馬明芬
(永州市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,湖南 永州 425000)
清江水庫(kù)位于江華縣大石橋鄉(xiāng)源口村,地處瀟水三級(jí)支流清江流域清江河上游,距離大石橋鄉(xiāng)8km,距離江華縣城42km,有鄉(xiāng)村公路或簡(jiǎn)易公路可直達(dá)壩址區(qū),工程對(duì)外交通較為方便。
壩址以上控制流域面積17.38km2,干流長(zhǎng)度為10.47km。水庫(kù)正常蓄水位428.50m,正常庫(kù)容427.3萬(wàn)m3;死水位387.40m,死庫(kù)容4.4萬(wàn)m3;校核洪水位430.27m,總庫(kù)容471.4萬(wàn)m3,最大壩高58.80m,是一座以灌溉為主,結(jié)合鄉(xiāng)村供水等綜合利用的小(1)型水利工程。
清江水庫(kù)大壩河床左壩段基礎(chǔ)開(kāi)挖至370~381m高程,河床右壩段基礎(chǔ)開(kāi)挖至367~380m高程,該壩段范內(nèi)已清除厚約7m的第四系砂卵礫石層及基巖強(qiáng)風(fēng)化層,兩岸坡段也清除了第四系殘坡積層及強(qiáng)風(fēng)化巖層,開(kāi)挖范圍按設(shè)計(jì)要求建基面已基本形成到位。
清江水庫(kù)大壩河床左、右壩段基礎(chǔ)開(kāi)挖已到設(shè)計(jì)高程,該壩段地層巖性為泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組上段(D2t2)中厚層泥質(zhì)粉砂巖、中薄層砂巖、頁(yè)巖互層,表層風(fēng)化破碎、構(gòu)造節(jié)理發(fā)育,經(jīng)開(kāi)挖建基面已到弱風(fēng)化和微風(fēng)化層,左壩段巖層產(chǎn)狀為N2°W~N29°W.SW∠25°~34°,傾向下游略偏左岸。右壩段巖層產(chǎn)狀一般為N8°W~N30°E.SW~NW∠25°~30°,傾向下游略偏右岸,局部巖層扭曲,傾角變陡至39°。
清江水庫(kù)大壩巖層屬單斜構(gòu)造,基礎(chǔ)開(kāi)挖揭露的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要有斷層和節(jié)理。
2.2.1 斷層
(1)F1斷層產(chǎn)狀為:N50°W.SW∠70°,傾向左岸,屬壓性斷層,斷層破碎帶寬1.2~2.0m,分布在壩段上游齒槽坡腳上游側(cè)邊坡,與F2斷層交匯在齒槽坡腳處。
(2)F2斷層產(chǎn)狀為:N34°W.NE∠76°,傾向上游偏右岸,屬壓性斷層,斷層破碎帶寬0.5~2.0m,F(xiàn)2與F1斷層于上游齒槽匯合后并沿N60°W方向斜穿大壩中部向下游河床,河床部位破碎帶寬1.0~2.0m,巖石變得扭曲,由泥化的深灰色頁(yè)巖和炭質(zhì)頁(yè)巖夾角礫物質(zhì)組成,已中等泥化,結(jié)構(gòu)松散,強(qiáng)度較低。
(3)F3斷層產(chǎn)狀為:N75°E~N77°W.SE~SW∠81°~85°,傾向左岸,屬壓性斷層,橫穿壩址,兩側(cè)巖石發(fā)生錯(cuò)動(dòng),斷層破碎帶寬0.1~0.2m,破碎帶為深灰色頁(yè)巖及含泥角礫巖充填,局部泥化,結(jié)構(gòu)松散,強(qiáng)度較低。分布在河床中部上游齒槽的上游側(cè)邊坡,之后往S78°W方向延伸,延伸長(zhǎng)度50~60m后與F2斷層交匯。
(4)F4斷層產(chǎn)狀為:N44°W.SW∠54°,傾向左岸,屬壓扭性斷層,斜穿大壩,斷層破碎帶寬0.1~0.2m,延伸長(zhǎng)度55~60m,F(xiàn)4與F3斷層于河床中部齒槽的下游側(cè)邊坡匯合后并沿正E方向延伸至齒槽的上游側(cè)邊坡,破碎帶為深灰色頁(yè)巖及含泥角礫巖充填,局部泥化,結(jié)構(gòu)松散,強(qiáng)度較低。斷層兩側(cè)巖層產(chǎn)狀稍有變化。
2.2.2 節(jié)理
大壩河床及岸坡段基坑節(jié)理裂隙比較發(fā)育,以NWW向較發(fā)育,NE向次之,分述如下。
(1)NWW組:產(chǎn)狀N80°~50°W·SW或NE∠44°~85°,與河流近于平行,與層面垂直,間距0.5~1.0m,寬1~5mm,延伸長(zhǎng)1.0~5.0m,面較平直,多張開(kāi)充泥,沿節(jié)理卸荷明顯。沿該組結(jié)構(gòu)面多形成陡坎,對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。如節(jié)理JL3:其產(chǎn)狀為N87°W~N56°W.NE∠56°~59°,該節(jié)理面主要傾向河床,目前此邊坡已沿該節(jié)理面崩塌形成光滑的坡面。
(2)NW組:產(chǎn)狀N30°W·NE∠80°,與河流斜交,間距0.3~1.5m,寬0~2mm,面平直,延伸長(zhǎng)0.5~2.0m,部分充填泥質(zhì)。
(3)NE組:N30°~60°E·SE或NW∠40°~85°,與河流呈小角度斜交,切層,間距0.5~1.0m,寬0.5~2mm。延伸長(zhǎng)0.5~2m,面平直,多閉合無(wú)充填,為層面反傾向節(jié)理。如節(jié)理JL0:其產(chǎn)狀為N39°E.SE∠40°,位于上游齒槽的上游側(cè)順向邊坡,該壩段巖層傾向下游略偏左岸,隨著齒槽往下開(kāi)挖,形成臨空面邊坡,以致上游面順層邊坡失穩(wěn),局部塌方掉塊,沿該節(jié)理面形成卸荷裂隙。
