观音岩水库工程碾压混凝土拱坝建基面(河床段)抬高论证

胡大彪, 龚登峰

(贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州 贵阳 550002)

观音岩水库工程碾压混凝土拱坝建基面(河床段)抬高论证

胡大彪, 龚登峰

(贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州 贵阳 550002)

根据观音岩水库拱坝建基面(河床段)开挖揭露地质条件,运用单、跨孔超声波以及电磁波CT测试、岩石试验等勘察手段,进一步对岩体风化线、岩体质量、力学参数进行复核,从而论证建基面抬高的地质条件。

拱坝;建基面;抬高

1 工程概况

观音岩水库工程位于贵州省六盘水市水城县阿戛乡境内的巴都河上,坝址区位于牛场坝上游至观音岩河段上,距离水城县58.5 km,距离阿戛乡约16.5 km。

大坝为碾压混凝土双曲拱坝,初步设计最大坝高109 m,坝顶高程1 434 m,最低建基面高程1 325 m,水库正常蓄水位高程1 430 m,库区迴水长5.65 km,正常蓄水位对应库容1 980万m3,总库容2 167万m3,死库容251万m3,兴利库容1 532万m3,工程规模为中型,工程等别为Ⅲ等。

2 前期勘察成果

2.1 坝址地形及地层岩性

坝址河床高程1 337～1 340 m,河谷为基本对称“V”型谷,左岸为顺向坡,右岸为逆—斜向坡。左岸总体为一凸出的山脊地形,地形坡度多>60°;右岸高程1 382 m以下坡度>64°。

大坝地基出露岩性为三叠系下统永宁镇组第一段第三层(T1yn1-3)灰色、浅灰色中厚层灰岩夹薄层泥质灰岩、少量泥灰岩,河床冲洪积砂卵砾石层厚2～7 m,结构松散。

2.2 构造及结构面

坝区为岩层单斜,岩层倾向上游偏右岸,为横向谷,岩层产状为185°～200°∠55°～66°。岩体结构总体为层状,层面发育。两岸裂隙面中等—弱发育,裂隙随深度加深而连通率逐渐降低。

2.3 溶蚀风化状况

强风化带结构面溶蚀风化强烈,风化裂隙发育,完整性较差,力学强度低;弱风化带(裂隙性溶蚀风化)上带沿结构面溶蚀风化现象较普遍,岩体完整性受溶蚀风化影响明显,强度略有下降;下带沿部分结构面有溶蚀风化现象,溶蚀充泥或夹泥膜现象少见,岩体完整性受结构面溶蚀风化影响轻微,岩体强度降低不明显。河床强风化带深度5～9 m,弱风化上带深度9～12 m,下带深度12～15 m。

2.4 岩溶水文地质条件

坝区岩溶整体发育较弱,通过地质测绘、钻孔、物探及平硐等勘察手段未发现有地表及隐伏溶洞发育,岩溶现象主要为岩体表层的溶蚀风化。

2.5 坝基岩体工程地质分级

根据坝区试验资料、钻孔声波资料、平硐声波资料等,结合工程地质情况,参照《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487—2008)中附录V——坝基岩体工程地质分类,坝区弱—微风化岩体中灰岩属BⅢ2-Ⅲ1类岩体,泥质灰岩属BⅣ类岩体,泥灰岩属CⅣ类岩体。

2.6 综合评价

根据前期勘察资料,河床在1 325 m高程以上弱风化岩体裂隙较发育,岩体完整性差,呈镶嵌碎裂结构;1 325 m高程以下岩体完整性好,仅局部裂隙较发育,相应力学参数满足建坝要求。所以初设建基面选择为1 325 m,坝基承载力、变形模量均能满足设计要求,对穿过坝基的软弱夹层、破碎带及溶蚀风化岩体必须加强处理。

3 问题的提出

大坝河床段开挖至1 330 m高程时,根据揭露地质条件,两岸河床段(A、C区)建基面岩体为微新状态;河床段(B区)为强风化岩体。项目总承包方基于坝基河床段建基面地质条件较好以及施工工期较紧的客观原因,要求勘察设计单位对建基面(河床段)抬高进行专项论证工作。

4 施工阶段建基面地质分析及评价

大坝B区已经开挖至1 327～1 328 m高程,两岸A、C区已经开挖至1 328.5 m高程(见照片1)。主要勘察手段:现场开挖揭露地质条件编录、物探钻孔声波检测、CT对测和岩石试验。

