“分區、分層”勘察評價方法在高堆石壩心墻料勘察中的應用

吳章雷，胡秋爽

（中國電建集團成都勘察設計研究院有限公司，四川成都 610072）

“分區、分層”勘察評價方法在高堆石壩心墻料勘察中的應用

吳章雷，胡秋爽

（中國電建集團成都勘察設計研究院有限公司，四川成都 610072）

對300 m量級的高堆石壩，心墻填筑需要大量的土料，心墻質量的優劣將決定大壩的安危，因此，對心墻材料的勘察評價尤為重要。本文以兩河口水電站為例，對高堆石壩心墻材料工程地質勘察進行了探討。在心墻筑壩材料工程地質勘察方面做了大量的工作，總結和提出了“分區、分層”勘察評價的方法，并在工程實踐中應用。

勘察評價；高堆石壩；心墻料；兩河口水電站

0 前 言

隨著水電開發西移，目前正在開工或即將開工建設的水電主要集中在西部的大渡河、雅礱江及金沙江上。區域上位于青藏高原到四川盆地過渡的斜坡地帶上，這一地區區域地質背景復雜，谷坡陡峻，河谷深切，滑坡、泥石流、傾倒變形體等不良物理地質現象發育。上述地區交通不便，主要為縣、村級公路，物資運輸困難。因此，修建水電不僅要面對復雜的工程地質問題，還要面對困難的交通條件。

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內的雅礱江干流上，壩址距雅江縣城約25 km，距成都約500 km。兩河口水電站是雅礱江中下游的控制性水庫電站工程，對整個雅礱江梯級電站的開發影響巨大。電站采用壩式開發，最大壩高295 m。水庫總庫容約110億m3，水庫消落深度為80 m，調節庫容65.6億m3，具有多年調節能力；電站裝機容量3 000 MW，多年平均發電量110億kW·h。攔河大壩為直心墻堆石壩，大壩壩剖面為中央直立心墻布置形式，心墻兩側為反濾層，反濾層以外為過渡層及堆石體壩殼。上、下游壩坡坡度分別為1∶2.0、1∶1.9。礫石土心墻堆石壩防滲心墻頂寬為6.00 m，河床心墻底基座順河向寬度為124.00 m；心墻上、下游坡均為1∶0.2，心墻與兩岸壩肩接觸部位的岸坡基巖表面設厚度為1m的混凝土蓋板（見圖1）。

圖1 兩河口水電站攔河大壩直心墻堆石壩典型剖示意（1∶2000）

攔河大壩礫質土心墻堆石壩需防滲土料約430萬m3，預可及可研階段對壩址上、下游白孜、腳泥堡、西地、瓜里、普巴絨等13個土料場進行了勘察。壩址上、下游分布的土料場有以下特點：

（1）土料場主要分布在雅礱江沿岸較為寬緩的Ⅲ、Ⅳ級階地上；

（2）由于雅礱江沿岸河谷谷坡陡峻，因此沿岸少有的寬緩的平臺既是土料場分布的地方也是當地耕地及居民集中的地方，移民搬遷難度大；

（3）土料場分布分散，距壩址1～40 km范圍內均有分布，單個土料場儲量不大，需幾個土料場才能滿足儲量要求；

（4）各土料場或相同土料場內土料質量不均一，粒徑變化較大，物理力學指標差異較大；

（5）土料場的成因以沖、洪積為主，個別為殘積土，各土料后期均遭受過坡面及淺溝內小規模泥石流的改造。

1 工程實例

針對兩河口土料場特點，采取怎樣的勘察評價方法以便查明土料的儲量及質量，是工程地質勘察工作的難點和重點。經過兩河口水電站土料場大量的勘察試驗工作，不斷的探索、總結，提出了“分區、分層”的勘察評價方法，以解決對土料需求量大，料場產地分散及成因復雜等問題。該方法的具體描述是：“分區”是指在地表測繪中根據土料的粒徑、厚度、顏色等并結合室內顆分實驗，把不同性狀的土料劃為不同的區，并編號在工程地質平面圖上表示出來；“分層”是根據勘探揭示資料，把不同性狀的土料在剖面上區分出來，并編號在工程地質剖面圖上表示出來；根據“分區、分層”及試驗情況，并結合工程對土料的質量和儲量等進行綜合評價的方法。下面以亞中土料場為例，具體論述“分區、分層”的勘察評價方法在實踐中的應用。

