新疆吉音水庫(kù)壩基巖石力學(xué)性質(zhì)及筑壩施工技術(shù)

王 波

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 檢測(cè)試驗(yàn)研究中心, 新疆 昌吉 831100)

1 工程概況

新疆吉音水庫(kù)位于新疆和田地區(qū)于田縣境內(nèi)的克里雅河干流上，壩址位于克里雅河支流烏什開布隆達(dá)里亞河與克里雅河干流吾格也克河交匯口上游800 m處，地理坐標(biāo)為E81°32′，N36°12′。工程區(qū)距于田縣城約120 km，其中縣城至昆侖渠首為柏油路長(zhǎng)60 km，昆侖渠首至工作區(qū)為簡(jiǎn)易砂礫石路面，長(zhǎng)60 km，常被風(fēng)沙堆積，工作條件差。

水庫(kù)總庫(kù)容0.83×108m3，控制灌溉面積4.715 3×104hm2[1]，攔河壩最大壩高125 m，電站裝機(jī)24 MW，年發(fā)電量1.09×108kW·h。

新疆吉音水利樞紐工程為Ⅱ等工程。建筑物級(jí)別：攔河壩、表孔溢洪洞、底孔泄洪、沖沙洞、發(fā)電引水洞進(jìn)口為2級(jí)，發(fā)電引水洞、發(fā)電廠房、尾水洞為3級(jí)，臨時(shí)性建筑物為4級(jí)。

2 壩基工程地質(zhì)

2.1 左岸趾板(樁號(hào)0-020～0+420 m)

樁號(hào)0-020～0+140 m段：該段方向66°，為山坡段，坡高約300 m，岸坡走向285°，自然坡度35°左右。地表基本為風(fēng)積粉土覆蓋，厚15～30 m，干密度1.24 g/cm3，結(jié)構(gòu)松散至中密，該粉土層具中等壓縮性、中～強(qiáng)的濕陷性；下伏基巖為中元古界灰綠色的斜長(zhǎng)角閃片巖(Pt2)，巖體以塊狀結(jié)構(gòu)為主，片理不明顯。該段無(wú)大的斷裂通過，發(fā)育4組裂隙：①310～320°SW∠40～60°，間距1～3 m，延伸長(zhǎng)3～10 m，傾向岸內(nèi)；②310～320°NE∠40～60°，間距1～3 m，延伸長(zhǎng)3～8 m，傾向岸外；③270～280°SW∠30～50°，間距1～3 m，延伸長(zhǎng)3～8 m，傾向岸內(nèi)；④0～10°SE∠50～75°，間距0.5～3 m，延伸長(zhǎng)1～3 m，傾向岸內(nèi)。與趾板方向夾角分別為70°，70°，20°，60°，其中③組裂隙與趾板夾角較小，在開挖時(shí)對(duì)趾板邊坡不利。該段基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚3～5 m，巖體較破碎；弱風(fēng)化巖體厚8～10 m，巖體較完整，可滿足趾板基礎(chǔ)要求。巖體透水率q≤3 Lu界限在基巖面以下20～25 m。該段趾板邊坡平緩，但粉土開挖厚度較大，一般20～30 m，基巖邊坡整體較穩(wěn)定，但由于裂隙的相互切割，存在一些小的塊體。

樁號(hào)0+140～0+420 m段：為Ⅲ級(jí)階地，階面高程2 470～2 450 m。該段覆蓋層分為兩層，表層為厚20～30 m的風(fēng)積粉土覆蓋，粉土層具中等壓縮性、中～強(qiáng)的濕陷性。中部為厚10～15 m的上更新統(tǒng)Ⅲ級(jí)階地沖積砂礫石層，干密度2.20 g/cm3，相對(duì)密度0.74，結(jié)構(gòu)密實(shí)，透水性k=3.0×10-3～8.8×10-2/cm/s，為中強(qiáng)透水。粉土作壩基礎(chǔ)需清除，砂礫石層可作為壩基礎(chǔ)，但需防滲處理。下伏基巖為灰綠色斜長(zhǎng)角閃片巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚3～5 m，風(fēng)化裂隙發(fā)育，呈碎裂結(jié)構(gòu)；弱風(fēng)化巖體厚10～15 m，巖體較完整，可滿足趾板基礎(chǔ)要求。壩基無(wú)大的斷層分布，主要發(fā)育2組裂隙：①30°～40°SE∠70°～80°，間距2～3 m，延伸長(zhǎng)3～10 m；②330°～340°SW∠70°～80°，間距1～3 m，延伸長(zhǎng)3～8 m，閉合無(wú)充填。巖體透水率小于3 Lu界限埋深在基巖以下15～25 m。

