葠窩水庫壩基巖體質量分析評價

豐亞麗

(遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124010)

1 概 述

根據葠窩水庫的詳細調查和壩基基礎的開挖，確定其巖性主要為前震旦系的變質巖，產狀為350°SW∠65°-70°，與壩軸大致平行，壩基的主要巖性特征如下：

1)石英變粒巖為灰黑色，呈隱晶質，致密結構，高巖石強度和硬度，耐風化力強，在壩址廣泛暴露。

2)黑云母石英花崗巖為新鮮巖石，呈淺灰色，其風化巖石為淺黃色，巖體較為發達，但其耐候性相對較弱，大部分分布在左岸壩基上。

3)云母綠泥石片巖為黃綠色，但其耐候性相對差，形狀比較明顯，風化程度較深，呈條帶狀分布在在壩址處。挖掘施工發現如果有云母綠泥石片巖段，它們都顯示出深風化槽或風化囊形狀。

4)石英巖脈：乳白色，沿縫隙侵入，分布寬度約1-5cm，分布在4號和5號壩段，周圍巖石及巖脈的結合及其緊密[1]。

2 壩段構造特點

斷層結構在壩址處形成，結構線主要是以壩體軸線的推斷層和逆斷層及平行壩軸的剪切節理為主，由于斷層結構斷裂，壩址區的巖體大部分已經破碎。由大壩基礎的開挖揭露了35個不同大小的斷層，斷層寬度從0.05到1.80 m變化不等，延伸的長度最小約為10 m，最大長度超過200 m，它們中的大多數平行于大壩軸線，并貫穿整個大壩基礎。根據分布位置，斷裂性質，發生周期和發生特征，可將壩址區域的斷裂斷裂帶大致可分為6組。

2.1 右岸壩肩貫通河床斷層

該斷層在N20°-29°E，趨于NW，傾角為58°-71°，是具有平推特性的逆斷層。例如F26、F17、F18和F01-06、F09-10，每個斷層的間距在1到16 m之間。斷層斷裂帶的寬度沿延伸方向變化很大，較小的斷裂帶<1 cm，而寬度>1 m。斷層可分為斷層泥及斷層角礫巖，除F18外，此該斷層對泄漏的影響很小。

2.2 壩基軸線的河床附近的斷層

該組斷層走向N20°-28°W，趨勢為SW，傾角為55°-75°，為逆斷層[2]，斷層的分布寬度是不同的，斷裂帶5-8cm處有裂縫，斷裂帶寬約為1.0m。這組斷層主要是由F40組成，跨越8號-24號壩段，其次是7條F59-63和F40-41，斷層平行間距一般為2-4m和8-10m。

2.3 壩基平推斷層

平推斷層大部分較平坦的，走向N20°-30°W，傾向為SW，傾角為57°-65°，斷層破碎帶的寬度約為0.4-1.4m，且斷層物質較為明顯，F65分布在25-31號壩段處是該組斷層的主體，另外，還有一些小斷層。

2.4 左岸斜穿壩線斷層

該斷層走向為N38°-42°E，傾向于SE，傾角58°-67°，屬于具有平推性的逆斷層，該組斷層由五個大小和寬度不同的斷層組成，這些包括F10、F10-1、F64、F8和F8-1，每個斷層的總間距為8m，最大間距為15m，由于巖石的破裂，斷層致密，并與大壩的上游和下游連通，因此對大壩的穩定性和滲漏影響很大[2]

2.5 垂直壩軸斷層

該斷層走向為N75°-85°E，傾向為NW，傾角46°-74°，由一組較小的正斷層組成，延伸較短，斷層斷裂帶相對狹窄，一般寬度僅有20-40cm。

2.6斜壩基礎小斷層

該組中的斷層主要包括F16壩段的10號-12號，F39的20號和21號，F10的29號，走向 N48°-54°W，向SW傾斜，傾斜角度為70°-72°。斷層上形成刮痕，斷層泥和碎石塊，寬度為4-40cm，它相對于壩線傾斜，但不穿透上下壩的基礎。

