關(guān)門山水庫壩基不良地質(zhì)情況處理方案

李文波

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550002)

1 工程概況

關(guān)門山水庫位于六盤水市鐘山區(qū)大灣鎮(zhèn)，壩址位于大河左岸支流關(guān)門山小河的中游河段，距大灣鎮(zhèn)約3 km，有鄉(xiāng)村公路通往壩址區(qū)左岸，交通較為便利。壩址以上集雨面積37.5 km2，總庫容908萬m3，興利庫容784萬m3。工程任務為鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水及工業(yè)用水，受水區(qū)主要為六盤水市鐘山區(qū)大灣鎮(zhèn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、周邊村寨人畜飲水及大灣鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)。工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模屬小(1)型。

壩址河谷呈基本對稱寬“V”型，兩岸坡地形坡度在高程1910 m以下為35°～40°，1910 m以上左岸為10°～15°，右岸為20°～25°。左岸坡地形較順直，右岸上下游發(fā)育有沖溝，壩址河段河床平直。正常蓄水位高程1902 m，對應谷寬為190 m，寬、高比為2.8∶1。壩址巖層產(chǎn)狀為N55°W/SW∠15°～30°。壩基(肩)巖體均為玄武巖夾凝灰?guī)r，強風化巖體裂隙較發(fā)育、巖體破碎完整性差，不宜作為壩基。本工程建基面的選擇主要考慮壩基巖體的承載力，壩基巖體為中硬巖，最終確定弱風化層巖體下部作為基礎(chǔ)持力層。

水庫大壩樞紐布置方案為：碾壓混凝土重力壩+壩身溢流表孔泄洪+壩身取水口+壩身放空兼沖沙底孔。攔河大壩最大壩高80.6 m，建基面高程為1824.0 m，壩頂高程為1904.6 m。大壩主體建筑材料為C15三級配碾壓混凝土，大壩基礎(chǔ)面為1.0 m厚C20二級配常態(tài)墊層混凝土[1]。壩體上游側(cè)分別為C20二級配變態(tài)混凝土及C20二級配碾壓混凝土；其中變態(tài)混凝土厚0.5 m，碾壓混凝土在1865.0 m高程以上厚2.0 m，該高程以下厚3.0 m。壩體下游側(cè)面為0.5 m厚C20三級配變態(tài)面層混凝土護面。

2 施工圖階段揭露壩基不良地質(zhì)情況

2016年12月，在大壩岸坡段基礎(chǔ)開挖過程中，設(shè)計發(fā)現(xiàn)大壩右壩肩在樁號壩橫右0+054～0+069 m、高程1844～1864 m部位，基巖至上而下由玄武巖變?yōu)槟規(guī)r夾角礫巖，巖石強度由硬質(zhì)巖變?yōu)檐涃|(zhì)巖，巖性有較大變化；在左岸坡腳存在一條軟弱夾層，夾層巖性為凝灰?guī)r。該地質(zhì)情況在前期資料成果中未有提及，也未有相應的設(shè)計處理措施。鑒于本工程大壩為重力壩，且為高壩，其對基礎(chǔ)承載能力要求較高[2]。由于貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院僅承擔了本工程的施工圖階段設(shè)計工作，設(shè)計人員對此情況非常重視，立即以書面報告形式向業(yè)主單位報告，對不良地質(zhì)情況的初步成因分析、處理意見、處理方法給出了建議。

3 不良地質(zhì)情況處理程序

根據(jù)水利部文件“關(guān)于印發(fā)《水利工程設(shè)計變更管理暫行辦法》的通知”中的規(guī)定，本工程變更內(nèi)容屬于“工程的重大技術(shù)問題的處理措施發(fā)生變化；對工程的質(zhì)量、安全、工期、投資產(chǎn)生重大影響的設(shè)計變更；主要水工建筑物基礎(chǔ)處理方案的變化”；根據(jù)文件要求，該變更內(nèi)容屬于重大設(shè)計變更，需編制相應的重大設(shè)計變更報告。為解決此重大技術(shù)問題，業(yè)主單位多次組織當?shù)厮姓鞴懿块T及政府質(zhì)量監(jiān)督部門、初步設(shè)計報告審批單位、原初步設(shè)計報告設(shè)計單位、監(jiān)理單位、施工單位等參建各方召開技術(shù)討論會。經(jīng)業(yè)主單位與原設(shè)計單位商議，為便于工程施工順利進行，業(yè)主單位另外委托由貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院完成該重大設(shè)計變更報告。待變更報告得到審查批復文件后再根據(jù)批復的意見及方案繼續(xù)推進施工。