亞中土料場位于壩址上游22 km的雅礱江左岸，料場分布高程2 680～2 790 m，順河長約1 200 m，垂河寬約500m，面積約22.8萬m2，地形坡度5～10°，為Ⅱ～Ⅳ階地，地形完整性差，被數條沖溝切割，從上游到下游共計發育5條沖溝。

1.1 平面分區

地質測繪表明，亞中土料在地表及天然露頭上，土料的顏色和粒徑極不均一。料場的成因主要為階地堆積的沖洪積物，但由于料場內沖溝發育，料場后緣地形坡度較陡，后期坡面及沖溝內小規模泥石流與階地上沖洪積物混雜，導致土料不均一，在顏色或粒徑方面變化均較大。根據工程特點及需要，把亞中土料場分為A、B、C、D四個區，并分別建立了三維地質模型以輔助勘察（見圖2、表1）。

圖2 亞中料場三維建模平面分區示意

表1 亞中土料場物理實驗成果

A、B、C區為Ⅲ～Ⅳ階地，D區為Ⅱ級階地。A區位于3號沖溝上游，面積7.1萬m2，土料的顏色為褐黃～褐紅色，A區小于5 mm顆粒含量平均為95.06%，小于0.075 mm細粒含量80.36%，黏粒含量平均為24.45%，土料偏細。

B區位于3號沖溝與5號沖溝之間，面積3.2萬m2，土料的顏色為褐黃～褐灰色，小于5 mm粒徑含量平均為51.34%，小于0.075 mm細粒含量30.29%，黏粒含量平均為10.36%，土料顆粒較粗。

C區位于5號沖溝下游，面積9萬m2，土料的顏色為灰～淺灰色，土料顆粒介于A區與B區之間，C區小于5 mm粒徑含量平均為61.28%，小于0.075 mm細粒含量37.9%，黏粒含量平均為13.15%。

D區位于A、B、C區下部為Ⅱ級階地，面積3.59萬m2，顏色為灰～淺灰色，土料厚度較薄，小于5 mm粒徑含量平均為66.10%，小于0.075 mm細粒含量43.39%，黏粒含量平均為12.98%。

1.2 剖面分層

亞中土料場的勘探按25 m×65 m的間距呈網格狀布置，共完成勘探淺井76個，深度678.25m，鉆孔62個，總進尺659.16 m。根據勘探揭示情況，亞中土料場在剖面上分為①、②、③層。①層為表層耕殖土，厚0.3～0.4 m，植物根系發育。②層A區厚2.2～20.4 m，以細顆粒為主，為沙壤土～壤土（見圖3）；B區厚1.4～14.4 m，為塊碎石土；C區厚2.8～17.1 m，為碎礫石土；D區厚1.3～5.4 m，為碎礫石土。③層為砂卵礫石層。

1.3 分區、分層”評價

亞中土料場的物理力學試驗按“分區、分層”取樣，試驗成果見表2。用平行斷面法及三維建模等計算方法，對各區儲量進行計算，結果見表3。

圖3 B、C區土料三維建模分層示意

表2 防滲土料室內（修正普氏）力學性試驗成果

表3 亞中防滲土料場計算

亞中土料A區：①層為根植土，植物根系發育，不滿足規范要求，為剝離層；②層地質儲量57萬m2，物理力學試驗表明：A區小于5 mm顆粒含量平均為95.06%，以細粒土為主，凝聚力C值為10.0 kPa，摩擦角φ值為13.0°，抗剪能力較低。滲透系數k為2.07×10-7cm／s，破壞比降if值大于15，滿足規程對抗滲要求，但力學性指標較低，難以滿足高壩要求，需摻礫改性，方可使用；③層砂卵礫石層，防滲性能差，不滿足規范要求，為無用層。

