口上水庫拱形重力壩主要工程地質問題分析及對策

【摘要】本文對口上水庫壩址區主要工程地質問題分析后，提出了對壩基建基面采取鑿毛、接觸灌漿、固結灌漿和防滲帷幕灌漿等處理措施，為類似工程提供參考。

【關鍵詞】拱形重力壩；工程地質問題；處理措施

口上水庫是山西省昔陽縣松溪供水水源工程，大壩布置在松溪河干流口上村上游的灰巖峽谷地段，由于壩址區特殊的地形、地質特點，經過壩型比選，設計將壩軸線布置為曲線型，其中壩體中部溢流壩段為圓弧形，兩岸擋水壩段壩軸線為溢流段圓弧的切線，成為一座拱形混凝土重力壩。

1、地質概況

壩址區松溪河谷底寬17～37m，河床高程608.2～609.3m，河水位高程為608.0m，河流流向為N16°E；河谷兩岸下陡上緩，右岸為單薄山梁，地貌上屬于溶蝕侵蝕低中山峽谷區。出露基巖主要為寒武系中統張夏組、寒武系上統崮山組、長山組、鳳山組灰巖。基巖巖層平緩，呈單斜構造，產狀為N40°E/NW∠4°。巖體中節理裂隙較發育，切割深，延伸遠，均為高傾角近于直立，主要兩組裂隙為“X”節理，裂隙面較平直，波狀彎曲，較粗糙，裂隙張開，寬度1～35mm，多無充填物，少數有方解石、泥土、巖屑充填。主要物理地質現象為巖溶。

2、工程地質評價

（1）繞壩滲漏問題

左右壩肩節理裂隙發育，岸坡巖層不同高程之間的巖體中均存在層間溶隙及溶蝕裂隙，且通過陡傾角節理裂隙貫通溶隙，溶隙寬約5～30mm，雨季層間溶隙有水滲出。為此，左右壩肩可能存在繞壩滲漏問題。

（2）右岸單薄山梁穩定問題

壩址區河流在壩軸線下游約77m處由N2°W轉向S53°E，形成一個長約77m，寬約102m呈N43°W展布的單薄山梁。右壩肩軸線走向為N76°E，水流方向為N14°W，工程建成運行后庫水壓力方向為N21°E。右岸岸坡巖層是產狀為N40E/NW∠4°，傾向河床。壩肩發育四組節理裂隙，該段岸坡在上游水壓力作用下，以第二～四組節理裂隙構成側切面，巖層層面構成滑動面的情況下，有向河床及壩下游、壩肩山梁背后下游滑動的可能，現分析計算其壩肩單薄山梁的穩定性。選擇壩肩下游 ①及壩肩單薄山梁背后②兩個方向，采用公式1對右岸單薄山梁岸坡段單寬抗滑穩定進行分析，岸坡前水位按校核水位646.5m，假設岸坡后無水位，巖層層厚按50～100cm考慮，假設河床608m處為一層面，巖石密度取2.70kg/m3，水比重取1kg/m3，滑面傾角取4°。考慮到壩肩不同節理裂隙、蓄水后裂隙水壓力等不利因素對抗滑穩定的影響，壩肩下游方向山梁巖層抗剪斷強度取f′=0.5，C′=0.2MPa；壩肩單薄山梁背后下游方向巖層抗剪斷強度取f′=0.6，C′=0.3MPa，分別對兩個方向高程608m、620m處幾個滑面參數進行計算，計算結果見表1。

公式1

式中：N為巖體自重的法向分力，N=Wco sθ；

T為巖體自重切向分力，T=Wsinθ；

P為上游巖面的水壓力，P= γ*H *H /2；

U為上游巖面的水的揚壓力，U=γ*H*B/2；

A為巖體滑動面面積，A=M* L；

F為地震力，F=ahW/g， ah=0.1g。

從兩個方向的兩個層面的抗滑穩定系數計算結果看，均大于抗滑穩定安全系數1.5。因此，右壩肩單薄山梁在校核洪水位情況下，壩肩下游及壩肩單薄山梁背后下游的山梁巖體不存在抗滑穩定問題，是穩定的。

（3）壩基問題

壩基巖體為張夏組鮞狀灰巖，巖性堅硬，中厚層狀結構，巖層層理發育、傾角較緩，屬弱風化層。局部地段存在節理裂隙密集帶。建基面范圍內基巖面整體為一緩傾斜的巖體層理面，右高左低，在建基面靠左岸側發育連續跌水坑組成的基巖深槽，前后較深，中間相對較淺。前兩個長15m，寬11m，深3m；后一個跌水坑寬9m，長11m，深6m；中間跌水坑深1.5m。壩基層里面及跌水坑壁光滑，存在與混凝土結合力弱及可能滲水通道問題。

3、處理措施

針對河床段建基面光滑向上游傾斜，為增強壩體與地基的結合，使壩基應力均勻擴散，提高壩體的抗滑穩定性，對建基面采取了鑿毛處理，對建基面中的跌水坑垂直坑壁及倒坡壁做了順坡處理，對跌水坑周圍巖體進行了針對性固結灌漿處理，同時對跌水坑處加強了防滲帷幕處理。

為提高壩基巖體的整體性，減小壩基滲漏，降低揚壓力，對壩基進行固結灌漿和帷幕灌漿處理。左岸帷幕垂直河流方向延伸50m，右岸從壩頭折向上游，沿右岸單薄山梁向上游延伸155m。

為了加強壩體與基巖的連接，防止形成滲水通道，施工中對大壩左、右岸坡壩基進行接觸灌漿。

4、結語

口上水庫壩址區灰巖峽谷依據壩址區特殊地形和地質情況而設計拱形重力壩工程地質問題復雜。通過對左右壩肩及壩基建基面主要工程地質問題分析后，對壩基建基面采取鑿毛、接觸灌漿、固結灌漿和防滲帷幕灌漿處理，解決了工程問題，經蓄水驗證處理措施是有效的，也期望能為類似工程設計提供借鑒。

作者簡介：張許平（1969-），男，1994年畢業于山西礦業學院，高級工程師，主要從事工程地質與水文地質研究工作。