黑河金盆水利樞紐大壩地基穩定性淺析

黃 兵

（漢中市灌溉試驗站 陜西 漢中 723002）

1 黑河金盆水利樞紐地質概況

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，是一項以西安城市供水為主，兼顧灌溉，結合發電、防洪等綜合利用的大型水源工程。該工程設計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404m，設計正常蓄水位594m，總庫容18872萬 m3。

大壩壩址區位于西駱嶺—田峪北斜南翼，傾向上游，傾角30°～40°。據統計，區內有81條斷層，大多屬層間錯動擠壓形成的逆斷層，斷層破碎帶寬度一般0.2m～5m，大者可達到10m～20m，主要為泥質角礫及碎巖組成。節理裂隙主要有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，均為滲漏通道。防滲體與基巖結合部的斷層有 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組成。壩肩基巖以云母石英片巖為主，厚度達100m～122m，占基巖62.5%～73.9%，其余為綠泥石片巖、鈣質石英巖、巖脈及構造巖等。其中壩基下十余米的云母石英片巖云母含量高，片理極為發育，較為軟弱。

2 工程地質情況評價

工程地質條件是影響重力壩地基穩定性的重要因素，由于受地質構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，需要進行人工加固處理。為保證采取的加固處理措施科學規范，必須對壩體建設區域的環境地質情況進行深入調查，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。經調查分析，其壩址建設區域的工程地質情況主要存在以下問題可能影響大壩的安全穩定性：

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

（2）大壩壩址區內有80余條層間錯動擠壓形成的逆斷層，斷層破碎帶最大寬度達10m～20m，易發生地基沉陷、斷裂等問題。加之逆斷層主要為泥質角礫及碎巖組成，承載強度和穩定性較差，安全問題突出，施工難度較大。

（3）大壩壩址區存在節理裂隙，并有緩傾角裂隙，可能構成不利組合的楔形塊體，從而對大壩深層抗滑穩定產生不利影響。

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

（5）壩基組成性質較差。壩址基巖主要由片巖類組成，壩肩基巖以云母、石英片巖為主，厚度達100m～122m，占基巖62.5%～73.9%，其余為綠泥石片巖、鈣質石英巖、巖脈及構造巖等。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，片理極為發育，較為軟弱，巖土承載能力差。

3 工程處理措施

地基的質量是大壩安全可靠的根本保證，由于地質缺陷與問題的存在，必須根據不同地質條件、工程具體情況采取科學合理的措施和技術手段，改善和提高壩基的穩定性，使其具有足夠的強度、整體性、抗滲性及穩定性，保障工程施工過程中和使用中的安全。針對本工程實際，建議在施工過程中采取以下處理措施意見：

3.1 壩基開挖與清理

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，穩定性要求比較高。按照《混凝土重力壩設計規范》的要求，大壩基礎應挖至新鮮或微風化的巖體，才能保證壩基的承載壓力和穩定性要求。由于工程地質存在滲水通道、斷裂層夾層等情況，開挖的同時必須做好排水工作，并要合理安排施工的程序，科學組織出渣運輸，正確地選擇開挖方法和技術，以防止滲水引發其他事故發生。

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，壩基開挖的形狀宜開挖成大臺階狀，略向上游傾斜，以保證壩基的穩定。對壩基下的卵石層、淺層溶洞斷層破碎帶及互狀溶洞區，必須盡量予以挖除，不留破損和軟弱巖土，以保證開挖面的堅硬、完整，并達到設計要求。根據本工程實際，建議挖除砂卵石覆蓋層及強風化巖石的深度要在10m～20m，不留滲流通道。由于地基下有片巖，挖至片巖時，應留0.2m～0.3m的保護層，待澆筑混凝土前再挖除，防止施工中片巖坍塌。

由于節理和軟弱夾層的存在，開挖爆破須采取相應保護措施，避免造成新的裂隙或擴大裂隙。保護層分層開挖挖至第二層時，炮孔設在不穿入建基面以上0.7m的范圍。當開挖至距離利用基巖面0.5m～1.0m時，應采取手風鉆鉆孔，小藥量爆破，以防止對建基面的損壞。

3.2 固結灌漿和帷幕灌漿

本工程的壩基地質條件較差而壩體較高，應采取壩基全面固結灌漿的方法，在壩基以外上、下游一定范圍內都進行固結灌漿；對斷層破碎帶及其兩側影響帶，適當加強固結灌漿；基礎下埋藏的溶洞等，除必要的部位進行回填處理外，也應對其頂部及周圍巖石回填固結灌漿，這樣才能盡量降低地質缺陷的影響，全面提高壩基的整體性和彈性模量，全面提高基巖的抗壓、抗剪強度，降低壩基的透水性。

由于地質條件較差，固結灌漿設計須注意：鉆孔灌漿次序宜采用三序孔施工；對大裂隙、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。對緩傾角層面發育的基巖，灌漿壓力應進行現場試驗確定。為保證灌漿質量，須在灌漿結束后采取多種方式對灌漿的質量進行認真檢查。由于壩基地質條件特殊，存在斷層、破碎帶等，采用普通的水泥漿液灌漿難以達到工程要求，可采用化學灌漿，即灌注以環氧樹脂、聚氨酯、甲凝類等高分子材料為基礎制成的漿液，輔助加強灌漿效果，提高灌漿質量。

為進一步提高壩基的整體性和穩定性，可對壩基進行帷幕灌漿。帷幕灌漿可布置在壩基的迎水面，設置在壩體灌漿廊道下的基礎內，形成一道連續而傾斜的幕墻。

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量多、寬度大，主要為泥質角礫及碎巖組成，破壞性強，需要認真處理和對待。由于斷層破碎帶斷層泥較多，須對其采取混凝土塞進行加固處理，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。

對寬度較大的斷層，如F4，必須進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，考慮到其地質組成性質較差，可采取澆筑鋼筋混凝土墊層的措施進一步進行加固強化。防滲體與基巖結合部的斷層處，均應按規范開挖回填混凝土塞，以延長滲徑。在斷層帶中，還應設觀測孔，檢驗灌漿質量和觀測地下水動態。

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到處理效果，須通過設置深齒、大型鋼筋混凝土抗滑樁或預應力錨固等措施進行加固，增加軟弱結構面抗剪能力，防止破壞和滑動，提高壩基的穩定性。

4 結語

隨著近年來重力壩建設的不斷增多，加之水利工程建設不斷向中西部地質復雜地區推進，重力壩地基穩定性分析研究顯得更加重要和必須。對重力壩地基，特別是其地基穩定性進行分析研究，找出壩基地質的缺陷與問題，從而采取科學的壩基開挖、固結灌漿、軟弱巖層處理、防滲處理等工藝方法對地基的物理力學性能予以改善和加強，才能夠有效防止大壩事故發生，保證大壩及人民生命財產安全。陜西水利