官地水電站壩基巖體可灌性初析

余曉華

官地水電站壩基巖體可灌性初析

余曉華

（水電水利規劃設計總院水電工程質量監督總站，北京 100120）

扼要介紹了官地水電站壩區的主要工程地質情況及被灌區工程地質特征，并對灌漿試驗成果進行了簡單的分析，分析認為試區巖體在巖性、巖類、構造形式上具有較好的代表性，灌后各級巖體的聲波波速（Vp）、完整性系數（Kv）、變形模量（E0）及防滲透性能均有不同程度的提高。對于構造帶而言提高的幅度較大，但改善后巖體完整程度基本還是處于較破碎狀態，仍需要根據基礎開挖情況，進行生產性的灌漿試驗。但本次試驗對今后的設計、施工仍具有一定的指導意義。

壩基；可灌性；工程地質

1　工程概況

官地水電站是雅礱江卡拉至江口河段水電規劃五級開發方式的第三個梯級電站。工程樞紐區位于四川省涼山彝族自治州西昌市與鹽源縣接壤地帶，距西昌市直線距離約60km，有四級公路相連，對外交通較為方便。電站正常蓄水位1330m，水庫回水長58km，總庫容約7.83億m3，采用碾壓混凝土重力壩壩型，壩頂高程1334m，最大壩高168m，采用右岸地下式廠房，裝機容量4×600MW。

2　壩區基本地質條件

2.1地形地貌

官地水電站壩址區河道由上游至下游從S75°E逐漸變為EW向，壩址區屬高山峽谷地形，河谷呈基本對稱的“V”型，臨江坡高大于700m，谷坡較陡峻。左岸谷坡地形陡峻，坡度40°～45°，局部段達50°～55°，基巖裸露，巖石堅硬。右壩肩地形坡度一般35°～45°，局部段55°。

2.2地層巖性

大壩灌漿區涉及的地層主要為二疊系上統玄武巖、角礫集塊熔巖（P2β15-2）組成，表層第四紀覆蓋層分布較為廣泛。現由老至新分述于下：

1）玄武巖組:壩址區出露地層主要為二疊系上統玄武巖組下段第五層第二小層（P2β15-2），中～厚層狀角礫集塊熔巖，灰綠色，堅硬，角礫集塊結構，塊狀構造。集塊一般10～15cm，大者可達25cm；角礫一般2～6cm。角礫集塊成分為斑狀玄武巖、含斑玄武巖，次圓狀為主。厚層狀，巖性較均一，巖體完整性好。壩軸線在Ⅶ線附近，軸線方向N12°E，右岸在基礎高程1 290m以N13°W方向折轉與電站進水口相連。壩頂高程1334m，河床壩基建基面最低高程1 166m，最大壩高168m，壩長465m，壩底寬153.2m，壩頂寬20m。壩型為輾壓混凝土重力壩，分為左岸擋水壩段、溢流壩段、右岸擋水壩段。壩基巖性較均一，巖質堅硬，巖體較完整。斷裂以陡傾角為主，巖層走向N10°～20°W/SW∠70°～80°。壩基工程地質條件是良好的。

2）覆蓋層（Q4）:第四系覆蓋層主要為現代河床沖積物以及分布于兩岸谷坡的崩坡積，坡殘積、少量沖溝內的洪積物，兩岸的Ⅰ～Ⅴ階地堆積物零星分布。河床覆蓋層厚1.0～35.8m。縱向上厚度較穩定，橫向上以河床左側最厚，向兩岸逐漸減薄。組成物質為卵礫石夾砂層，含少量漂石，局部為粉細砂層，結構較緊密，卵礫石磨圓度好，成份基本上為遠源物質，如花崗巖、大理巖等，縱向上基本連續，橫向上局部分布。岸坡覆蓋層，主要為崩坡積及殘坡積塊碎石土，分布比較廣泛，厚度不大，一般厚5～10m。

2.3地質構造

樞紐區地處礦山梁子斷裂與小高山斷裂所夾持的打羅地質塊體之上，其內部為向西陡傾（總體產狀為近SN/W∠75°～85°）的單斜構造。地層傾向右岸，產狀N10°～20°W/SW∠70°～80°。樞紐區經過多次構造運動，發育有斷層及大量的錯動帶，裂隙亦十分發育。其中與壩基密切相關的規模較大的有F2、F5、F8等。斷層破碎帶寬度多大于1m，延伸長度一般大于500m，多由片狀巖、壓碎巖、角礫巖及石英脈組成，個別由節理密集帶組成，頂底面或內部多有連續的糜棱巖及斷層泥條帶；裂隙多張開并充填鈣膜、巖屑及少量泥。

