高摩贊壩基巖體工程特性與加固處理效果分析

方海艷, 陳書文, 郭育琳

(中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,天津　300222)

1　工程概況

高摩贊大壩樞紐工程位于巴基斯坦南瓦茲里斯坦地區(qū),壩址區(qū)主要建筑物包括133 m高碾壓混凝土曲線型重力壩、發(fā)電引水系統(tǒng)和廠房等,壩頂高程763 m,于2011年3月蓄水。

高摩贊地區(qū)干旱少雨,壩址兩岸基巖裸露,岸坡陡立,河谷呈“V”字型,主要由侏羅系薄層灰?guī)r夾砂質(zhì)頁(yè)巖組成。受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響大,風(fēng)化卸荷作用強(qiáng)烈,且范圍廣、深度大,巖體破碎、變形模量低,天然狀態(tài)下的巖體質(zhì)量不能滿足混凝土曲線重力壩的建設(shè),只有經(jīng)過(guò)壩基巖體加固處理,才能滿足建造混凝土壩的要求,基礎(chǔ)處理的質(zhì)量和效果能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求是大壩穩(wěn)定和安全的關(guān)鍵。

2　壩基巖體特性

2.1　構(gòu)造特性

壩址區(qū)位于靠近背斜核部的西翼,呈薄層狀單斜構(gòu)造,巖層傾向上游,傾角30°～70°。據(jù)施工開挖揭露,壩基巖體斷層、裂隙、節(jié)理密集帶和層間剪切帶為主要的構(gòu)造行跡,發(fā)育大小斷層40多條,以陡傾角為主,多集中在左右岸壩肩;建基面編錄裂隙3 000余條。受各種構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的影響,壩基巖體完整性較差,多呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)(照片1、照片2)。

2.2　巖石(體)物理力學(xué)性質(zhì)

壩基灰?guī)r室內(nèi)、外試驗(yàn)成果如表1、表2,巖石飽和抗壓強(qiáng)度平均值44 MPa,為中硬巖[1];巖體試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線主要為近直線型,受壓后變形大,變形模量小。壩基巖體具有巖石強(qiáng)度高、巖體模量低的特點(diǎn)。

照片1　左岸壩肩巖體

照片2　右岸壩肩巖體

2.3　巖體縱波速度及質(zhì)量分類

據(jù)勘探平硐地震波對(duì)穿測(cè)試,水平測(cè)試深度64 m范圍內(nèi),壩肩巖體縱波速度為800～3 000 m/s,多數(shù)介于1 000～2 300 m/s;開挖后建基面巖體縱波速度為730～2 950 m/s。測(cè)試數(shù)據(jù)表明,壩基巖體縱波速度較低,壩基巖體質(zhì)量較差,深部巖體稍好于淺部。

表1　巖石物理力學(xué)特性

表2　巖體力學(xué)特性

開挖后的建基面巖體按RMR分類法[2],左壩肩Ⅳ類為主,約占85%,Ⅴ類和Ⅲ類分別占10%和5%;右壩肩Ⅳ類占60%,Ⅴ類占30%,Ⅲ類占10%。

3　壩基巖體加固處理措施

工程除采用常規(guī)開挖置換、固結(jié)灌漿和帷幕灌漿外,鑒于大壩建基巖體構(gòu)造發(fā)育、完整性差和變形模量低的特點(diǎn),除結(jié)合壩型在壩基兩岸設(shè)置重力墩外,還將固結(jié)灌漿范圍擴(kuò)大至壩體上下游5～10 m和在壩體形成后進(jìn)行多期加密灌漿的加固處理措施。

針對(duì)發(fā)育于右壩肩的近順河向斷層F2、F3,在壩基范圍內(nèi)的660 m、675 m和690 m高程,布置了混凝土水平置換洞和垂直置換井,斷層之間由混凝土傳力洞連接,在混凝土回填完成后進(jìn)行了接觸灌漿和固結(jié)灌漿處理。

4　加固處理效果分析

4.1　縱波速度

一、二期加固處理后檢查孔聲波縱波速度如表3,灌漿前后地震波縱波速度如表4。

表3　孔內(nèi)聲波檢測(cè)

表4　地震波檢測(cè)

從聲波和地震波檢測(cè)成果看,壩基巖體經(jīng)加固處理后,縱波速度總體提高幅度較大,灌漿處理效果明顯。

4.2　變形模量

壩基固結(jié)灌漿處理后進(jìn)行的原位變形試驗(yàn)[3]檢測(cè)成果如表5,試驗(yàn)方法和應(yīng)力條件與灌漿前相同。從檢測(cè)成果與表2相比較,灌漿后巖體的變形模量得到明顯提高,平均值提高了3.39倍,說(shuō)明經(jīng)處理后,巖體力學(xué)性質(zhì)得到了較大改善。

表5　固結(jié)灌漿后原位變形試驗(yàn)

4.3　處理效果評(píng)價(jià)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)表明,壩基巖體經(jīng)加固處理后,變形模量和縱波速度均有提高,巖體質(zhì)量得到了明顯改善。依據(jù)加固處理后檢測(cè)成果提出的壩基巖體變形模量建議值如表6,設(shè)計(jì)復(fù)核后可以滿足變形穩(wěn)定要求。

表6　處理后壩基巖體變形模量地質(zhì)建議值

4.4　大壩運(yùn)行后壩肩基巖位移監(jiān)測(cè)

兩岸壩肩基巖位移計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)變化不大(圖1),目前已處于較穩(wěn)定狀態(tài),這從側(cè)面說(shuō)明壩基巖體經(jīng)處理后穩(wěn)定性得到了改善。目前大壩運(yùn)行和監(jiān)測(cè)基本正常,大壩和基巖位移變形量均不大。

圖1　壩肩巖體位移監(jiān)測(cè)過(guò)程線

5　結(jié)語(yǔ)

高摩贊壩基巖體以薄層灰?guī)r為主,受區(qū)域多期構(gòu)造影響,巖體中結(jié)構(gòu)面發(fā)育,具有巖石強(qiáng)度高、巖體模量低的特點(diǎn)。

本工程主要存在壩基巖體不均勻變形、抗變形能力差等工程地質(zhì)問題。通過(guò)對(duì)壩基巖體工程特性的研究,工程采取了加密和多期灌漿、增設(shè)重力墩、斷層混凝土置換等工程加固措施,提高了壩基巖體的抗變形能力和穩(wěn)定性。大壩樞紐工程于2011年下閘蓄水以來(lái),運(yùn)行和監(jiān)測(cè)基本正常,對(duì)類似工程建設(shè)具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn):

[1]陸兆溱.工程地質(zhì)學(xué)[M].第二版.北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.

[2]BIENIAWSKI，Z.T.Eegineering rock mass classiqieations[M].New York:Wiley,1989.

[3]SL264-2001,水利水電巖石試驗(yàn)規(guī)程[S].