某新建小(1)型水庫壩址工程地質(zhì)評價(jià)及處理措施

施正協(xié)

(福建省泉州市洛江區(qū)馬甲鎮(zhèn)人民政府，福建 泉州 362014)

1 工程概況

某新建小(1)型水庫壩址以上徑流面積14.30 km2，水庫設(shè)計(jì)總庫容296.90萬m3，正常庫容229.24萬m3，興利庫容199.77萬m3，總供水量304.8萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積6024畝。庫區(qū)河道蜿蜒彎曲，為長條帶狀河槽形水庫，庫盆長約2.40 km，斷面呈“V”字型，河道總體流向由北向南，河床平面分布寬15 m～40 m不等，河道平均坡降22.2‰，河床平緩。左右兩岸均分布有小的箐溝，總體兩岸地形基本對稱。庫區(qū)大部分基巖出露，巖性為江底河組下雜色泥巖段(K2j1)紫紅色粉砂質(zhì)泥巖夾鈣質(zhì)泥巖及泥灰?guī)r。本文經(jīng)勘探鉆孔巖芯、聲波測試、鉆孔壓水試驗(yàn)資料分析，壩基、壩肩強(qiáng)風(fēng)化帶巖體裂隙發(fā)育，巖塊間嵌合力相對較差，且存在滲漏等問題，應(yīng)對大壩進(jìn)行基礎(chǔ)及防滲處理，以確保大壩安全。

2 工程地質(zhì)評價(jià)

2.1 巖體風(fēng)化

壩址區(qū)巖性以粉砂質(zhì)泥巖夾泥灰?guī)r為主，強(qiáng)風(fēng)化界線劃分主要根據(jù)勘探鉆孔巖芯、聲波測試、鉆孔壓水試驗(yàn)資料，以及地表探槽、淺井勘探資料綜合分析確定，下壩線強(qiáng)風(fēng)化底界線劃分如下：(1)左岸強(qiáng)風(fēng)化下限埋深：6.4 m～6.5 m；(2)河床強(qiáng)風(fēng)化下限埋深：7.0 m～7.9 m；(3)右岸強(qiáng)風(fēng)化下限埋深：9.5 m～14.2 m。鉆孔巖芯以短柱狀、塊狀和碎塊狀為主，強(qiáng)風(fēng)化下限以上巖芯較破碎。以下較完整，巖層不存在不均勻風(fēng)化、夾層風(fēng)化特征，總體上右岸強(qiáng)風(fēng)化埋深較河床和左岸深。

2.2 壩軸線鉆孔RQD指標(biāo)評價(jià)

該壩軸線上共布置6個(gè)鉆孔：CZK1、CZK2、CZK3、CZK4、CZK5、CZK6，從鉆孔巖芯看，壩基分布的粉砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r為軟質(zhì)巖，強(qiáng)風(fēng)化底界以上巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈塊狀、碎塊狀，巖質(zhì)較軟，易折斷。以下弱風(fēng)化巖體巖芯較完整，呈柱狀，柱長一般11 cm～36 cm，最長40 cm。巖芯采取率、RQD值統(tǒng)計(jì)見表1。

RQD=0非常不好；0～25%不好；25%～50%較好；50%～75%好；>75%非常好。

2.3 聲波測試試驗(yàn)

在壩軸線CZK1～CZK6共6鉆孔中進(jìn)行了現(xiàn)場原位聲波(縱波)測試，現(xiàn)場原位聲波測試成果見表2。

從測試結(jié)果分析：左岸CZK1、CZK2鉆孔聲波規(guī)律性較強(qiáng)，表層0～5.5 m為第四系殘坡積含礫、碎石粉質(zhì)粘土層，波速在917 m/s～955 m/s之間，上部6.5 m內(nèi)強(qiáng)風(fēng)化巖體聲波值一般在1256 m/s～1283 m/s之間，下部(強(qiáng)風(fēng)化巖體以下)隨深度加深，風(fēng)化減弱，巖體堅(jiān)硬度提高，巖體聲波值一般在2347 m/s～2581 m/s之間。河床CZK3鉆孔表層3.5 m為第四系沖洪積砂卵礫石混礫碎石層，聲波值為692 m/s，上部8 m內(nèi)強(qiáng)風(fēng)化巖體聲波值為1274 m/s，下部弱風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖聲波值為2625 m/s。右岸CZK4、CZK5、CZK6三孔表層第四系含礫、碎石粉質(zhì)粘土波速在898 m/s～1021 m/s之間，上部強(qiáng)風(fēng)化帶3.5 m～14.5 m波速在1302 m/s～1374 m/s之間，下部弱風(fēng)化巖體聲波值在2735 m/s～2877 m/s之間。

