新疆塔城江格斯水庫壩基處理方案比選

馬萬龍

（塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計院，新疆 塔城 834700）

0 工程概況

江格斯水庫工程位于裕民縣城西南方向的江格斯河上，行政隸屬于裕民縣江格斯鄉(xiāng)。水庫壩址位于出山口處，項目區(qū)距裕民縣15 km，距江格斯鄉(xiāng)直線距離9 km，距烏魯木齊市618 km，317 省道從江格斯鄉(xiāng)北側(cè)通過，工程區(qū)交通較為便利。

江格斯水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、導(dǎo)流兼放水隧洞三部分組成。水庫總庫容270×104m3，為Ⅳ等小（1）型工程。JGS水庫可控制下游灌溉面積1.02 萬畝。工程任務(wù)以灌溉和農(nóng)村供水為主，兼顧下游防洪。

水庫壩址處為巴爾魯克山中低山區(qū)，出露地層為上古界的泥盆系、石炭系，新生界第三系、第四系和少量的侵入巖。

1 上壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

1.1 上壩址區(qū)地質(zhì)概況

上壩址兩岸基巖裸露，河谷呈”U”型，谷底高程932.34 m～933.87 m，平均縱坡2.5%，谷底寬20 m～30 m，現(xiàn)代河床寬度5 m～8 m，河道曲折，左岸山體平均坡度29°，右岸山體坡度平均33°，左右兩岸山體較為對稱。壩前距壩軸線80 m 處有一近東西向的沖溝發(fā)育，該沖溝寬20 m～30 m，溝口處達50 m，沖溝底高程943 m～978 m，沿沖溝發(fā)育有f2 斷裂。

壩址區(qū)地層在河床段上部為細礫層或粉質(zhì)粘土層，下部為基巖；左右兩岸基巖出露，地層結(jié)構(gòu)單一，巖性為中石炭統(tǒng)黑山頭組的褐色圓礫巖。

河床中砂礫石，第四系全新統(tǒng)沖積堆積成因，青灰色，厚度17.0 m，磨圓度一般，分選性較好，級配較差，中粗砂充填，無膠結(jié)性，具孔隙性；河道中的粉質(zhì)粘土，第四系全新統(tǒng)沖積堆積成因，土黃色、灰黃色，干燥，堅硬，直立，可見水平層理，局部夾有少量的礫石，但分布范圍不大，厚度變化較大，從坑探揭露和自然斷面觀察，厚度2.0 m。

壩址區(qū)出露基巖為中石炭統(tǒng)黑山頭組（C2h）褐色圓礫巖，碎裂結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀35°～41°NE∠30°～54°，巖體天然狀態(tài)下的單軸抗壓強度40.3 MPa～55.6 MPa，飽和抗壓強度23.0 MPa～40.4 MPa，屬中硬巖。

上壩址區(qū)處于塔城山間坳陷南部，構(gòu)造活動相對較弱，無區(qū)域性活動斷裂或與其相連的分支斷裂通過。石炭紀地層呈北北東向傾斜的單斜構(gòu)造，走向近東西，與區(qū)域構(gòu)造方向一致。壩址區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造形跡為低序次斷層、裂隙和節(jié)理，走向以北西、近東西向為主。

f2 斷裂：發(fā)育于壩前距壩軸線80 m 處近東西向的沖溝內(nèi)，褐色圓礫巖中，與河流走向近于正交，產(chǎn)狀295°NE∠40°～50°，與壩軸線夾角約27°，斜穿左右兩岸。斷層破碎帶寬5m～6 m，帶內(nèi)以碎裂巖為主，部分斷面夾灰黑色斷層泥，含方解石晶體。該斷層規(guī)模較大，延伸較長，近1 km，斷面呈舒緩波狀，傾角較陡。

f3 斷裂：發(fā)育在右壩肩，兩盤巖性為礫巖，斷層走向與河流近平行，產(chǎn)狀10°～25°SE∠50°～65°，斷層破碎帶寬0.3 m，帶內(nèi)以碎裂巖為主，部分斷面夾灰白色斷層泥，含方解石晶體。該斷層規(guī)模較小，延伸170 余米，斷面呈舒緩波狀，傾角較陡。

