冶勒水電站壩基弱膠結卵礫石層的工程特性研究

魏星燦，劉思丁

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，成都 610072)

0 前言

冶勒水電站為南椏河流域水電梯級開發的龍頭水庫工程，壩址位于一斷陷盆地邊緣，盆地內地勢開闊平緩，四周高山環抱。

水庫正常蓄水位2 650 m，總庫容2.98億m3，調節庫容2.76億m3，最大設計壩高達125.5 m，壩型為瀝青混凝土心墻堆石壩［1］。壩址區鉆孔揭示覆蓋層最大厚度超過420 m。

1 卵礫石層空間分布

壩址區覆蓋層根據沉積韻律、巖性變化及工程地質特征，自下而上劃分為五大巖組:

1)第一巖組為厚層泥鈣質膠結卵礫石層構成，深埋谷底。

2)第二巖組系冰川堰塞堆積塊碎石土夾硬質黏土組成。

3)第三巖組為卵礫石層與粉質壤土互層，厚度46～154 m，卵礫石層粒度變化較小，含砂率較高，膠結較緊密，透水性較弱。

4)第四巖組為弱膠結卵礫石層，厚度65～85 m，以泥鈣質空隙式弱膠結為主，局部基地式鈣質膠結卵礫石層多呈層狀或透鏡狀分布。

5)第五巖組為冰水—河湖相沉積的粉質壤土層。據孢粉、14C 和熱釋光等測齡資料，卵礫石沉積時代距今約3.2萬年～4.0萬年。

壩軸線地層巖性及分組情況見圖1。

圖1 壩軸線地層巖性及分組示意圖

2 物理力學特性

主要包括物理性質和力學特性。

2.1 物理性質

根據顆分試驗成果繪制的第三、四巖組顆粒大小分布曲線，見圖2。

圖2 各巖組顆分曲線(平均線)

累積曲線基本上呈含砂率少的低緩坡型，顆粒主要為粗、細粒土兩大類，其中，粗粒以礫石為主，含量占43%～63%，不均勻系數178.57～828.6［2］。據物性試驗，土類比重為2.77～2.83，干密度為1.94～2.24 g/cm3，孔隙比0.26～0.31，具有較大的干密度和較小的空隙比，屬密實土層。

壩址區各巖組的含水性和透水性具有不均一性，經對第三、四巖組進行20 組現場試驗，見表1，其弱膠結卵礫石層滲透系數K=5.0 ×10－3～4.32 ×10－4cm/s，屬弱透水層［3］。

表1 弱膠結卵礫石層透水特性表

2.2 力學特性

力學特性包括載荷試驗、抗剪強度試驗、抗滲透強度試驗。

2.2.1 載荷試驗

弱膠結卵礫石層水平向和垂直向共計完成10組現場荷載試驗，載荷試驗P～S 關系曲線中未出現明顯轉折點，第三巖組弱膠結卵礫石層進行水平載荷試驗過程中，當最大荷載加至3.6 MPa時，其沉降量僅2.68 mm，且土體仍無破壞跡象，從載荷～沉降量關系曲線上看仍處于正常壓密直線段。

第四巖組弱膠卵礫石層試驗過程中，當水平向荷載加至1.1 MPa時，沉降量僅3.08 mm;垂直向荷載加至1.5 MPa時，相應的沉降量僅為4.01 mm。

2.2.2 抗剪強度試驗

據第三巖組內的粉質壤土壓縮試驗，其先期固結壓力為4.5 MPa，反映了土層具有超壓密特性。現場大剪試驗成果及室內三軸試驗成果，見表3。弱膠結卵礫石層摩擦角φ 介于38.23°～42.96°，凝聚力C 值均＞0.1 MPa，抗剪強度均高于現代河床卵礫石層，超固結壓密特征顯著。

表2 弱膠結卵礫石層變形參數及承載力

2.2.3 抗滲透強度試驗

深厚不均一覆蓋層上建高壩，對壩基土體的承載力和抗剪強度要求高，據12 組現場原位滲透變形試驗成果，見表4。

具有泥鈣質膠結特征的卵礫石層的抗滲強度高，第四巖組卵礫石破壞比降為5.73 以上，第三巖組卵礫石破壞比降為6.4 以上［4－6］。

滲透變形試驗顯示出弱膠結卵礫石層有較高的抗滲穩定能力，其平行層面的臨界比降Jcr=1.1～1.39，遠高出一般卵礫石層Jcr=0.15～0.20，破壞比降達到了5.73～16.69。

表3 卵礫石土體抗剪指標試驗成果表

表4 現場滲透變形試驗成果表

3 結語

主要有2個方面:

1)弱膠結超固結卵礫石層變形模量高、壓縮模量高、壓縮系數低、承載能力高的力學特性，大壩多年監測資料和“5.12”汶川地震監測資料顯示，壩基未出現沉降量大和不均一沉降等變形問題。

2)弱膠結卵礫石層的滲透系數小、抗滲能力強，其臨界比降和破壞比降遠高于一般卵礫石層，大壩歷經多年高水位運行，其滲漏量和滲透坡降均小于允許值，未出現滲透變形破壞現象。

［1］成都勘測設計研究院.四川南椏河冶勒水電站初步設計報告［R］.成都:成都勘測設計研究院，1991.

［2］夏萬洪，魏星燦，杜明祝.冶勒水電站壩基超深厚覆蓋層Q3 的工程地質特性及主要工程地質問題研究［J］.水電站設計，2009，25(02):81－86.

［3］中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T5355—2006 水電水利工程土工試驗規程［S］.北京:中國電力出版社，2007.

［4］蔣曉明，蘇旭燕，樊天龍.冶勒水電站壩基深覆蓋層帷幕灌漿試驗［J］.四川水力發電，1998，17(02):36－40.

［5］阿爾欣·斯拉木江，楊曉軍.膠結砂卵礫石在壩體工程中的作用［J］.陜西水利，2012(04):65－66.

［6］韓秀.巴仁水庫大壩除險加固措施剖析［J］.黑龍江水利科技，2013，41(04):89－92.