黑河金盆水利樞紐大壩地基穩(wěn)定性淺析

黃 兵

（漢中市灌溉試驗(yàn)站 陜西 漢中 723002）

1 黑河金盆水利樞紐地質(zhì)概況

黑河金盆水利樞紐工程位于陜西省西安市周至縣馬召鎮(zhèn)黑河干流秦嶺峪口處，北距周至縣城約12km，是西安市黑河引水工程的重要水源工程，是一項(xiàng)以西安城市供水為主，兼顧灌溉，結(jié)合發(fā)電、防洪等綜合利用的大型水源工程。該工程設(shè)計(jì)大壩為混凝土重力壩，大壩地震基本烈度7度，壩頂高程607.33m，最高壩高140.33m，建基面高程476m，壩軸線全長(zhǎng)404m，設(shè)計(jì)正常蓄水位594m，總庫(kù)容18872萬(wàn) m3。

大壩壩址區(qū)位于西駱嶺—田峪北斜南翼，傾向上游，傾角30°～40°。據(jù)統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)有81條斷層，大多屬層間錯(cuò)動(dòng)擠壓形成的逆斷層，斷層破碎帶寬度一般0.2m～5m，大者可達(dá)到10m～20m，主要為泥質(zhì)角礫及碎巖組成。節(jié)理裂隙主要有NE、NW、近SN走向和一組緩傾角裂隙共四組。壩基下有砂卵石層、斷層破碎帶及互狀溶洞區(qū)，均為滲漏通道。防滲體與基巖結(jié)合部的斷層有 F4、F53、F61、F5、F15、F62等，走向基本與壩軸線平行，其中規(guī)模較大者為F4斷層，走向90°～102°，傾向SW，傾角31°～58°，為順層擠壓斷層，破碎帶寬5m，其出露平面位置恰好與面板壩底座軸線河床部位相重合。

壩址基巖主要由片巖類(lèi)組成。壩肩基巖以云母石英片巖為主，厚度達(dá)100m～122m，占基巖62.5%～73.9%，其余為綠泥石片巖、鈣質(zhì)石英巖、巖脈及構(gòu)造巖等。其中壩基下十余米的云母石英片巖云母含量高，片理極為發(fā)育，較為軟弱。

2 工程地質(zhì)情況評(píng)價(jià)

工程地質(zhì)條件是影響重力壩地基穩(wěn)定性的重要因素，由于受地質(zhì)構(gòu)造變化及水文氣候等的影響，天然地基往往存在不同形式和程度的缺陷，需要進(jìn)行人工加固處理。為保證采取的加固處理措施科學(xué)規(guī)范，必須對(duì)壩體建設(shè)區(qū)域的環(huán)境地質(zhì)情況進(jìn)行深入調(diào)查，包括壩基主要持力層的承載力、巖土的組成與分布、地理水平面高差、斷層和破碎帶分布等。經(jīng)調(diào)查分析，其壩址建設(shè)區(qū)域的工程地質(zhì)情況主要存在以下問(wèn)題可能影響大壩的安全穩(wěn)定性：

（1）大壩壩址不平，表現(xiàn)為向上游傾斜，傾角達(dá)30°～40°，上下游高差較大，壩基開(kāi)挖時(shí)須引起重視和注意。

（2）大壩壩址區(qū)內(nèi)有80余條層間錯(cuò)動(dòng)擠壓形成的逆斷層，斷層破碎帶最大寬度達(dá)10m～20m，易發(fā)生地基沉陷、斷裂等問(wèn)題。加之逆斷層主要為泥質(zhì)角礫及碎巖組成，承載強(qiáng)度和穩(wěn)定性較差，安全問(wèn)題突出，施工難度較大。

（3）大壩壩址區(qū)存在節(jié)理裂隙，并有緩傾角裂隙，可能構(gòu)成不利組合的楔形塊體，從而對(duì)大壩深層抗滑穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。