上壩址區(qū)共發(fā)育4 組節(jié)理，以NNE 向最為發(fā)育，見圖1。

圖1 壩址區(qū)節(jié)理裂隙走向玫瑰花圖

第一組為近西向裂隙，產(chǎn)狀為285°～310°NE，SW∠50°～70°，節(jié)理面一般平直粗糙，微張或張開，有碎石充填，延伸長約1 m～2 m；第二組走向北西，產(chǎn)狀320°～328°NE∠42°，節(jié)理面一般平直粗糙，微張或張開，有碎石充填，延伸長約1 m～2 m；第三組為北北東向裂隙，產(chǎn)狀為7.5°～20°SE∠43°～65°，巖體多沿該組節(jié)理卸荷，走向與河流走向近于平行，延伸長約10 m～15 m，切割深5 m～10 m，頂部多張開5 cm～15 cm，有少量碎石土充填；該組裂隙對巖體邊坡穩(wěn)定以及巖體透水性影響較大；第四組為近東向裂隙，產(chǎn)狀為85°NW∠35°～40°，為層面或近層面節(jié)理，節(jié)理面一般平直較粗糙，多數(shù)閉合，少量微張，無充填。

壩址區(qū)巖體風化層厚度受巖性、構(gòu)造等因素影響，具有一定的規(guī)律，在斷層、節(jié)理發(fā)育部位，風化深度稍大；巖體較完整部位，風化深度稍小。根據(jù)鉆孔巖芯、壓水試驗和鉆孔波速測試，確定上壩址強風化層厚度1 m～3 m，其下為弱風化層。

1.2 上壩址區(qū)巖土工程特性

依據(jù)鉆探資料，上壩址區(qū)河床段覆蓋層厚度17.0 m，地下水位埋深0.9 m，巖性為細礫，壩址區(qū)松散覆蓋層的物理力學(xué)參數(shù)見表1、圖2。

表1 壩址河床覆蓋層試驗成果表

從表2 和圖2 中可以看出，河床覆蓋層砂礫石不均勻系數(shù)32.5～40.7，曲率系數(shù)0.8～2.2，為級配較好的礫石，礫石含量少，粒徑較小。

圖2 河床覆蓋層砂礫石顆?；鶖?shù)

壩址區(qū)的地層主要為中石炭統(tǒng)黑山頭組（C2h）褐色圓礫巖，巖層產(chǎn)狀146°NE∠58°～64°。

1.3 上壩址軸線工程地質(zhì)條件

根據(jù)壩址地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等工程地質(zhì)條件，將壩址軸線分為左壩肩、河床壩基、右壩肩三部分評價如下：

左壩肩（0+000 m～0+075 m）：左岸岸坡較平緩，平均坡度30°，基巖裸露，地層巖性主要為黑山頭組（C2h）褐色圓礫巖，碎裂結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀146°NE∠58°～64°，巖體屬中硬巖，中厚層狀，巖體完整性系數(shù)差，節(jié)理裂隙張開度0.5 mm～5.0 mm，裂隙微張，基巖強風化層厚3.0 m 左右，弱風化層厚5.0 m～8.0 m。類比右壩肩透水性小于5 Lu界線埋深16 m 以下，建議壩基防滲處理至基巖透水率小于5 Lu深度以下。

河床壩基（0+075～0+110）:河谷呈“U”型，谷床寬40 m，水面寬6 m，地層具二元結(jié)構(gòu)，上部為卵石，依據(jù)鉆探資料，河床覆蓋層0～6.0 m 為卵石，青灰色，顆粒多呈次圓狀，級配較好，中粗砂充填，無膠結(jié)性，具孔隙性，強透水性，地質(zhì)建議值：天然密度2.03 g/cm3～2.15 g/cm3，干密度1.87 g/cm3～1.93 g/cm3，最小干密度1.74 g/cm3，相對密度0.64～0.67，中密狀態(tài)，滲透系數(shù)5.2×10-2cm/s，強透水性，承載力250 kPa；6.0 m～7.4 m 為粉土，灰色，稍密至中密狀，飽水，含少量礫石，具水平層理，透水性差，中等壓縮性，建議清除；7.4 m～17.0 m 為卵石，中密狀態(tài)，滲透系數(shù)5.2×10-2cm/s，強透水性，承載力300 kPa。17 m以下基巖為中石炭統(tǒng)黑山頭壩組的礫巖，中厚層狀，依據(jù)鉆探資料巖芯采取率30%～50%，RQD 值＜10%，巖體完整性差，基巖強風化層厚2.5 m 左右，以下為弱風化層?；鶐r透水性小于5 Lu 界線埋深27 m，建議壩基防滲處理至基巖透水率小于5 Lu 深度以下。