照片1 河床基坑开挖全貌照片(从左往右照)Photo 1 Panorama photo of foundation pit excavation

4.1 河床段坝基开挖地质条件

(1) 河谷形式:基坑开挖后,河床为斜向谷,岩层倾向上游偏右岸。

(2) 岩性及岩层厚度、分布情况:施工开挖揭露,坝基岩体主要为T1yn1-3灰色、浅灰色中厚层灰岩,在河床出露两层连续性较好的泥灰岩、泥质灰岩,厚1～1.5 m,其余区内有少量泥灰岩、泥质灰岩出露,但连续性差,一般厚5～10 cm,进入微新岩体后,逐渐尖灭。施工开挖揭露,河床砂砾石层分布不均一,左岸较浅,右岸较深,一般厚1～7.5 m,右岸河床带下限高程在1 330.5 m左右,宽2 m,比初设最低高程低了1 m左右(见图1)。

(3) 地质构造:开挖揭露坝基无断层发育,无较大溶蚀裂隙发育,岩层倾向上游偏右岸,岩层产状为180°～195°∠55°～66°。裂隙面中等—弱发育,多为方解石脉填充,基坑主要发育裂隙5组,4组陡倾角,1组缓倾角。①N10°～40°E/NW∠60°～80°,与岩层走向近似垂直,主要分布在河床A区,延伸长3～20 m,线密度1～2条/m,裂面多闭合,多为方解石脉及岩屑充填,方解石脉宽一般1～8 cm,影响带局部达1.2 m;②N5°～25°E/SE∠60°～80°,与第①组走向基本相同,倾向相反,主要分布在C区,多为方解石脉及岩屑充填,延伸长一般2～5 m;③N60°W/SW∠80°～85°,与层面小角度相交,在河床及左岸水平段发育,裂隙一般延伸2～4 m,多闭合,局部少许方解石脉充填,裂宽0.2～2 cm;④N65°E/SE∠70°～75°,与第③组成X节理,主要分布在河床A区,一般延伸3～5 m,性质和第③组类似;⑤N30°～60°E/NW∠10°～40°,为缓倾角裂隙,一般延伸1～3 m,多闭合,局部张开,张开宽0.1～1.5 cm,胶结好,规模小。总的来说,坝基裂隙规模小,对建基面抬高无较大影响。

图1 拱坝下游立视图Fig.1 Elevation view of lower reaches of arch dam

(4) 风化分带:施工开挖及地质编录发现,河床段约15 m宽范围内(B区),岩体溶蚀风化差异大,岩体强风化层厚度在1.5～8 m之间。靠近河床左岸岩体破碎,风化裂隙发育,强风化较深;靠近河床右岸岩体强风化较浅,岩体较完整。岩体强风化下限高程约在1 329～1 330 m之间,弱风化带厚4～6 m,下限高程约在1 324 ～1 327 m之间。河床段强风化范围较初设大,下限与初设基本一致,弱风化带深较初设浅了2～4 m(见图1),弱风化带变浅为建基面抬高奠定必要条件。

(5) 岩溶水文地质条件:通过大坝基坑开挖、物探CT测试及地质编录可知,基坑未发现有地表及隐伏溶洞发育。

4.2 物探测试

物探测试共完成了基坑左(A区)、中(B区)、右(C区)三个区域共四组,每组3个声波孔,1深2浅,共计12个钻孔声波测试(见图2)。基坑检测运用了单、跨孔超声波以及电磁波CT测试手段。

图2 坝基素描及物探声波测试孔、CT对测布置图Fig.2 Sketch of dam foundation,acoustic test hole and CT test plan

(1) 超声波测试结果得出:在坝基A、C(左岸水平段 、右岸水平段)区内,在孔深1.6～2.2 m以上,高程在1 328.5～1 329 m以上,大部分岩体波速<3 500 m/s,该高程范围内岩体较破碎,推测为爆破松动圈,以下岩体波速普遍>5 000 m/s,该高程范围内岩体完整;在坝基B区(河床段)内,高程1 328 m以上大部分岩体波速<3 500 m/s,该高程范围内岩体较破碎,节理、裂隙发育,为强风化带岩体;1 328 m以下岩体波速普遍>5 000 m/s,该高程范围内岩体完整。

(2) 通过电磁波CT测试成果可知:坝基在1 327.5 m高程以下岩体电磁波吸收系数<0.3 dB/m,该区域测试深度范围内未见岩溶异常,岩体完整;1 327.5 m高程以上呈现多处吸收系数>0.7 dB/m的高吸收率异常区域,该区域内岩体较破碎。