(4)NEE組:N54°~60E°·NW∠46°~83°,與河流呈小角度斜交,切層,幾乎與巖層層面呈“X”型相交,間距0.5~1.5m,寬1~3mm。延伸長(zhǎng)0.5~3m,面平直光滑,少數(shù)充填泥質(zhì),局部卸荷張開(kāi),切割面對(duì)岸坡穩(wěn)定性影響較大。
經(jīng)施工開(kāi)挖揭露,大壩基礎(chǔ)地層巖性為泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組上段(D2t2)中厚層泥質(zhì)粉砂巖、中薄層砂巖、頁(yè)巖互層。該地層巖性軟硬相間、表層風(fēng)化破碎、構(gòu)造節(jié)理發(fā)育,特別是NWW組、NEE組節(jié)理構(gòu)造對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。大壩基礎(chǔ)主要工程地質(zhì)問(wèn)題是地基不均勻沉降問(wèn)題、滲透穩(wěn)定問(wèn)題和邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。給出如下工程措施建議。
(1)對(duì)大壩基坑開(kāi)挖施工安全影響范圍內(nèi)的邊坡采用錨固及噴漿保護(hù)措施,錨固孔間距3m,錨固深度3m。
(2)大壩基礎(chǔ)全斷面布設(shè)梅花形灌漿孔進(jìn)行固結(jié)封閉處理,灌漿深度深至建基面以下5m,孔排距為3m(國(guó)內(nèi)工程采用值:孔排距2~3m,多數(shù)采用3m,孔深5~8m),以增加巖體完整性,提高巖體彈性模量,減少基礎(chǔ)沉陷,封閉裂縫,減少滲水,降低滲透壓力。
(3)結(jié)合固結(jié)灌漿,在大壩上游齒槽進(jìn)行帷幕灌漿防滲,防滲帷幕深至透水率q=3.0Lu值線,兩岸延伸長(zhǎng)度與相對(duì)不透水層相連,從壩前正常高水位428.50m起計(jì)算其延伸長(zhǎng)度;最大壩高58.80m,屬中壩,設(shè)置2排帷幕灌漿孔,當(dāng)裂隙密集并有充填或軟弱夾層時(shí),可適當(dāng)增加排數(shù);帷幕灌漿孔間距2m(一般根據(jù)水頭、基巖孔隙率和現(xiàn)場(chǎng)試確定,約等于單孔灌漿影響半徑R的1.6~1.8倍,為2~4m)。
對(duì)于基礎(chǔ)開(kāi)挖所揭露的斷層F1、F2、F3、F4破碎帶主要由深灰色頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖夾角礫物質(zhì)等組成,有中等泥化和結(jié)構(gòu)松散的性質(zhì),力學(xué)強(qiáng)度低。存在不均勻沉降問(wèn)題、抗滑穩(wěn)定問(wèn)題和滲透穩(wěn)定問(wèn)題。
給出處理措施建議:對(duì)斷層破碎帶進(jìn)行抽槽及砼回填處理,以改善地基承載能力、增大其抗剪強(qiáng)度和增強(qiáng)抗?jié)B性能。根據(jù)我國(guó)壩工建設(shè)經(jīng)驗(yàn),對(duì)于寬度小于2m的斷層破碎帶按常規(guī)方法抽槽,開(kāi)挖深度h=(1.0~1.5)b(b為破碎帶寬度),建議該斷層破碎帶抽槽深度至建基面以下2.0~3.0m,然后埋管、混凝土填筑后再進(jìn)行固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng),灌漿深度深至建基面以下8m,孔排距為3m,并加強(qiáng)延伸至帷幕上游區(qū)10m。
齒槽上游側(cè)邊坡為順層坡,受構(gòu)造節(jié)理JL0影響,邊坡應(yīng)力釋放,局部塌方掉塊,沿節(jié)理面形成拉裂縫,齒槽上游側(cè)邊坡存在邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題。
工程措施建議:先用大塊石壓腳,然后增設(shè)錨固處理,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比,錨固深度6m,錨固孔排距3m,然后在齒槽內(nèi)采用錨固補(bǔ)強(qiáng)處理,錨進(jìn)深至原設(shè)計(jì)齒槽底板高程以下0.5m的完整基巖內(nèi)。
清江水庫(kù)壩基巖性軟硬相間、表層風(fēng)化破碎、構(gòu)造節(jié)理發(fā)育且存在穿越大壩的斷層破碎帶等不良地質(zhì)問(wèn)題。采用壩基全斷面固結(jié)灌漿處理措施來(lái)改善基巖力學(xué)性能,提高巖體彈性模量,增進(jìn)整體性和均一性,減少變形和基礎(chǔ)不均勻沉陷,同時(shí),還可以加強(qiáng)帷幕的防滲效能,封閉裂縫,減少滲水,降低滲透壓力;對(duì)斷層破碎帶進(jìn)行抽槽并回填混凝土處理后再進(jìn)行固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng),最后再對(duì)壩基進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理。大壩的不良地質(zhì)問(wèn)題經(jīng)處理后,其工程地質(zhì)條件可滿足設(shè)計(jì)要求。