3.1 右岸不良地質(zhì)情況處理方案

經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)方案討論，右壩肩F1斷層經(jīng)開挖后已部分揭露，其走向、傾角、充填物、影響范圍等已基本清楚，但其發(fā)展深度不能確定。要查明斷層的深度只能通過鉆孔的方式進行，設(shè)計在提出斷層處理方案時主要考慮以下因素：(1)斷層傾角較陡為88°，地質(zhì)鉆孔深度大，打鉆施工難度大。(2)完成鉆孔時間過長，影響項目施工進度。(3)斷層影響深度低于大壩建基面高程過多(初步判斷大于30 m)，大壩建基面高程不可能因為斷層原因而大幅度降低。同時，根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》，對于傾角較陡的斷層破碎帶的處理方法為“斷層破碎帶規(guī)模不大，但其組成物質(zhì)以軟弱的構(gòu)造巖為主，且對基礎(chǔ)的強度和壓縮變形有一定影響時，可用混凝土塞加固，塞深可采用1～1.5倍斷層破碎帶的寬度或根據(jù)計算確定；斷層破碎帶的規(guī)模較大，或為斷層交匯帶，影響范圍較廣，且其組成物質(zhì)主要是軟弱構(gòu)造巖，并對基礎(chǔ)的強度和壓縮變形有較大的影響時，必須進行專門的處理設(shè)計”。綜合以上情況，設(shè)計提出處理意見為：斷層及斷層外側(cè)強風化巖石需挖除，挖除深度以斷層外側(cè)基巖承載力能滿足壩基承載力要求為限[3-4]。經(jīng)挖除揭露，1852～1863 m處斷層影響帶寬約20 m；1852 m以下斷層影響帶寬為5 m；斷層帶充填物分為2個帶，一為褐紫色、褐黑色斷層泥，膠結(jié)差，為極軟巖；二為灰、灰綠色斷層角礫巖夾斷層砂，含黃色礦物晶體，為較軟巖。1852 m以下斷層外側(cè)巖石仍為強風化巖，不能滿足承載力要求，需清除。至建基面高程1824 m時，斷層兩側(cè)巖體為微風化巖，其承載力滿足建基面要求。

結(jié)合開挖揭露地質(zhì)條件分析，設(shè)計最終確定右岸坡腳基礎(chǔ)斷層帶處理措施為：斷層帶清除深度應按施工設(shè)備最大深度進行控制，同時深度至少應低于建基面高程5 m；清除范圍為從壩趾位置開始至壩軸線下游20 m；斷層帶挖槽采用C20三級常態(tài)混凝土回填；并在1824 m高程鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)在基巖面上的搭接長度為1.5 m；并加強對斷層部位基礎(chǔ)的固結(jié)灌漿及帷幕灌漿。處理方案示意圖見圖1。

3.2 左岸不良地質(zhì)情況處理方案

經(jīng)現(xiàn)場分析，大壩左岸坡腳發(fā)現(xiàn)的軟弱夾層存在影響大壩深層抗滑穩(wěn)定問題，需對其補充地質(zhì)勘探工作，以查明其分布情況。據(jù)此，設(shè)計在左岸坡布置了9個地質(zhì)鉆孔，并做孔內(nèi)攝像、單孔聲波檢測、跨孔聲波檢測等工作。經(jīng)查明，左岸主要軟弱夾層為壩基1824～1827 m出露的一條夾層J1，夾層厚度為40～70 cm，由可塑狀暗綠、青灰色黏泥組成，夾層面呈波狀，略顯層理，夾層傾向下游偏右岸，傾角為20°～25°，在壩軸線下游23 m處伸入壩體下部。凝灰?guī)r軟弱夾層參數(shù)取值為f′=0.3，c′=30 kPa，承載力為600 kPa。壩基弱風化巖體參數(shù)取值為f′=0.75，c′=700 kPa，承載力為2500 kPa。

