官地水电站坝基岩体可灌性初析

余晓华

官地水电站坝基岩体可灌性初析

余晓华

（水电水利规划设计总院水电工程质量监督总站，北京 100120）

扼要介绍了官地水电站坝区的主要工程地质情况及被灌区工程地质特征，并对灌浆试验成果进行了简单的分析，分析认为试区岩体在岩性、岩类、构造形式上具有较好的代表性，灌后各级岩体的声波波速（Vp）、完整性系数（Kv）、变形模量（E0）及防渗透性能均有不同程度的提高。对于构造带而言提高的幅度较大，但改善后岩体完整程度基本还是处于较破碎状态，仍需要根据基础开挖情况，进行生产性的灌浆试验。但本次试验对今后的设计、施工仍具有一定的指导意义。

坝基；可灌性；工程地质

1　工程概况

官地水电站是雅砻江卡拉至江口河段水电规划五级开发方式的第三个梯级电站。工程枢纽区位于四川省凉山彝族自治州西昌市与盐源县接壤地带，距西昌市直线距离约60km，有四级公路相连，对外交通较为方便。电站正常蓄水位1330m，水库回水长58km，总库容约7.83亿m3，采用碾压混凝土重力坝坝型，坝顶高程1334m，最大坝高168m，采用右岸地下式厂房，装机容量4×600MW。

2　坝区基本地质条件

2.1地形地貌

官地水电站坝址区河道由上游至下游从S75°E逐渐变为EW向，坝址区属高山峡谷地形，河谷呈基本对称的“V”型，临江坡高大于700m，谷坡较陡峻。左岸谷坡地形陡峻，坡度40°～45°，局部段达50°～55°，基岩裸露，岩石坚硬。右坝肩地形坡度一般35°～45°，局部段55°。

2.2地层岩性

大坝灌浆区涉及的地层主要为二叠系上统玄武岩、角砾集块熔岩（P2β15-2）组成，表层第四纪覆盖层分布较为广泛。现由老至新分述于下：

1）玄武岩组:坝址区出露地层主要为二叠系上统玄武岩组下段第五层第二小层（P2β15-2），中～厚层状角砾集块熔岩，灰绿色，坚硬，角砾集块结构，块状构造。集块一般10～15cm，大者可达25cm；角砾一般2～6cm。角砾集块成分为斑状玄武岩、含斑玄武岩，次圆状为主。厚层状，岩性较均一，岩体完整性好。坝轴线在Ⅶ线附近，轴线方向N12°E，右岸在基础高程1 290m以N13°W方向折转与电站进水口相连。坝顶高程1334m，河床坝基建基面最低高程1 166m，最大坝高168m，坝长465m，坝底宽153.2m，坝顶宽20m。坝型为辗压混凝土重力坝，分为左岸挡水坝段、溢流坝段、右岸挡水坝段。坝基岩性较均一，岩质坚硬，岩体较完整。断裂以陡倾角为主，岩层走向N10°～20°W/SW∠70°～80°。坝基工程地质条件是良好的。

2）覆盖层（Q4）:第四系覆盖层主要为现代河床冲积物以及分布于两岸谷坡的崩坡积，坡残积、少量冲沟内的洪积物，两岸的Ⅰ～Ⅴ阶地堆积物零星分布。河床覆盖层厚1.0～35.8m。纵向上厚度较稳定，横向上以河床左侧最厚，向两岸逐渐减薄。组成物质为卵砾石夹砂层，含少量漂石，局部为粉细砂层，结构较紧密，卵砾石磨圆度好，成份基本上为远源物质，如花岗岩、大理岩等，纵向上基本连续，横向上局部分布。岸坡覆盖层，主要为崩坡积及残坡积块碎石土，分布比较广泛，厚度不大，一般厚5～10m。

2.3地质构造

枢纽区地处矿山梁子断裂与小高山断裂所夹持的打罗地质块体之上，其内部为向西陡倾（总体产状为近SN/W∠75°～85°）的单斜构造。地层倾向右岸，产状N10°～20°W/SW∠70°～80°。枢纽区经过多次构造运动，发育有断层及大量的错动带，裂隙亦十分发育。其中与坝基密切相关的规模较大的有F2、F5、F8等。断层破碎带宽度多大于1m，延伸长度一般大于500m，多由片状岩、压碎岩、角砾岩及石英脉组成，个别由节理密集带组成，顶底面或内部多有连续的糜棱岩及断层泥条带；裂隙多张开并充填钙膜、岩屑及少量泥。

根据结构面规模及构造作用强度将其分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，见表1。这些玄武岩的断层、错动带及缓倾软弱结构面对大坝坝基的抗滑稳定和变形稳定起着重要影响。