右壩肩（0+110～0+205）：右岸岸坡較陡，平均坡度35°，基巖多裸露，地層巖性主要為中石炭統(tǒng)黑山頭組（C2h）褐色圓礫巖為主，局部存在第四系坡積堆積的碎石土。礫巖，厚層結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀96°～129°NE∠48°～68°，巖體較破碎，發(fā)育三條較大順河向裂隙，依據(jù)右岸的鉆探和物探資料，節(jié)理裂隙張開度0.5 mm～5 mm，裂隙微張，延展長度多為1 m～3 m，也可見3 m～10 m，但數(shù)量少，裂隙間距0.5 m～2 m，較發(fā)育，裂隙面平直粗糙。發(fā)育有斷層f2，巖體的完整性系數(shù)小于50%，巖體質(zhì)量不好。巖體透水率小于5 Lu 的界線埋深16 m，依據(jù)鉆孔巖芯、壓水試驗、物探測試，綜合確定巖體強風化層厚度3.0 m 左右，其下為弱風化層，弱風化層厚8 m～10 m。建議壩基防滲按小于5 Lu 基巖深度處理。

依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487-2008）附錄V 壩基巖體工程地質(zhì)分類，壩基巖體屬CⅣ，不宜作為高砼壩基礎(chǔ)，可滿足土石壩基礎(chǔ)要求。建議清除河床中防滲墻部分的砂礫石層及部分基巖強風化層，對壩殼處的砂礫石重型振動碾壓后可作為壩體的一部分，將防滲墻砼基座設(shè)置在弱風化巖體上，強風化基巖開挖邊坡1∶0.30～1∶0.50、河床砂礫石層臨時開挖邊坡1∶1.0～1∶1.25。

2 河床段基礎(chǔ)處理方案

本次基礎(chǔ)處理方案在推薦壩址處即上壩址處。

2.1 基礎(chǔ)處理方案選擇原則

根據(jù)地形、地質(zhì)、工程規(guī)模及施工條件，經(jīng)過經(jīng)濟和技術(shù)的綜合分析比較來選定。主要考慮有兩點：基礎(chǔ)處理方案技術(shù)成熟，工程量較小，與施工期導(dǎo)流的方式有無工序上的矛盾；基礎(chǔ)處理方案投資小，施工難度小，施工質(zhì)量容易控制。

2.2 基礎(chǔ)處理方案

根據(jù)地形、地質(zhì)、導(dǎo)流方式、圍堰與壩體結(jié)合等因素選擇了兩個備選方案。

方案一：大開挖。此方案將河床內(nèi)基巖線以上的覆蓋層清除7 m，主要目的將壩基7 m 以下的粉土層挖除，然后開挖心墻基座。心墻基座坐落在弱風化層中，基座厚1.5 m，底寬4 m?；韵虏捎霉探Y(jié)灌漿，深度5 m，沿軸線布設(shè)兩排，間距2 m。在兩排固結(jié)灌漿中間布設(shè)一排帷幕灌漿，帷幕深度按巖石吸水率ω＜5 Lu 作為控制標準。

方案二：槽孔混凝土+振沖碎石樁。河床壩基（0+075～0+110）依據(jù)鉆探資料，6.0 m～7.4 m 為粉土，灰色，稍密至中密狀，飽水，含少量礫石，具水平層理，透水性差，中等壓縮性。本次設(shè)計方案將河床段表層1 m 清除，在河道段整個壩基清基面上進行振沖碎石樁加固，設(shè)計造孔直徑80 cm，深度6.5 m，填料采用20 mm～80 mm 的砂礫石，含泥量小于5%，采用30 kW型振沖器造孔，樁心距1.5 m，行距1.5 m，呈等邊三角形排布。提高壩體整體承載力。

河床段首先表層清基1.0 m，瀝青砼心墻底部高程932.10 m。瀝青砼心墻下設(shè)1.5 m 厚的混凝土基座，混凝土基座與槽孔混凝土防滲墻連接，墻厚0.8 m，槽孔混凝土防滲墻最大深度17.2 m，防滲墻內(nèi)埋設(shè)帷幕灌漿鋼管，鋼管規(guī)格為φ110，間距2 m。帷幕深度按巖石吸水率ω＜5 Lu 作為控制標準。

3 河床段基礎(chǔ)處理方案比較分析

表2 大開挖方案與槽孔混凝土+ 振沖碎石樁方案對比表

4 結(jié)論

通過以上綜合分析可以看出，比較的兩種基礎(chǔ)處理方案均可以滿足工程建設(shè)的需要，但從施工、投資角度來看，槽孔混凝土+振沖碎石樁方案投資較省，施工難度小。綜合以上各方面分析、比較，槽孔混凝土+振沖碎石樁方案比大開挖方案優(yōu)越，故在本階段推薦槽孔混凝土+振沖碎石樁方案為基礎(chǔ)處理方案。