設(shè)計根據(jù)軟弱夾層的巖石物理力學參數(shù)值對大壩深層抗滑穩(wěn)定進行復核計算，大壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，需對該夾層采取工程處理措施。經(jīng)分析，適宜本工程的處理措施如下：

(1)對夾層進行挖除處理。該方法的好處是處理徹底，不遺留問題。

(2)在大壩下游側(cè)打抗滑樁。該方法的好處是，計算理論簡單，便于施工。

(3)對夾層進行抗滑洞塞處理。該方法的好處是避免大挖大填。

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，抗滑樁方案不適用于本工程，因為本工程夾層位于大壩左岸坡，而左岸坡較順直，若采用抗滑樁方案，則需抗滑樁深度過大，施工難度大，投資過大。本工程也不適宜抗滑洞塞方案，主要是因為河床段基礎(chǔ)已驗收，壩體混凝土已開始澆筑，現(xiàn)場不具備爆破洞挖條件。因此，本工程采用了對夾層進行挖除的處理方案。同時，為了避免出現(xiàn)大挖大填現(xiàn)象發(fā)生，設(shè)計對左岸岸坡夾層埋深大于20 m部位，河床段下游側(cè)埋深大于5 m部位不再進行挖除。經(jīng)復核，處理后壩基抗滑穩(wěn)定及深層抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。

圖1 右岸基礎(chǔ)斷層處理方案示意圖

4 處理效果

目前，大壩右岸F1斷層已按設(shè)計方案挖除，揭露情況與設(shè)計判斷情況基本吻合，已施工完畢，大壩混凝土填筑施工順利推進。大壩左岸坡軟弱夾層已按設(shè)計方案挖除，揭露地質(zhì)條件及夾層分布與地質(zhì)鉆孔情況一致。項目施工順利推進，未出現(xiàn)質(zhì)量及安全隱患事故，參建各方均對設(shè)計方案給予了高度的認可和好評。

5 結(jié) 語

通過對本項目不良地質(zhì)情況的方案處理，總結(jié)出以下經(jīng)驗，以供類似項目設(shè)計人員參考：

(1)前期地質(zhì)勘探資料是項目設(shè)計方案的基礎(chǔ)，若該基礎(chǔ)資料出了問題，設(shè)計方案看起來再美好，也是殘缺的。同時可能出現(xiàn)不可挽救的情況發(fā)生，如建壩條件不成立、壩型方案不可行等，則后果將是很嚴重的。

(2)施工圖階段對前期階段的關(guān)鍵資料、重要數(shù)據(jù)進行復核是十分必要的。設(shè)計人員不能照搬照套前期階段的數(shù)據(jù)成果。如本工程中，設(shè)計人員要求對左岸軟弱夾層重新進行補充地質(zhì)勘探工作，以查明夾層的分布，從而對處理方案的選擇提供支撐依據(jù)。試想，若軟弱夾層未經(jīng)處理而直接修建了大壩，待水庫蓄水后出現(xiàn)滲漏、不均勻沉降、滑動變形等情況后再提處理方案，其處理難度及處理費用將會成倍的加大；同時，若出現(xiàn)重大安全事故，其后果更是無法挽救。

(3)當項目出現(xiàn)重大設(shè)計方案變更時，參建各方應按文件《水利工程設(shè)計變更管理暫行辦法》的要求程序執(zhí)行，切不可先斬后奏，避免承擔相應的責任。

(4)當項目出現(xiàn)重大設(shè)計方案變更時，應盡量在維持原整體方案的基礎(chǔ)上進行變更處理，盡量不要采取全盤推倒重來的思路。如本工程在出現(xiàn)不良地質(zhì)問題時，參建各方需要首先解決的問題是新的地質(zhì)條件情況是否還能建重力壩，而并不是思考其他壩型方案是否更優(yōu)的問題。應盡量在維持原重力壩方案不變的前提下采取合理的處理措施，同時注重處理措施的安全性、適用性及經(jīng)濟性。