3 壩基巖體的風化特性

大壩基礎調查結果表明，風化巖石隨著深度的增加而逐漸減小[3]。壩址各部位風化巖隨深度變化規律見表1。

表1 不同部位風化巖隨深度變化規律

不同的巖性具有不同程度的風化作用，通常，在壩址上的花崗石的風化程度沒有顯著差異，相比之下，綠泥石片巖的耐候性極差，快速風化，其風化變質程度深，左岸和電站廠房下游河床壩段下游的綠泥石片巖弱風化層埋藏深度為10-13m，是該地區弱風化層埋藏深度的1倍以上，在壩基開挖后，右岸1-4號壩底面為弱風化巖石頂面，5-23號壩段為河床壩段，壩體各段開挖面不平坦，高差約1.5m，灌漿廊道和排水廊道開挖深度相對較大，基巖面高程基本控制在53m和55m，其軸線呈槽形，相對壩體基礎寬度為8-9m，深度為3-4m，左岸24號-31號坡段的底面為弱風化巖石頂面。根據以上壩基開挖分析，大部分壩段建在弱風化巖石的中上部，小部分壩段建在弱風化巖石的下部和頂部，大壩基礎開挖深度不大[4]。

4 壩基巖體抗剪強度試驗

在調查期和施工期，對巖性為石英及云母石英變粒巖兩個巖性微風化巖和弱風化巖進行了許多力學測試。其試驗成果詳見表2-表4。

表2 石英變粒巖抗壓強度試驗成果表

抗剪強度試驗成果見圖1-圖4。

圖1 剪應力-垂直應力(τ-p)關系線圖(抗剪斷-第Ⅱ階段)

圖 2 剪應力-垂直應力(τ-p)關系曲線圖(抗剪斷-第I階段(末尾值))

符號說明；×-新鮮巖石；△-片巖；O-變粒巖的；微風化巖；●-變粒巖的；弱風化巖圖3 剪應力與垂直應力(τ-p)關系線圖(抗剪試驗-第Ⅱ階段)

圖 4 剪應力與垂直應力(τ-p)關系曲線圖(抗剪試驗-第I階段(末尾值))

試驗階段新鮮變粒巖石新鮮的綠泥石片巖微風化變粒巖強風化變粒巖抗剪斷試驗第Ⅰ階段末尾值第Ⅱ階段φ58.5°55°55°50°f1.631.431.431.20C12.35.55.55.2φ68°62°64°62°f2.481.882.051.88C18.26.07.27.0抗剪試驗第Ⅰ階段末尾值第Ⅱ階段β24°28°32°32°f0.450.530.630.63C2.22.54.04.0β31°31°31°31°f0.60.60.60.6C7.68.49.29.2

技術設計階段根據有關試驗成果對壩基不同巖性變形模量提出建議值，見表4。

表4 壩址不同巖性及構造帶變形模量建議值表

5 壩基巖體質量分析評價

巖體強度、風化程度及完整性和環境濕度影響是影響壩基巖體質量的主要因素?？紤]到以上的因素，對壩基各壩段的巖體進行定量分析和評價。見表5。

表5 各壩段巖體質量評價表

從表5可知，葠窩水庫壩基弱風化巖巖體質量中等，屬于Ⅲ級巖體，巖石質量較好，略受水的影響，巖體質量受巖體完整性和風化程度控制，對壩體抗滑穩定影響較大。

根據現行《工程巖體分級標準》，對壩基各壩段巖體質量進行評定。壩址巖石抗壓強度試驗結果表明，壩基各壩段變粒巖以弱風化為主，抗壓強度平均值均>100MPa，屬于堅硬巖。采用規范中巖體質量指標(BQ)計算公式：

BQ=90+3Rc+250Kv

(1)

式中：Rc為巖石單軸飽和抗壓強度，MPa；Kv為巖體完整性系數。

計算結果見表6。

表6 各壩段巖體質量評價表

根據表6巖體質量指標，對壩基巖體進行質量分級，其中1號-3號壩段壩基巖體為Ⅱ級，其它壩段壩基巖體為Ⅲ級。

表7 各壩段壩基表層巖芯采取率及RQD值統計表

從表7統計結果可以看出，大多壩段壩基巖芯采取率低于85%，采取率低于70%的壩段就有5個壩段；完整率(RQD)< 50%的壩段有24個，其中<20%的壩段有13個，<5%的壩段有7個?？傮w上可以看出，壩基巖體完整性從右岸向左岸逐漸變差，壩基巖體質量較差，基本以Ⅳ級巖體為主，Ⅲ級巖體相對略少。

6 結 語

經分析可知，壩體混凝土骨料級配不均，粗細相差懸殊。因技術標準的限制，未檢測到聚集堿的活性，混凝土中有小氣孔，這些孔是部分致密的，并且致密性不足，從而嚴重威脅了大壩的安全。壩基巖體完整性從右岸向左岸逐漸變差，壩基巖體質量較差，基本以Ⅳ級巖體為主，Ⅲ級巖體相對略少。