B、C區：①層為根植土，植物根系發育，不滿足規范要求，為剝離層；②層地質儲量83.6萬m2，物理力學試驗表明；小于5 mm顆粒含量平均為51.34%～61.28%，凝聚力C值為55.0～60 kPa，摩擦角φ值為29.9°～31.0°，抗剪能力較高。滲透系數k為6.53× 10-7～6.36×10-6cm／s，破壞比降if值8.35～13.66，滿足規程對抗滲及強度等指標要求，有直接利用的可能；③層砂卵礫石層，防滲性能差，不滿足規范要求，為無用層。

D區：①層為根植土，植物根系發育，不滿足規范要求，為剝離層；②層地質儲量11.5萬m2，A區小于5 mm顆粒含量平均為66.1%，凝聚力C值為75 kPa，摩擦角φ值為34.5°，抗剪能力較高，滲透系數k為6.13×10-5cm／s，破壞比降if值7.78，③層砂卵礫石層，防滲性能差，不滿足規范要求，為無用層。D區抗滲及強度基本滿足規程要求，但儲量小，有用層厚度薄，不利于機械作業，為無用區。

2 結 語

“分區、分層”勘察評價方法是在兩河口水電站堆石壩心墻防滲土料的勘察中總結提出，并在實際工程中運用，通過工程應用有以下幾點認識：

（1）“分區、分層”勘察評價方法適用于西部高山峽谷、地質條件復雜地區進行的工程地質勘察評價工作；

（2）“分區、分層”勘察評價方法是一種精細化的勘察方法，通過實際工程運用，能較客觀準確地反應勘察對象的特性，從而對勘察對象的利用及改造具有較強的針對性；

（3）“分區、分層”勘察評價方法為我們對地質體的探索和認識提供了一種思路和方法。

［1]張倬元，王士天，王蘭生.工程地質分析原理［M］.地質出版社，1994.

［2]陳仲頤，周景星，王洪瑾.土力學［M］.清華大學出版社，1994.

［5]楊英華.土力學［M］.地質出版社，1986.

表2 地質災害危險性分級

（2）系統理論及其分析方法，把研究區工程地質環境作為一個開放、動態的整體進行系統分析與綜合評價是其理論的基本思路，采用綜合評判與聚類分析的方法論證其工程場地的安全性及改造場地的經濟合理性。

（3）模糊數學評判模型，影響地質災害的因素是多方面的，工程地質和環境地質學家一般選擇若干個對某地區較敏感的定性或定量指標進行綜合評判，其中不少定性指標具有模糊性或不確定性。

（4）敏感因子分析法，在人類活動與地質災害這一矛盾關系中，最先受到人類活動影響的是質量最差或者對人類活動比較敏感的那些因素，從而誘發地質災害。對地質災害發生和發展具有決定性制約作用的環境因子叫敏感因子；對地質災害的發生及發展具有重要影響作用的環境因子叫重要因子；對地質災害的發生及發展只具有一般性影響對其只具極小影響的環境因子叫一般因子。通過分析區域敏感因子，進行災害危險性評價。

綜上所述，地質災害危險性評價是一個復雜多信息源的綜合分析過程，地質災害研究工作已經進入了一個新的數字化、信息化、定量化的階段，合理使用多種分析評價方法，闡明工程建設區和規劃區的地質環境條件基本特征，對地質災害危險性進行評價，并做出建設場地適宜性評價，對水利水電建設有著重大的指導和借鑒意義。

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TV641.41

B

1003-9805（2015）04-0100-04

2014-08-15

吳章雷（1977-），男，四川康定縣人，工程師，從事水電勘察設計工作。