聲波值變化與鉆孔巖芯RQD值、巖體風(fēng)化程度、透水率及巖性的變化基本接近。左岸鉆孔巖體聲波值為1256 m/s～2581 m/s，相應(yīng)巖體完整性指數(shù)為0.36～0.74，巖體完整性為較破碎～較完整；河床鉆孔巖體聲波值為1274 m/s～2625 m/s，相應(yīng)巖體完整性指數(shù)為0.36～0.75，巖體完整性為較破碎～較完整；右岸鉆孔巖體聲波值為1302 m/s～2877 m/s，相應(yīng)巖體完整性指數(shù)為0.37～0.82，巖體完整性為較破碎～完整。

表1 鉆孔巖芯采取率、RQD值統(tǒng)計(jì)表(僅列CZK1～CZK4)

表2 鉆孔原位聲波測試成果匯總

2.4 巖石質(zhì)量評價(jià)

壩址區(qū)巖性為粉砂質(zhì)泥巖夾泥灰?guī)r，為軟質(zhì)巖。左岸第四系松散堆積層厚度2 m～5.3 m，局部基巖出露。右岸第四系松散堆積層厚度2.5 m～11.9 m，基巖零星出露。河床中第四系松散層厚3.1 m～5.1 m，強(qiáng)風(fēng)化埋深6.4 m～14.2 m。巖芯受機(jī)械破碎嚴(yán)重，強(qiáng)風(fēng)化底界以上巖體較破碎、松散，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，巖質(zhì)較軟，易折斷。以下弱風(fēng)化巖體巖芯較完整，呈柱狀，柱長一般11 cm～36 cm，最長40 cm。壩基開挖線都在強(qiáng)風(fēng)化帶以內(nèi)，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體RQD值偏低，需對壩基進(jìn)行固結(jié)灌漿處理[1]。

2.5 鉆孔壓(注)水試驗(yàn)

根據(jù)壩軸線鉆孔壓(注)水試驗(yàn)成果分析：左岸在14.80 m～22.20 m深度以上為中等透水層，透水率為10.67Lu～21.24 Lu，以下為≤10 Lu的弱透水層，≤5 Lu的相對隔水層埋深在32.20 m～36.1 m以下；河床段在30.20 m深度范圍內(nèi)為中等透水層，30.20 m以下為≤10 Lu的弱透水層，≤5 Lu的相對隔水層埋深在55.40 m以下；右壩肩在29.9 m～37.20 m深度以上為中等透水層，透水率為10.2 Lu～23.69 Lu，以下為≤10 Lu的弱透水層，≤5 Lu的相對隔水層埋深在34.60 m～42.20 m以下；壩基巖體透水率與巖體風(fēng)化程度及深度關(guān)系密切，隨深度的加深，巖體透水率減小明顯。兩岸地下水位埋深12.5 m～42.5 m，高于河床1.0 m～20.1 m，兩岸地下水補(bǔ)河水。兩岸及河床壩基存在中等透水帶，年滲漏量按270 d計(jì)算，年滲漏量為25.91萬m3，占正常庫容229.24萬m3的11.30%，占總庫容296.90萬m3的8.73%。壩基、壩肩存在滲漏問題，需對壩基、兩岸壩肩進(jìn)行帷幕防滲處理[2]。

根據(jù)壩軸線鉆孔資料，壩基主要分布江底河組下雜色泥巖段(K2j1)：紫紅色厚層狀粉砂質(zhì)泥巖夾泥灰?guī)r，強(qiáng)～弱風(fēng)化狀態(tài)，巖體透水率見表3。

表3 依灑水庫下壩線鉆孔壓水試驗(yàn)注水試驗(yàn)成果(僅列CZK1、CZK1、CZK4)

3 基礎(chǔ)處及壩基防滲處理

3.1 壩基基礎(chǔ)開挖

①心墻截水槽：根據(jù)地質(zhì)勘察鉆孔揭露情況，河床壩基截水槽開挖至強(qiáng)風(fēng)化底界上部，開挖深度6.0 m～9.0 m，建基面高程2170.0 m，左岸截水槽開挖深度8.0 m～9.3 m，右岸截水槽開挖深度6.0 m～9.0 m，河床處截水槽開挖底寬23.0 m，向左岸延伸至心墻頂處漸縮至8 m，右岸延伸至溢洪道控制段底板開挖高程2210.35 m處漸縮至9.32 m，左岸開挖邊坡1∶1.2、1∶0.75。右岸開挖邊坡1∶1.55、1∶0.75。

