清江水库大坝工程地质问题及地基处理措施

马明芬

(永州市水利水电勘测设计院，湖南 永州 425000)

1 工程概况

清江水库位于江华县大石桥乡源口村，地处潇水三级支流清江流域清江河上游，距离大石桥乡8km，距离江华县城42km，有乡村公路或简易公路可直达坝址区，工程对外交通较为方便。

坝址以上控制流域面积17.38km2，干流长度为10.47km。水库正常蓄水位428.50m，正常库容427.3万m3；死水位387.40m，死库容4.4万m3；校核洪水位430.27m，总库容471.4万m3，最大坝高58.80m，是一座以灌溉为主，结合乡村供水等综合利用的小(1)型水利工程。

清江水库大坝河床左坝段基础开挖至370～381m高程，河床右坝段基础开挖至367～380m高程，该坝段范内已清除厚约7m的第四系砂卵砾石层及基岩强风化层，两岸坡段也清除了第四系残坡积层及强风化岩层，开挖范围按设计要求建基面已基本形成到位。

2 工程地质条件

2.1 基础岩性

清江水库大坝河床左、右坝段基础开挖已到设计高程，该坝段地层岩性为泥盆系中统跳马涧组上段(D2t2)中厚层泥质粉砂岩、中薄层砂岩、页岩互层，表层风化破碎、构造节理发育，经开挖建基面已到弱风化和微风化层，左坝段岩层产状为N2°W～N29°W.SW∠25°～34°，倾向下游略偏左岸。右坝段岩层产状一般为N8°W～N30°E.SW～NW∠25°～30°，倾向下游略偏右岸，局部岩层扭曲，倾角变陡至39°。

2.2 地质构造

清江水库大坝岩层属单斜构造，基础开挖揭露的不良地质现象主要有断层和节理。

2.2.1 断层

(1)F1断层产状为：N50°W.SW∠70°，倾向左岸，属压性断层，断层破碎带宽1.2～2.0m，分布在坝段上游齿槽坡脚上游侧边坡，与F2断层交汇在齿槽坡脚处。

(2)F2断层产状为：N34°W.NE∠76°，倾向上游偏右岸，属压性断层，断层破碎带宽0.5～2.0m，F2与F1断层于上游齿槽汇合后并沿N60°W方向斜穿大坝中部向下游河床，河床部位破碎带宽1.0～2.0m，岩石变得扭曲，由泥化的深灰色页岩和炭质页岩夹角砾物质组成，已中等泥化，结构松散，强度较低。

(3)F3断层产状为：N75°E～N77°W.SE～SW∠81°～85°，倾向左岸，属压性断层，横穿坝址，两侧岩石发生错动，断层破碎带宽0.1～0.2m，破碎带为深灰色页岩及含泥角砾岩充填，局部泥化，结构松散，强度较低。分布在河床中部上游齿槽的上游侧边坡，之后往S78°W方向延伸，延伸长度50～60m后与F2断层交汇。

(4)F4断层产状为：N44°W.SW∠54°，倾向左岸，属压扭性断层，斜穿大坝，断层破碎带宽0.1～0.2m，延伸长度55～60m，F4与F3断层于河床中部齿槽的下游侧边坡汇合后并沿正E方向延伸至齿槽的上游侧边坡，破碎带为深灰色页岩及含泥角砾岩充填，局部泥化，结构松散，强度较低。断层两侧岩层产状稍有变化。

2.2.2 节理

大坝河床及岸坡段基坑节理裂隙比较发育，以NWW向较发育，NE向次之，分述如下。

(1)NWW组：产状N80°～50°W·SW或NE∠44°～85°，与河流近于平行，与层面垂直，间距0.5～1.0m，宽1～5mm，延伸长1.0～5.0m，面较平直，多张开充泥，沿节理卸荷明显。沿该组结构面多形成陡坎，对边坡稳定不利。如节理JL3：其产状为N87°W～N56°W.NE∠56°～59°，该节理面主要倾向河床，目前此边坡已沿该节理面崩塌形成光滑的坡面。

