清江水庫大壩工程地質問題及地基處理措施

馬明芬

(永州市水利水電勘測設計院，湖南 永州 425000)

1 工程概況

清江水庫位于江華縣大石橋鄉(xiāng)源口村，地處瀟水三級支流清江流域清江河上游，距離大石橋鄉(xiāng)8km，距離江華縣城42km，有鄉(xiāng)村公路或簡易公路可直達壩址區(qū)，工程對外交通較為方便。

壩址以上控制流域面積17.38km2，干流長度為10.47km。水庫正常蓄水位428.50m，正常庫容427.3萬m3；死水位387.40m，死庫容4.4萬m3；校核洪水位430.27m，總庫容471.4萬m3，最大壩高58.80m，是一座以灌溉為主，結合鄉(xiāng)村供水等綜合利用的小(1)型水利工程。

清江水庫大壩河床左壩段基礎開挖至370～381m高程，河床右壩段基礎開挖至367～380m高程，該壩段范內已清除厚約7m的第四系砂卵礫石層及基巖強風化層，兩岸坡段也清除了第四系殘坡積層及強風化巖層，開挖范圍按設計要求建基面已基本形成到位。

2 工程地質條件

2.1 基礎巖性

清江水庫大壩河床左、右壩段基礎開挖已到設計高程，該壩段地層巖性為泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組上段(D2t2)中厚層泥質粉砂巖、中薄層砂巖、頁巖互層，表層風化破碎、構造節(jié)理發(fā)育，經(jīng)開挖建基面已到弱風化和微風化層，左壩段巖層產(chǎn)狀為N2°W～N29°W.SW∠25°～34°，傾向下游略偏左岸。右壩段巖層產(chǎn)狀一般為N8°W～N30°E.SW～NW∠25°～30°，傾向下游略偏右岸，局部巖層扭曲，傾角變陡至39°。

2.2 地質構造

清江水庫大壩巖層屬單斜構造，基礎開挖揭露的不良地質現(xiàn)象主要有斷層和節(jié)理。

2.2.1 斷層

(1)F1斷層產(chǎn)狀為：N50°W.SW∠70°，傾向左岸，屬壓性斷層，斷層破碎帶寬1.2～2.0m，分布在壩段上游齒槽坡腳上游側邊坡，與F2斷層交匯在齒槽坡腳處。

(2)F2斷層產(chǎn)狀為：N34°W.NE∠76°，傾向上游偏右岸，屬壓性斷層，斷層破碎帶寬0.5～2.0m，F(xiàn)2與F1斷層于上游齒槽匯合后并沿N60°W方向斜穿大壩中部向下游河床，河床部位破碎帶寬1.0～2.0m，巖石變得扭曲，由泥化的深灰色頁巖和炭質頁巖夾角礫物質組成，已中等泥化，結構松散，強度較低。

(3)F3斷層產(chǎn)狀為：N75°E～N77°W.SE～SW∠81°～85°，傾向左岸，屬壓性斷層，橫穿壩址，兩側巖石發(fā)生錯動，斷層破碎帶寬0.1～0.2m，破碎帶為深灰色頁巖及含泥角礫巖充填，局部泥化，結構松散，強度較低。分布在河床中部上游齒槽的上游側邊坡，之后往S78°W方向延伸，延伸長度50～60m后與F2斷層交匯。

(4)F4斷層產(chǎn)狀為：N44°W.SW∠54°，傾向左岸，屬壓扭性斷層，斜穿大壩，斷層破碎帶寬0.1～0.2m，延伸長度55～60m，F(xiàn)4與F3斷層于河床中部齒槽的下游側邊坡匯合后并沿正E方向延伸至齒槽的上游側邊坡，破碎帶為深灰色頁巖及含泥角礫巖充填，局部泥化，結構松散，強度較低。斷層兩側巖層產(chǎn)狀稍有變化。

2.2.2 節(jié)理

大壩河床及岸坡段基坑節(jié)理裂隙比較發(fā)育，以NWW向較發(fā)育，NE向次之，分述如下。

(1)NWW組：產(chǎn)狀N80°～50°W·SW或NE∠44°～85°，與河流近于平行，與層面垂直，間距0.5～1.0m，寬1～5mm，延伸長1.0～5.0m，面較平直，多張開充泥，沿節(jié)理卸荷明顯。沿該組結構面多形成陡坎，對邊坡穩(wěn)定不利。如節(jié)理JL3：其產(chǎn)狀為N87°W～N56°W.NE∠56°～59°，該節(jié)理面主要傾向河床，目前此邊坡已沿該節(jié)理面崩塌形成光滑的坡面。