其中，在樁號(hào)0+220～0+340 m段下部分布有古河槽，古河槽內(nèi)為冰水沉積的下-中更新統(tǒng)含土砂礫石層，干密度2.15～2.28 g/cm3，相對(duì)密度0.81，結(jié)構(gòu)密實(shí)，透水率k=4.8×10-4/～2.2×10-3cm/s，為中等透水。據(jù)物探資料及壩址測(cè)繪，古河槽段有F13斷層通過，斷裂帶寬10～15 m，帶內(nèi)為碎裂巖及糜棱巖。

2.2 現(xiàn)代河床段(0+420～0+480 m)

現(xiàn)代河床深切，水面寬11 m，兩岸為高35～50 m的基巖陡坡，岸坡走向260°，左岸天然坡度60°～80°，右岸天然坡度45°左右?；鶐r巖性為斜長(zhǎng)角閃片巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚2～3 m，呈碎裂結(jié)構(gòu)；弱風(fēng)化巖體厚8～10 m，巖體較完整。河床中漂卵礫石層厚1 m左右，結(jié)構(gòu)松散。趾板線無(wú)大的斷層分布，主要發(fā)育2組裂隙：① 330°～340°SE∠70°～78°，間距2～3 m，延伸20～30 m；② 45°～75°SE∠60°～75°，岸坡較穩(wěn)定。巖體透水率小于3 Lu界限埋深在基巖以下10～20 m。

2.3 右岸趾板(0+480～0+710 m)

右岸趾板，平均走向300°，位于河谷斜坡溝梁相間地段，坡高200余m，岸坡走向70°～80°，岸坡自然坡度40°～45°。溝梁相間地段處，溝內(nèi)巖體較完整，梁處卸荷裂隙較發(fā)育，在樁號(hào)0+534、0+612點(diǎn)正上方分布有BT7及BT6兩個(gè)潛在不穩(wěn)定巖體。BT7上部至高程2 475 m，下部至高程2 465 m，垂直高度近10 m，順河長(zhǎng)15 m，總體積約5 000 m3。BT6上部至高程2 505 m，下部至高程2 385 m，垂直高度20 m，順河長(zhǎng)，總體積約1.5×104m3。該段地表大部分為厚3～15 m的粉土覆蓋。粉土下部基巖巖性為斜長(zhǎng)角閃片巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚3～5 m，呈碎塊狀；弱風(fēng)化巖體厚8～10 m，巖體較完整。壩基無(wú)大的斷層分布，主要發(fā)育3組裂隙：① 310°～330°SW∠30°～40°，延伸長(zhǎng)5～20 m，裂隙間距0.3～1 m，傾向坡外，傾下游；②320°～330°NE∠30°～60°， 延伸長(zhǎng)5～20 m，裂隙間距3～5 m，傾向坡內(nèi)，傾上游；③30°～50°SE∠40°～70°， 延伸長(zhǎng)5～15 m，裂隙間距3～5 m，傾向坡外，傾上游[2]。

壩基巖石物理力學(xué)性質(zhì)及主要礦物成分詳見表1、表2。

3 壩基開挖

3.1 左岸壩基開挖及處理措施

樁號(hào)0-020～0+140 m段壩基基礎(chǔ)清除粉土層及基巖強(qiáng)風(fēng)化層，趾板基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上，壩殼基礎(chǔ)需清除粉土層，局部邊坡需采取錨噴處理措施。

樁號(hào)0+140～0+420 m段趾板壩基基礎(chǔ)清除粉土層，砂礫石層可作為趾板基礎(chǔ)，砂礫石層須做好防滲處理；壩殼基礎(chǔ)需清除表部粉土層，砂礫石層可作為壩殼基礎(chǔ)。

樁號(hào)0+220～0+340 m段斷裂帶屬中、強(qiáng)透水巖體，其滲透變形屬管涌型，允許滲透比降0.1～0.12，該段基礎(chǔ)須對(duì)斷裂帶加強(qiáng)防滲處理。開挖邊坡粉土層臨時(shí)開挖邊坡1∶1.2～1∶1.5，永久邊坡1∶1.5～1∶1.75?；鶐r強(qiáng)風(fēng)化層1∶0.5，弱風(fēng)化層1∶0.3。

3.2 現(xiàn)代河床段壩基開挖

現(xiàn)代河床段壩基基礎(chǔ)清除砂礫石層及基巖強(qiáng)風(fēng)化層，將壩基基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上，壩殼基礎(chǔ)清除河床砂礫石層，將基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化層上。開挖邊坡強(qiáng)風(fēng)化層1∶0.5，弱風(fēng)化層1∶0.3，砂礫石層1∶1.5～1∶1.75。