(2)NW组：产状N30°W·NE∠80°，与河流斜交，间距0.3～1.5m，宽0～2mm，面平直，延伸长0.5～2.0m，部分充填泥质。

(3)NE组：N30°～60°E·SE或NW∠40°～85°，与河流呈小角度斜交，切层，间距0.5～1.0m，宽0.5～2mm。延伸长0.5～2m，面平直，多闭合无充填，为层面反倾向节理。如节理JL0：其产状为N39°E.SE∠40°，位于上游齿槽的上游侧顺向边坡，该坝段岩层倾向下游略偏左岸，随着齿槽往下开挖，形成临空面边坡，以致上游面顺层边坡失稳，局部塌方掉块，沿该节理面形成卸荷裂隙。

(4)NEE组：N54°～60E°·NW∠46°～83°，与河流呈小角度斜交，切层，几乎与岩层层面呈“X”型相交，间距0.5～1.5m，宽1～3mm。延伸长0.5～3m，面平直光滑，少数充填泥质，局部卸荷张开，切割面对岸坡稳定性影响较大。

3 大坝基础工程地质问题及地基处理措施

3.1 大坝基础

经施工开挖揭露，大坝基础地层岩性为泥盆系中统跳马涧组上段(D2t2)中厚层泥质粉砂岩、中薄层砂岩、页岩互层。该地层岩性软硬相间、表层风化破碎、构造节理发育，特别是NWW组、NEE组节理构造对边坡稳定不利。大坝基础主要工程地质问题是地基不均匀沉降问题、渗透稳定问题和边坡稳定问题。给出如下工程措施建议。

(1)对大坝基坑开挖施工安全影响范围内的边坡采用锚固及喷浆保护措施，锚固孔间距3m，锚固深度3m。

(2)大坝基础全断面布设梅花形灌浆孔进行固结封闭处理，灌浆深度深至建基面以下5m，孔排距为3m(国内工程采用值：孔排距2～3m，多数采用3m，孔深5～8m)，以增加岩体完整性，提高岩体弹性模量，减少基础沉陷，封闭裂缝，减少渗水，降低渗透压力。

(3)结合固结灌浆，在大坝上游齿槽进行帷幕灌浆防渗，防渗帷幕深至透水率q=3.0Lu值线，两岸延伸长度与相对不透水层相连，从坝前正常高水位428.50m起计算其延伸长度；最大坝高58.80m，属中坝，设置2排帷幕灌浆孔，当裂隙密集并有充填或软弱夹层时，可适当增加排数；帷幕灌浆孔间距2m(一般根据水头、基岩孔隙率和现场试确定，约等于单孔灌浆影响半径R的1.6～1.8倍，为2～4m)。

3.2 断层破碎带

对于基础开挖所揭露的断层F1、F2、F3、F4破碎带主要由深灰色页岩、炭质页岩夹角砾物质等组成，有中等泥化和结构松散的性质，力学强度低。存在不均匀沉降问题、抗滑稳定问题和渗透稳定问题。

给出处理措施建议：对断层破碎带进行抽槽及砼回填处理，以改善地基承载能力、增大其抗剪强度和增强抗渗性能。根据我国坝工建设经验，对于宽度小于2m的断层破碎带按常规方法抽槽，开挖深度h=(1.0～1.5)b(b为破碎带宽度)，建议该断层破碎带抽槽深度至建基面以下2.0～3.0m，然后埋管、混凝土填筑后再进行固结灌浆补强，灌浆深度深至建基面以下8m，孔排距为3m，并加强延伸至帷幕上游区10m。

3.3 齿槽上游侧边坡

齿槽上游侧边坡为顺层坡，受构造节理JL0影响，边坡应力释放，局部塌方掉块，沿节理面形成拉裂缝，齿槽上游侧边坡存在边坡稳定性问题。

工程措施建议：先用大块石压脚，然后增设锚固处理，根据工程经验类比，锚固深度6m，锚固孔排距3m，然后在齿槽内采用锚固补强处理，锚进深至原设计齿槽底板高程以下0.5m的完整基岩内。

4 结语

清江水库坝基岩性软硬相间、表层风化破碎、构造节理发育且存在穿越大坝的断层破碎带等不良地质问题。采用坝基全断面固结灌浆处理措施来改善基岩力学性能，提高岩体弹性模量，增进整体性和均一性，减少变形和基础不均匀沉陷，同时，还可以加强帷幕的防渗效能，封闭裂缝，减少渗水，降低渗透压力；对断层破碎带进行抽槽并回填混凝土处理后再进行固结灌浆补强，最后再对坝基进行帷幕灌浆防渗处理。大坝的不良地质问题经处理后，其工程地质条件可满足设计要求。