2.4岩体透水性

河床坝基基岩以弱透水为主，局部含微透水透镜体，浅表部为中等透水，弱偏上透水带底板埋深90～120m，高程1 105～1 075m，距建基面深61～91m，面起伏很大，其下的弱偏下透水带中含2条长约25m、厚10m的微透水带透镜体，不能构成稳定的相对隔水层。岸坡浅部为中等～强透水，深部主要为弱透水，左岸弱偏上透水带底板水平埋深在1 200m高程以上大于265m，右岸1 200～1 330m高程相应埋深为220～320m；两岸弱偏下透水带底板均很深，亦无稳定的相对隔水层。由此可见，河床及两岸均无q≤1Lu的稳定的相对隔水层；两岸坝肩地下水位低平，水位埋深大，两岸坝顶处与水库正常蓄水位等高的枯期地下水面水平埋深均较大，约390～400m；河床右侧上部承压水埋深浅，且与右岸竹子坝沟水有联系。据此特点，鉴于坝体的规模并综合考虑坝基岩体的透水性，有必要采取有效的防渗处理措施。

2.5岩体风化卸荷

坝区主要为坚硬的玄武岩，玄武岩自身抗风化能力较强，风化作用主要沿节理裂隙、构造错动带及断层扩展，以裂隙式风化或夹层状风化为主要特点，在浅部如有断层发育或裂隙密集带，风化作用强烈，多呈全～强风化。风化作用在空间上很不均一，但总体而言，由表及里，岩体风化由强变弱，风化夹层出现的机率减小。由于河谷下切，使岸坡向河流临空方向产生卸荷。根据某电站坝区勘探资料、灌浆试验钻孔及物探资料表明，岩体风化卸荷较强。总体而言，岸坡全强风化水平深度12～50m，弱风化20～90m。强卸荷深度一般7～35m；弱卸荷深度一般15～80m。

表1　坝址区结构面分级表

3　被灌区工程地质特征

表2　两试区岩体力学及渗透性指标改善情况表

官地水电站规模巨大，大坝对坝基及两岸岩体质量要求较高，大坝建基面在中高程以下全部置于微风化～新鲜岩体，中上部高程部分利用了弱风化下段岩体。尽管坝区玄武岩为坚硬岩类，强度高，但受构造及风化卸荷作用，岩体的完整性受到不同程度的破坏，形成岩体质量的差异，尤其是错动带、F8断层及影响带等的工程地质性质较差，其承载强度、变形模量和抗渗特性关系到大坝的安全，需要对其进行处理。结合左右坝肩岩体的分布、坝区基本地质条件及设计要求，同时考虑施工方便及雨季安全，经现场实地考察与研究，确定在左岸坝基范围的2#号坝段1 350～1 357.27m高程和右岸23#坝段1 288m高程选择了两个具有代表性的灌浆试区。①左岸试验区位于左坝肩2#号坝段1 350～1 357.27m高程的自然边坡，由管架搭设构成施工平台。主要灌浆对象是裂隙发育的Ⅲ3、弱上卸荷Ⅳ类岩体及F8断层构造带。②右岸试验区位于右坝肩坝轴线下游侧23#坝段，施工平台高程为1 288m。主要灌浆对象是弱卸荷Ⅲ3、Ⅱ类岩体。