根據結構面規模及構造作用強度將其分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級，見表1。這些玄武巖的斷層、錯動帶及緩傾軟弱結構面對大壩壩基的抗滑穩定和變形穩定起著重要影響。

2.4巖體透水性

河床壩基基巖以弱透水為主，局部含微透水透鏡體，淺表部為中等透水，弱偏上透水帶底板埋深90～120m，高程1 105～1 075m，距建基面深61～91m，面起伏很大，其下的弱偏下透水帶中含2條長約25m、厚10m的微透水帶透鏡體，不能構成穩定的相對隔水層。岸坡淺部為中等～強透水，深部主要為弱透水，左岸弱偏上透水帶底板水平埋深在1 200m高程以上大于265m，右岸1 200～1 330m高程相應埋深為220～320m；兩岸弱偏下透水帶底板均很深，亦無穩定的相對隔水層。由此可見，河床及兩岸均無q≤1Lu的穩定的相對隔水層；兩岸壩肩地下水位低平，水位埋深大，兩岸壩頂處與水庫正常蓄水位等高的枯期地下水面水平埋深均較大，約390～400m；河床右側上部承壓水埋深淺，且與右岸竹子壩溝水有聯系。據此特點，鑒于壩體的規模并綜合考慮壩基巖體的透水性，有必要采取有效的防滲處理措施。

2.5巖體風化卸荷

壩區主要為堅硬的玄武巖，玄武巖自身抗風化能力較強，風化作用主要沿節理裂隙、構造錯動帶及斷層擴展，以裂隙式風化或夾層狀風化為主要特點，在淺部如有斷層發育或裂隙密集帶，風化作用強烈，多呈全～強風化。風化作用在空間上很不均一，但總體而言，由表及里，巖體風化由強變弱，風化夾層出現的機率減小。由于河谷下切，使岸坡向河流臨空方向產生卸荷。根據某電站壩區勘探資料、灌漿試驗鉆孔及物探資料表明，巖體風化卸荷較強。總體而言，岸坡全強風化水平深度12～50m，弱風化20～90m。強卸荷深度一般7～35m；弱卸荷深度一般15～80m。

表1　壩址區結構面分級表

3　被灌區工程地質特征

表2　兩試區巖體力學及滲透性指標改善情況表

官地水電站規模巨大，大壩對壩基及兩岸巖體質量要求較高，大壩建基面在中高程以下全部置于微風化～新鮮巖體，中上部高程部分利用了弱風化下段巖體。盡管壩區玄武巖為堅硬巖類，強度高，但受構造及風化卸荷作用，巖體的完整性受到不同程度的破壞，形成巖體質量的差異，尤其是錯動帶、F8斷層及影響帶等的工程地質性質較差，其承載強度、變形模量和抗滲特性關系到大壩的安全，需要對其進行處理。結合左右壩肩巖體的分布、壩區基本地質條件及設計要求，同時考慮施工方便及雨季安全，經現場實地考察與研究，確定在左岸壩基范圍的2#號壩段1 350～1 357.27m高程和右岸23#壩段1 288m高程選擇了兩個具有代表性的灌漿試區。①左岸試驗區位于左壩肩2#號壩段1 350～1 357.27m高程的自然邊坡，由管架搭設構成施工平臺。主要灌漿對象是裂隙發育的Ⅲ3、弱上卸荷Ⅳ類巖體及F8斷層構造帶。②右岸試驗區位于右壩肩壩軸線下游側23#壩段，施工平臺高程為1 288m。主要灌漿對象是弱卸荷Ⅲ3、Ⅱ類巖體。

