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

(中水北方勘測設計研究有限責任公司,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,壩址區主要建筑物包括133 m高碾壓混凝土曲線型重力壩、發電引水系統和廠房等,壩頂高程763 m,于2011年3月蓄水。

高摩贊地區干旱少雨,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巖夾砂質頁巖組成。受多期構造運動影響大,風化卸荷作用強烈,且范圍廣、深度大,巖體破碎、變形模量低,天然狀態下的巖體質量不能滿足混凝土曲線重力壩的建設,只有經過壩基巖體加固處理,才能滿足建造混凝土壩的要求,基礎處理的質量和效果能否達到設計要求是大壩穩定和安全的關鍵。

2　壩基巖體特性

2.1　構造特性

壩址區位于靠近背斜核部的西翼,呈薄層狀單斜構造,巖層傾向上游,傾角30°～70°。據施工開挖揭露,壩基巖體斷層、裂隙、節理密集帶和層間剪切帶為主要的構造行跡,發育大小斷層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。受各種構造結構面的影響,壩基巖體完整性較差,多呈鑲嵌碎裂結構(照片1、照片2)。

2.2　巖石(體)物理力學性質

壩基灰巖室內、外試驗成果如表1、表2,巖石飽和抗壓強度平均值44 MPa,為中硬巖[1];巖體試驗應力應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度高、巖體模量低的特點。

照片1　左岸壩肩巖體

照片2　右岸壩肩巖體

2.3　巖體縱波速度及質量分類

據勘探平硐地震波對穿測試,水平測試深度64 m范圍內,壩肩巖體縱波速度為800～3 000 m/s,多數介于1 000～2 300 m/s;開挖后建基面巖體縱波速度為730～2 950 m/s。測試數據表明,壩基巖體縱波速度較低,壩基巖體質量較差,深部巖體稍好于淺部。

表1　巖石物理力學特性

表2　巖體力學特性

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

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

針對發育于右壩肩的近順河向斷層F2、F3,在壩基范圍內的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行了接觸灌漿和固結灌漿處理。

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　孔內聲波檢測

表4　地震波檢測

從聲波和地震波檢測成果看,壩基巖體經加固處理后,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

壩基固結灌漿處理后進行的原位變形試驗[3]檢測成果如表5,試驗方法和應力條件與灌漿前相同。從檢測成果與表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,說明經處理后,巖體力學性質得到了較大改善。

表5　固結灌漿后原位變形試驗

4.3　處理效果評價

現場檢測表明,壩基巖體經加固處理后,變形模量和縱波速度均有提高,巖體質量得到了明顯改善。依據加固處理后檢測成果提出的壩基巖體變形模量建議值如表6,設計復核后可以滿足變形穩定要求。

表6　處理后壩基巖體變形模量地質建議值

4.4　大壩運行后壩肩基巖位移監測

兩岸壩肩基巖位移計觀測數據變化不大(圖1),目前已處于較穩定狀態,這從側面說明壩基巖體經處理后穩定性得到了改善。目前大壩運行和監測基本正常,大壩和基巖位移變形量均不大。

圖1　壩肩巖體位移監測過程線

5　結語

高摩贊壩基巖體以薄層灰巖為主,受區域多期構造影響,巖體中結構面發育,具有巖石強度高、巖體模量低的特點。

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問題。通過對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定性。大壩樞紐工程于2011年下閘蓄水以來,運行和監測基本正常,對類似工程建設具有一定的參考意義。

參考文獻:

[1]陸兆溱.工程地質學[M].第二版.北京：中國水利水電出版社，2001.

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

[3]SL264-2001,水利水電巖石試驗規程[S].