（4）大壩壩基下埋有卵石層、斷層破碎帶及互狀溶洞區(qū)，均為滲漏通道，必須進(jìn)行防滲排水處理，防止水流引發(fā)沖刷塌陷等事故。

（5）壩基組成性質(zhì)較差。壩址基巖主要由片巖類(lèi)組成，壩肩基巖以云母、石英片巖為主，厚度達(dá)100m～122m，占基巖62.5%～73.9%，其余為綠泥石片巖、鈣質(zhì)石英巖、巖脈及構(gòu)造巖等。壩基下十余米的云母石英片巖，云母含量高，透水性較小且呈層狀分布，片理極為發(fā)育，較為軟弱，巖土承載能力差。

3 工程處理措施

地基的質(zhì)量是大壩安全可靠的根本保證，由于地質(zhì)缺陷與問(wèn)題的存在，必須根據(jù)不同地質(zhì)條件、工程具體情況采取科學(xué)合理的措施和技術(shù)手段，改善和提高壩基的穩(wěn)定性，使其具有足夠的強(qiáng)度、整體性、抗?jié)B性及穩(wěn)定性，保障工程施工過(guò)程中和使用中的安全。針對(duì)本工程實(shí)際，建議在施工過(guò)程中采取以下處理措施意見(jiàn)：

3.1 壩基開(kāi)挖與清理

該工程大壩壩高140.33m，屬混凝土重力壩中的高壩，壩基的承重壓力大，穩(wěn)定性要求比較高。按照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，大壩基礎(chǔ)應(yīng)挖至新鮮或微風(fēng)化的巖體，才能保證壩基的承載壓力和穩(wěn)定性要求。由于工程地質(zhì)存在滲水通道、斷裂層夾層等情況，開(kāi)挖的同時(shí)必須做好排水工作，并要合理安排施工的程序，科學(xué)組織出渣運(yùn)輸，正確地選擇開(kāi)挖方法和技術(shù)，以防止?jié)B水引發(fā)其他事故發(fā)生。

由于該工程的大壩壩址不平，向上游傾斜，上下游高差較大。因此，壩基開(kāi)挖的形狀宜開(kāi)挖成大臺(tái)階狀，略向上游傾斜，以保證壩基的穩(wěn)定。對(duì)壩基下的卵石層、淺層溶洞斷層破碎帶及互狀溶洞區(qū)，必須盡量予以挖除，不留破損和軟弱巖土，以保證開(kāi)挖面的堅(jiān)硬、完整，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求。根據(jù)本工程實(shí)際，建議挖除砂卵石覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖石的深度要在10m～20m，不留滲流通道。由于地基下有片巖，挖至片巖時(shí)，應(yīng)留0.2m～0.3m的保護(hù)層，待澆筑混凝土前再挖除，防止施工中片巖坍塌。

由于節(jié)理和軟弱夾層的存在，開(kāi)挖爆破須采取相應(yīng)保護(hù)措施，避免造成新的裂隙或擴(kuò)大裂隙。保護(hù)層分層開(kāi)挖挖至第二層時(shí)，炮孔設(shè)在不穿入建基面以上0.7m的范圍。當(dāng)開(kāi)挖至距離利用基巖面0.5m～1.0m時(shí)，應(yīng)采取手風(fēng)鉆鉆孔，小藥量爆破，以防止對(duì)建基面的損壞。

3.2 固結(jié)灌漿和帷幕灌漿

本工程的壩基地質(zhì)條件較差而壩體較高，應(yīng)采取壩基全面固結(jié)灌漿的方法，在壩基以外上、下游一定范圍內(nèi)都進(jìn)行固結(jié)灌漿；對(duì)斷層破碎帶及其兩側(cè)影響帶，適當(dāng)加強(qiáng)固結(jié)灌漿；基礎(chǔ)下埋藏的溶洞等，除必要的部位進(jìn)行回填處理外，也應(yīng)對(duì)其頂部及周?chē)鷰r石回填固結(jié)灌漿，這樣才能盡量降低地質(zhì)缺陷的影響，全面提高壩基的整體性和彈性模量，全面提高基巖的抗壓、抗剪強(qiáng)度，降低壩基的透水性。