大壩截水槽開挖平面布置圖見圖1。

②河床覆蓋面清基：將第四系沖洪積上部粉質(zhì)粘土夾礫石層清除，并清除上部的砂卵礫石層，清至干凈的砂卵礫石層，無淤泥透鏡體、黑色淤泥、淤泥質(zhì)粘土和腐爛的樹根樹葉，豎直清基深1.5 m，深入砂卵礫石層0.3 m～0.5 m。

③兩岸坡清基：建議豎直清基深度1.0 m，清除樹根、草皮、及松散破碎巖體。下游排水棱體基坑應(yīng)挖除沖積層到基巖。

3.2 壩基固結(jié)灌漿

壩址區(qū)巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾泥灰?guī)r，均為軟質(zhì)巖。兩岸強(qiáng)風(fēng)化埋深6.4 m～14.2 m。巖芯受機(jī)械破碎嚴(yán)重，強(qiáng)風(fēng)化底界以上巖體較破碎、松散，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，巖質(zhì)較軟，易折斷。以下弱風(fēng)化巖體巖芯較完整，呈柱狀，柱長一般11 cm～36 cm，最長40 cm。壩基開挖線都在強(qiáng)風(fēng)化帶以內(nèi)，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體RQD值偏低，根據(jù)壩基工程地質(zhì)條件，對2210.95 m正常蓄水位高程以下壩基截水槽基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，以確保粘土心墻的細(xì)土粒不從基巖裂隙中被帶走，固結(jié)灌漿孔平行于壩軸線布置，在壩軸線上游和下游各布置一排固結(jié)灌漿孔，排距4.0 m，孔距3.0 m，下游排里程0+001 m～0+139 m，上游排里程0+002.5 m～0+137.5 m，下游排47孔，上游排46個(gè)孔，合計(jì)93孔。固結(jié)灌漿孔呈梅花形布置，孔深均為8.0 m(孔深不含混凝土蓋板的厚度)，固結(jié)灌漿平面布置示意圖見圖2。固結(jié)灌漿灌后巖體透水率≤5 Lu。

圖1 大壩截水槽開挖平面布置圖

圖2 固結(jié)灌漿平面布置示意圖

3.3 防滲帷幕設(shè)計(jì)

根據(jù)壩軸線鉆孔壓(注)水試驗(yàn)和壩基工程地質(zhì)條件，防滲帷幕線長度按248.0 m計(jì)，壩基帷幕灌漿兩岸采用接地式帷幕，河床為懸掛式帷幕，防滲高程為正常蓄水位(正常蓄水位2210.95 m)以下至壩基帷幕底界。左岸帷幕深度21.1 m～39.30 m、右岸23.9 m～39.3 m、河床段29.7 m～32.10 m，河床段防滲帷幕深度約為壩前水頭(水頭40.95 m)的0.7～0.8倍。

帷幕布置形式：基礎(chǔ)帷幕灌漿左岸至0+057.25 m里程為單排，0+057.25 m至右岸為雙排，主帷幕布置在壩軸線上，里程0-032.75 m～0+057.25 m孔距為1.5 m，計(jì)61孔，里程0+057.25 m～0+215.25 m孔距2.0 m，計(jì)79孔，合計(jì)140個(gè)孔；副帷幕布置在壩軸線上游1 m(主帷幕上游1 m)，里程0+058.25 m～0+214.25 m，孔距2.0 m，合計(jì)79個(gè)孔，帷幕灌漿共計(jì)219個(gè)孔。壩基帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)：壩基灌后巖體透水率≤5 Lu。帷幕灌漿材料耗量：水泥200 kg/m。帷幕灌漿平面布置圖見圖3。

圖3 帷幕灌漿平面布置圖

4 結(jié)論及建議

通過對某小(1)型水庫壩址區(qū)工程地質(zhì)評價(jià)得出，壩址區(qū)壩基、壩肩強(qiáng)風(fēng)化帶巖體裂隙發(fā)育，巖塊間嵌合力相對較差，對壩基采取清基處理，采用固結(jié)灌漿進(jìn)行壩基加固處理。

壩基、壩肩存在滲漏問題，需對壩基、兩岸壩肩進(jìn)行帷幕防滲處理，確保水庫后期運(yùn)行安全。工程于2018年完工，完工后大壩運(yùn)行良好。