F10＇、左坝肩F101、右坝肩F101断层软弱破碎带采用混凝土塞做专门处理，此外，对夹泥大裂隙做刻槽回填混凝进行处理。
        4.结语
        云河水库坝址区工程地质条件复杂，主要表现为：坝址岩石具“硬、脆、碎”特点，坝址裂隙发育，岩体破碎，岩块坚硬，整体强度偏弱；坝址左、右坝肩有五条顺河方向断层，尤其左坝肩F15、F101断层规模较大，软弱破碎带宽度大，对左坝肩稳定有重要影响，需要作专门的工程处理；受断裂构造影响，岩体风化深度和透水带深度较大，透水带规律性差。坝址存在抗滑稳定、变形稳定、渗渗漏及渗透稳定等工程地质问题，勘察期间对这些问题分别进行了专门研究，选择了适宜的坝型，并采取了相应的基础处理措施，大坝建成试蓄水未发现不良地质问题。