由于地質(zhì)條件較差，固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)須注意：鉆孔灌漿次序宜采用三序孔施工；對(duì)大裂隙、大斷層部位的灌漿采用純壓式灌漿方法。鉆灌方法宜采取自上而下分段鉆灌法。對(duì)緩傾角層面發(fā)育的基巖，灌漿壓力應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。為保證灌漿質(zhì)量，須在灌漿結(jié)束后采取多種方式對(duì)灌漿的質(zhì)量進(jìn)行認(rèn)真檢查。由于壩基地質(zhì)條件特殊，存在斷層、破碎帶等，采用普通的水泥漿液灌漿難以達(dá)到工程要求，可采用化學(xué)灌漿，即灌注以環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯、甲凝類(lèi)等高分子材料為基礎(chǔ)制成的漿液，輔助加強(qiáng)灌漿效果，提高灌漿質(zhì)量。

為進(jìn)一步提高壩基的整體性和穩(wěn)定性，可對(duì)壩基進(jìn)行帷幕灌漿。帷幕灌漿可布置在壩基的迎水面，設(shè)置在壩體灌漿廊道下的基礎(chǔ)內(nèi)，形成一道連續(xù)而傾斜的幕墻。

3.3 斷層破碎帶和軟弱夾層處理

本工程壩基斷層破碎帶數(shù)量多、寬度大，主要為泥質(zhì)角礫及碎巖組成，破壞性強(qiáng)，需要認(rèn)真處理和對(duì)待。由于斷層破碎帶斷層泥較多，須對(duì)其采取混凝土塞進(jìn)行加固處理，混凝土塞的高度可取斷層破碎帶寬度的1.0倍～1.5倍。如F4斷層，其帶寬5m，混凝土塞的高度可取5m～7.5m。而且須將斷層面上的氧化物及風(fēng)化松散的巖石徹底清除，用高壓水沖刷斷層帶中的巖屑及泥沙，徹底清潔后用鑿毛鋼筋混凝土堵塞加固。

對(duì)寬度較大的斷層，如F4，必須進(jìn)行更加全面深入的加固處理。可采取混凝土拱加固處理的方法，考慮到其地質(zhì)組成性質(zhì)較差，可采取澆筑鋼筋混凝土墊層的措施進(jìn)一步進(jìn)行加固強(qiáng)化。防滲體與基巖結(jié)合部的斷層處，均應(yīng)按規(guī)范開(kāi)挖回填混凝土塞，以延長(zhǎng)滲徑。在斷層帶中，還應(yīng)設(shè)觀測(cè)孔，檢驗(yàn)灌漿質(zhì)量和觀測(cè)地下水動(dòng)態(tài)。

壩基軟弱夾層主要是壩基下面十余米的云母石英片巖軟弱夾層，其云母含量高，片理極為發(fā)育，較為軟弱。采用將夾層挖除，回填混凝土的明挖換基方法難以達(dá)到處理效果，須通過(guò)設(shè)置深齒、大型鋼筋混凝土抗滑樁或預(yù)應(yīng)力錨固等措施進(jìn)行加固，增加軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪能力，防止破壞和滑動(dòng)，提高壩基的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著近年來(lái)重力壩建設(shè)的不斷增多，加之水利工程建設(shè)不斷向中西部地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)推進(jìn)，重力壩地基穩(wěn)定性分析研究顯得更加重要和必須。對(duì)重力壩地基，特別是其地基穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究，找出壩基地質(zhì)的缺陷與問(wèn)題，從而采取科學(xué)的壩基開(kāi)挖、固結(jié)灌漿、軟弱巖層處理、防滲處理等工藝方法對(duì)地基的物理力學(xué)性能予以改善和加強(qiáng)，才能夠有效防止大壩事故發(fā)生，保證大壩及人民生命財(cái)產(chǎn)安全。陜西水利