表3　两试区岩体力学及渗透性指标改善情况表

4　灌浆试验成果初析

两试区岩体力学及渗透性指标改善情况见表2，两试区岩体力学及渗透性指标改善情况见表3。两试区单位注灰量（c）及透水率（q）随次序递减曲线见图4。

从表2数据可以看出构造带提高的幅度较大，但改善后的效果还不是很明显，岩体完整程度基本还是处于较破碎状态，对于是否由于受夹泥影响还需要做进一步的探明。而对Ⅳ类岩体、Ⅲ3类岩体灌浆后都起到一个靠近上一级的完整程度级别，但幅度不是很大。从波速成果分析表明，灌浆对岩体完整性仍具有一定的改善作用。可以看出灌后岩体的整体波速还是有了一定幅度的提高，灌后岩体的均一性也得到一定的改善，岩体的类别呈现向级别高的发展。表明了试区岩体中大部分裂隙面已被浆液充填，对碎裂岩体起到了重新胶结作用，使得岩体的完整性与均一性得到较大程度的改善，说明了灌浆能改善节理裂缝、断层（断层影响带）、刚性结构面及部分软弱夹层的性状，提高岩体的声波值。对左右岸的变形模量分析可以看出：两岸试区综合表现为岩体灌浆孔灌浆后Ⅱ类岩体孔内变形模量由灌前的13.1GPa提高到灌后的14.98GPa，提高幅度达14.4%；Ⅲ3类岩体由灌前的10.37GPa提高到灌后的12.92GPa，提高幅度17%；Ⅳ类岩体由灌前的5.17GPa提高到灌后的7.15GPa，提高幅度38.3%；构造带（F8断层）岩体孔内变形模量由灌前的无法测试提高到灌后的2.38GPa。灌浆处理后左右岸的Ⅱ、Ⅲ类岩体变形模量提高率基本一致，变化幅度在14.4%～19.60%，而对于Ⅳ类岩体变形模量提高明显，提高率近于40%。经过灌浆加固处理后，各试区各级岩体的变形模量均有不同程度的提高，并且岩体越破碎、岩级越低，其变形模量值提高幅度越大。表明了利用适宜的灌浆技术加固岩体并改善岩体质量从方案上讲是可行的。灌浆试验成果表明，Ⅱ、Ⅲ3类岩体的波速提高不明显，变形模量提高幅度稍大，岩体质量提高幅度有限，Ⅳ类和F8断层带的岩体完整性、均一性、强度均有明显的改善与提高。各级岩体灌后的透水率均能满足设计要求。

两试区单位注灰量（c）及透水率（q）随次序递减曲线图

从表3及图可以看出，两试区岩体力学及渗透性指标改善情况说明随着灌浆次序的增进，岩体逐渐被灌注密实，地层的均一性得到明显改善。单位注灰量均呈现Ⅱ序孔较之Ⅰ序孔递减明显，但Ⅱ序孔仍存在一定的吃浆量，说明上述贯通性较好的拉裂缝、节理裂隙或断层破碎带，在Ⅰ序孔灌浆完成后，便充填了一定的水泥且延伸较远，随灌浆次序的增进，对连通性较差，延伸较短的拉裂缝、节理裂隙和断层破碎带得到进一步灌注，从而使不同岩体结构（面）得到应有的改善，灌浆效果显著。根据两试区钻孔中水泥结石的不同埋深段的充填统计水泥结石及水泥膜主要充填在陡中节理裂隙中。因此表明节理裂缝、层间、层内错动带、刚性结构面、部分软弱结构面及断层影响带为主要的吃灰结构面。从表3还可以明显看出左岸检查孔的透水率也由先导孔的弱透水～中等透水提高到弱透水～微透水状态。灌浆后的岩体基本处于弱透水～微透水状态。由此表明随着灌浆次序的增加，左试区岩体的渗透条件也随之逐步改善。右岸岩体的完整性较好，且灌浆前的岩体的透水性相对左岸较好，随着灌浆次序的增加，右试区岩体的渗透条件也随之逐步改善。

5　结论

1）两个试区岩体在岩性、岩类、构造形式上具有较好的代表性。

2）两个试区灌后各级岩体的声波波速（Vp）、完整性系数（Kv）、变形模量（E0）均有不同程度的提高。对于构造带而言提高的幅度较大，但改善后岩体完整程度基本还是处于较破碎状态，改善效果不明显。

3）两试区岩体灌后的防渗透性能得到明显提高，岩体的透水性达到或接近相对不透水状态。

4）对于断层夹泥、错动带夹泥型、节理卸荷夹泥等独特地质现象，灌浆效果还有待进一步确定。

5）此次试验条件与坝基岩体灌浆施工在应力条件、边界条件、盖重条件方面尚存在着一定的差异，但本次灌浆试验岩体改善的效果总体比较明显，对今后的设计、施工具有重要的指导意义。上述坝基岩体可灌性初步分析的结论，在后续的坝基岩体开挖和灌浆工作过程中也得到了进一步论证。

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Analysis of Groutability in the Dam Foundation Rock Mass of the Guandi Hydropower Station

YU Xiao-hua
（Water and Electricity Engineering Quality Supervision Station， Water Resources and Hydropower Planning and Design General Institute， Beijing 100120）

This paper deals with engineering geological features of the Guandi Hydropower Station dam and grouting test results. The study indicates that test rock mass is representative of lithology and structure. The acoustic wave velocity （Vp）， intactness index （Kv）， deformation modulus （E0） and permeability of the grouted rock mass are enhanced .

dam foundation； groutability； engineering geology； hydropower station； Guandi

中国办好类号：［P642.3］A

1006-0995（2015）04-0601-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.029

2015-09-29

余晓华（1962-），女，四川成都人，高级工程师，主要从事水电水利工程地质勘察和管理工作