(3) 综合分析,坝基河床段下部无深部岩溶发育,岩体完整。

4.3 与初设成果比较及评价

河床基坑地质条件与初设资料基本一致,以灰岩为主夹少量泥质灰岩及泥灰岩;岩石层面结合较好,与初设资料吻合;缓倾角裂隙延伸短,规模小,无软弱夹层及泥化夹层分布,进入弱风化岩体后裂隙弱发育且胶结良好,多为方解石脉充填,与初设一致;开挖后建基面岩体为弱风化—微风化岩体,弱风化下限相对初设资料有明显抬高,优于初设资料;基坑内未见岩溶现象,与初设阶段预测情况吻合;基坑未见较大冲刷深坑,无地质缺陷问题;A、C区岩体风化状态已是微风化—新鲜基岩,岩体质量总体上要优于初设确定的岩体质量,B区开挖至1 327 m已处于弱风化下带。

4.4 坝基岩体物理力学参数复核

(1) 施工图阶段所取岩样试验值:施工图阶段在河床基坑取泥灰岩块石样共计12件(取样位置见图2),取样高程约为1 329 m,饱和抗压强度试验值为33.86～41.67 MPa,根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)附录E,计算求得岩石饱和抗压强度的标准差σφ=4.057,平均值φk=38.4,变异系数δ=0.106,由(E.0.1-4)得出岩石饱和抗压强度的统计修正系数为:

岩土参数标准值:frk=ψφ×φk=0.805 9×38.26=36.26 MPa。

(2) 初设及施工图阶段岩样试验值对比:由表1可知,施工图阶段灰岩及泥灰岩试验指标均高于初设试验值,坝基河床段1 327～1 328.5 m高程泥灰岩饱和抗压强度为34～41 MPa,承载力满足建坝要求。

表1 初设与施工图岩体物理力学指标对比表

4.5 地基承载力

根据计算,最大主压应力为441.531×104Pa,发生在1 375 m高程拱冠下游面。坝基、坝肩岩体为T1yn1-3灰岩夹泥质灰岩及少量泥灰岩,试验值表明,综合允许承载力为4～4.5 MPa,可满足坝体最大承载力设计要求。

5 结论

根据上述分析,坝基岩体完整性较好,强度高,岩体呈弱—微新状态,承载力满足建拱坝要求,具备建基面抬高的地质条件。左岸(A区)建基面为1 328.5 m,处于微新—新鲜岩体内,河床(B区)建基面为1 327～1 328 m,上游为1 327 m,下游为1 328 m,处于弱风化下带,右岸(C区)建基面为1 328.5 m,处于微新—新鲜岩体内。

拱坝河床段建基面抬高是合理、必要的,不仅节约了施工工期,为次年填筑至安全度汛高程赢得了宝贵时间,而且节省工程投资159.93万元。

[1] 中华人民共和国水利部.水利水电工程地质勘察规范:GB 50487—2008[S].北京:中国计划出版社,2008.

[2] 崔进,赵继勇,周道模,等.立洲碾压混凝土拱坝建基面高程优化设计[J].贵州电力技术,2015,18(1):11-14.

[3] 王毅鸣,苏岩,邓毅国.天花板水电站拱坝建基面选择及优化调整研究[J].水力发电,2011,37(6):9-12.

[4] 王旭红,施裕兵.沙牌水电站碾压混凝土拱高坝建基面的抬高[J].水电站设计,2003,19(4):69-71.

[5] 武兴亮,欧波,刘子金.黔中水利枢纽一期工程大坝趾板建基面(河床)优化方案[J].中国水运,2012,12(9):150-151.

(责任编辑：陈姣霞)

The Demonstration of RCC Arch Dam Foundation(Riverbed)Elevation in Guanyinyan Reservoir Project

HU Dabiao, GONG Dengfeng

(InstituteofWaterConservancyandHydroelectricityofGuizhou,Guiyang,Guizhou550002)

According to geological conditions which are excavated in the Guanyinyan reservoir arch dam foundation(riverbed),the paper rechecks rock weathering line,rock quality,mechanics parameters by the exploration means of single,across hole ultrasonic and electromagnetic wave CT test,rock test etc.,and then demonstrates the geological conditions of dam foundation elevation.

arch dam; foundation plane; elevation

2016-05-13;改回日期:2016-05-26

胡大彪(1984-),男,工程师,水文与水资源工程专业,从事水利水电勘察工作。E-mail:406120479@qq.com

TV642.4

A

1671-1211(2016)03-0352-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.025

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160530.0937.014.html 数字出版日期:2016-05-30 09:37