(2)NW組：產(chǎn)狀N30°W·NE∠80°，與河流斜交，間距0.3～1.5m，寬0～2mm，面平直，延伸長0.5～2.0m，部分充填泥質。

(3)NE組：N30°～60°E·SE或NW∠40°～85°，與河流呈小角度斜交，切層，間距0.5～1.0m，寬0.5～2mm。延伸長0.5～2m，面平直，多閉合無充填，為層面反傾向節(jié)理。如節(jié)理JL0：其產(chǎn)狀為N39°E.SE∠40°，位于上游齒槽的上游側順向邊坡，該壩段巖層傾向下游略偏左岸，隨著齒槽往下開挖，形成臨空面邊坡，以致上游面順層邊坡失穩(wěn)，局部塌方掉塊，沿該節(jié)理面形成卸荷裂隙。

(4)NEE組：N54°～60E°·NW∠46°～83°，與河流呈小角度斜交，切層，幾乎與巖層層面呈“X”型相交，間距0.5～1.5m，寬1～3mm。延伸長0.5～3m，面平直光滑，少數(shù)充填泥質，局部卸荷張開，切割面對岸坡穩(wěn)定性影響較大。

3 大壩基礎工程地質問題及地基處理措施

3.1 大壩基礎

經(jīng)施工開挖揭露，大壩基礎地層巖性為泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組上段(D2t2)中厚層泥質粉砂巖、中薄層砂巖、頁巖互層。該地層巖性軟硬相間、表層風化破碎、構造節(jié)理發(fā)育，特別是NWW組、NEE組節(jié)理構造對邊坡穩(wěn)定不利。大壩基礎主要工程地質問題是地基不均勻沉降問題、滲透穩(wěn)定問題和邊坡穩(wěn)定問題。給出如下工程措施建議。

(1)對大壩基坑開挖施工安全影響范圍內的邊坡采用錨固及噴漿保護措施，錨固孔間距3m，錨固深度3m。

(2)大壩基礎全斷面布設梅花形灌漿孔進行固結封閉處理，灌漿深度深至建基面以下5m，孔排距為3m(國內工程采用值：孔排距2～3m，多數(shù)采用3m，孔深5～8m)，以增加巖體完整性，提高巖體彈性模量，減少基礎沉陷，封閉裂縫，減少滲水，降低滲透壓力。

(3)結合固結灌漿，在大壩上游齒槽進行帷幕灌漿防滲，防滲帷幕深至透水率q=3.0Lu值線，兩岸延伸長度與相對不透水層相連，從壩前正常高水位428.50m起計算其延伸長度；最大壩高58.80m，屬中壩，設置2排帷幕灌漿孔，當裂隙密集并有充填或軟弱夾層時，可適當增加排數(shù)；帷幕灌漿孔間距2m(一般根據(jù)水頭、基巖孔隙率和現(xiàn)場試確定，約等于單孔灌漿影響半徑R的1.6～1.8倍，為2～4m)。

3.2 斷層破碎帶

對于基礎開挖所揭露的斷層F1、F2、F3、F4破碎帶主要由深灰色頁巖、炭質頁巖夾角礫物質等組成，有中等泥化和結構松散的性質，力學強度低。存在不均勻沉降問題、抗滑穩(wěn)定問題和滲透穩(wěn)定問題。

給出處理措施建議：對斷層破碎帶進行抽槽及砼回填處理，以改善地基承載能力、增大其抗剪強度和增強抗?jié)B性能。根據(jù)我國壩工建設經(jīng)驗，對于寬度小于2m的斷層破碎帶按常規(guī)方法抽槽，開挖深度h=(1.0～1.5)b(b為破碎帶寬度)，建議該斷層破碎帶抽槽深度至建基面以下2.0～3.0m，然后埋管、混凝土填筑后再進行固結灌漿補強，灌漿深度深至建基面以下8m，孔排距為3m，并加強延伸至帷幕上游區(qū)10m。

3.3 齒槽上游側邊坡

齒槽上游側邊坡為順層坡，受構造節(jié)理JL0影響，邊坡應力釋放，局部塌方掉塊，沿節(jié)理面形成拉裂縫，齒槽上游側邊坡存在邊坡穩(wěn)定性問題。

工程措施建議：先用大塊石壓腳，然后增設錨固處理，根據(jù)工程經(jīng)驗類比，錨固深度6m，錨固孔排距3m，然后在齒槽內采用錨固補強處理，錨進深至原設計齒槽底板高程以下0.5m的完整基巖內。

4 結語

清江水庫壩基巖性軟硬相間、表層風化破碎、構造節(jié)理發(fā)育且存在穿越大壩的斷層破碎帶等不良地質問題。采用壩基全斷面固結灌漿處理措施來改善基巖力學性能，提高巖體彈性模量，增進整體性和均一性，減少變形和基礎不均勻沉陷，同時，還可以加強帷幕的防滲效能，封閉裂縫，減少滲水，降低滲透壓力；對斷層破碎帶進行抽槽并回填混凝土處理后再進行固結灌漿補強，最后再對壩基進行帷幕灌漿防滲處理。大壩的不良地質問題經(jīng)處理后，其工程地質條件可滿足設計要求。