3.3 右岸壩基開挖及處理措施

右岸壩基3組裂隙與趾板邊坡相互切割易形成小的塊體，施工宜不陡于傾坡外傾角。若陡于節(jié)理傾角，須采取錨噴處理措施。巖體透水率小于3 Lu界限在基巖面以下25～35 m。

壩基基礎(chǔ)開挖完成后，壩基和邊坡未發(fā)現(xiàn)樹根、草皮、洞穴、堆石、泉水、古墳等，風(fēng)化層剝離達(dá)到設(shè)計(jì)要求，大壩座落在弱風(fēng)化基巖上。邊坡無(wú)較大的洼坑、突起和反坡。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)合驗(yàn)收，一致認(rèn)為開挖后的壩基及邊坡符合設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量?jī)?yōu)良，滿足《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》(SL 49-2015)要求。

4 壩體填筑和碾壓

壩體填筑采用爆破料進(jìn)行填筑，填筑堆石料飽和抗壓強(qiáng)度不小于30 MPa，軟化系數(shù)不小于0.5，最大粒徑不能大于鋪筑層厚度的2/3，碾壓后相對(duì)密度不小于0.85，不符合設(shè)計(jì)要求的堆石料嚴(yán)禁上壩，確保工程施工質(zhì)量。

堆石壩的壓實(shí)是控制施工質(zhì)量的關(guān)鍵工序，由于筑壩石料的分散性，施工前必須按照《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》(SL 49-2015)要求進(jìn)行碾壓試驗(yàn)[3]，確定各種堆石料碾壓施工參數(shù)，并對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行復(fù)核。

本工程筑壩前，進(jìn)行了堆石料碾壓試驗(yàn)，包括不同鋪筑厚度、不同碾壓遍數(shù)、不同碾壓機(jī)械。根據(jù)碾壓試驗(yàn)采用有關(guān)參數(shù)如下:堆石料鋪筑厚度為0.8 m，采用YZT-22型振動(dòng)碾，碾壓6遍(不包括靜壓1遍)。

壩體填筑根據(jù)國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計(jì)要求及建設(shè)單位的規(guī)定，對(duì)以下項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)：填筑密度檢測(cè)25組，顆粒分析檢測(cè)23組，滲透檢測(cè)12組，匯總表詳見表3-表5。

表3 壩體填筑密度檢測(cè)匯總表

表4 填筑料顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果匯總表

續(xù)表4

表5 壩體填筑滲透試驗(yàn)結(jié)果匯總表

綜上所述，本單位試驗(yàn)室對(duì)新疆吉音水庫(kù)混凝土面板壩工程進(jìn)行了壩體填筑堆石料碾壓密度、顆粒級(jí)配、滲透等試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果均符合有關(guān)規(guī)范、設(shè)計(jì)技術(shù)(質(zhì)量)要求。

2016年8月，新疆吉音水庫(kù)壩體填筑通過對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)和施工資料的檢查驗(yàn)收，合同約定的工程建設(shè)內(nèi)容已全部完成，質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)良，按期完成建壩任務(wù)，資料完整、齊全，準(zhǔn)確無(wú)誤，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

1) 右岸趾板上部為溝梁相間地段，小梁處卸荷裂隙較發(fā)育并分布有BT6及BT7，其總方量約2×104m3，危及趾板安全，須結(jié)合清坡處理以及采取錨噴措施。

2) 趾板基礎(chǔ)需清除粉土層及基巖強(qiáng)風(fēng)化層，趾板基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上；壩殼基礎(chǔ)需清除表部風(fēng)積粉土層，基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化巖體上。粉土層臨時(shí)開挖邊坡1∶1.2～1∶1.5，永久邊坡1∶1.5～1∶1.75。基巖強(qiáng)風(fēng)化層1∶0.5，弱風(fēng)化層1∶0.3。

3) 混凝土面板堆石壩壩基開挖、壩體填筑過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)巖石物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，按照《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》(SL 264-2001)、《混凝土面板堆石壩施工技術(shù)規(guī)范》(SL 49-2015)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自檢和抽檢，各項(xiàng)指標(biāo)均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

4) 本文主要介紹壩基巖石力學(xué)特性，堆石壩的壓實(shí)是控制施工質(zhì)的關(guān)鍵工序，由于筑壩石料的分散性，施工前按照碾壓試驗(yàn)技術(shù)大綱進(jìn)行了碾壓試驗(yàn)，為工程施工提供了技術(shù)指標(biāo)[4]。