表3　兩試區巖體力學及滲透性指標改善情況表

4　灌漿試驗成果初析

兩試區巖體力學及滲透性指標改善情況見表2，兩試區巖體力學及滲透性指標改善情況見表3。兩試區單位注灰量（c）及透水率（q）隨次序遞減曲線見圖4。

從表2數據可以看出構造帶提高的幅度較大，但改善后的效果還不是很明顯，巖體完整程度基本還是處于較破碎狀態，對于是否由于受夾泥影響還需要做進一步的探明。而對Ⅳ類巖體、Ⅲ3類巖體灌漿后都起到一個靠近上一級的完整程度級別，但幅度不是很大。從波速成果分析表明，灌漿對巖體完整性仍具有一定的改善作用。可以看出灌后巖體的整體波速還是有了一定幅度的提高，灌后巖體的均一性也得到一定的改善，巖體的類別呈現向級別高的發展。表明了試區巖體中大部分裂隙面已被漿液充填，對碎裂巖體起到了重新膠結作用，使得巖體的完整性與均一性得到較大程度的改善，說明了灌漿能改善節理裂縫、斷層（斷層影響帶）、剛性結構面及部分軟弱夾層的性狀，提高巖體的聲波值。對左右岸的變形模量分析可以看出：兩岸試區綜合表現為巖體灌漿孔灌漿后Ⅱ類巖體孔內變形模量由灌前的13.1GPa提高到灌后的14.98GPa，提高幅度達14.4%；Ⅲ3類巖體由灌前的10.37GPa提高到灌后的12.92GPa，提高幅度17%；Ⅳ類巖體由灌前的5.17GPa提高到灌后的7.15GPa，提高幅度38.3%；構造帶（F8斷層）巖體孔內變形模量由灌前的無法測試提高到灌后的2.38GPa。灌漿處理后左右岸的Ⅱ、Ⅲ類巖體變形模量提高率基本一致，變化幅度在14.4%～19.60%，而對于Ⅳ類巖體變形模量提高明顯，提高率近于40%。經過灌漿加固處理后，各試區各級巖體的變形模量均有不同程度的提高，并且巖體越破碎、巖級越低，其變形模量值提高幅度越大。表明了利用適宜的灌漿技術加固巖體并改善巖體質量從方案上講是可行的。灌漿試驗成果表明，Ⅱ、Ⅲ3類巖體的波速提高不明顯，變形模量提高幅度稍大，巖體質量提高幅度有限，Ⅳ類和F8斷層帶的巖體完整性、均一性、強度均有明顯的改善與提高。各級巖體灌后的透水率均能滿足設計要求。

兩試區單位注灰量（c）及透水率（q）隨次序遞減曲線圖

從表3及圖可以看出，兩試區巖體力學及滲透性指標改善情況說明隨著灌漿次序的增進，巖體逐漸被灌注密實，地層的均一性得到明顯改善。單位注灰量均呈現Ⅱ序孔較之Ⅰ序孔遞減明顯，但Ⅱ序孔仍存在一定的吃漿量，說明上述貫通性較好的拉裂縫、節理裂隙或斷層破碎帶，在Ⅰ序孔灌漿完成后，便充填了一定的水泥且延伸較遠，隨灌漿次序的增進，對連通性較差，延伸較短的拉裂縫、節理裂隙和斷層破碎帶得到進一步灌注，從而使不同巖體結構（面）得到應有的改善，灌漿效果顯著。根據兩試區鉆孔中水泥結石的不同埋深段的充填統計水泥結石及水泥膜主要充填在陡中節理裂隙中。因此表明節理裂縫、層間、層內錯動帶、剛性結構面、部分軟弱結構面及斷層影響帶為主要的吃灰結構面。從表3還可以明顯看出左岸檢查孔的透水率也由先導孔的弱透水～中等透水提高到弱透水～微透水狀態。灌漿后的巖體基本處于弱透水～微透水狀態。由此表明隨著灌漿次序的增加，左試區巖體的滲透條件也隨之逐步改善。右岸巖體的完整性較好，且灌漿前的巖體的透水性相對左岸較好，隨著灌漿次序的增加，右試區巖體的滲透條件也隨之逐步改善。

5　結論

1）兩個試區巖體在巖性、巖類、構造形式上具有較好的代表性。

2）兩個試區灌后各級巖體的聲波波速（Vp）、完整性系數（Kv）、變形模量（E0）均有不同程度的提高。對于構造帶而言提高的幅度較大，但改善后巖體完整程度基本還是處于較破碎狀態，改善效果不明顯。

3）兩試區巖體灌后的防滲透性能得到明顯提高，巖體的透水性達到或接近相對不透水狀態。

4）對于斷層夾泥、錯動帶夾泥型、節理卸荷夾泥等獨特地質現象，灌漿效果還有待進一步確定。

5）此次試驗條件與壩基巖體灌漿施工在應力條件、邊界條件、蓋重條件方面尚存在著一定的差異，但本次灌漿試驗巖體改善的效果總體比較明顯，對今后的設計、施工具有重要的指導意義。上述壩基巖體可灌性初步分析的結論，在后續的壩基巖體開挖和灌漿工作過程中也得到了進一步論證。

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Analysis of Groutability in the Dam Foundation Rock Mass of the Guandi Hydropower Station

YU Xiao-hua
（Water and Electricity Engineering Quality Supervision Station， Water Resources and Hydropower Planning and Design General Institute， Beijing 100120）

This paper deals with engineering geological features of the Guandi Hydropower Station dam and grouting test results. The study indicates that test rock mass is representative of lithology and structure. The acoustic wave velocity （Vp）， intactness index （Kv）， deformation modulus （E0） and permeability of the grouted rock mass are enhanced .

dam foundation； groutability； engineering geology； hydropower station； Guandi

中國辦好類號：［P642.3］A

1006-0995（2015）04-0601-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.029

2015-09-29

余曉華（1962-），女，四川成都人，高級工程師，主要從事水電水利工程地質勘察和管理工作