葠窝水库坝基岩体质量分析评价

丰亚丽

(辽宁省盘锦水文局，辽宁 盘锦 124010)

1 概 述

根据葠窝水库的详细调查和坝基基础的开挖，确定其岩性主要为前震旦系的变质岩，产状为350°SW∠65°-70°，与坝轴大致平行，坝基的主要岩性特征如下：

1)石英变粒岩为灰黑色，呈隐晶质，致密结构，高岩石强度和硬度，耐风化力强，在坝址广泛暴露。

2)黑云母石英花岗岩为新鲜岩石，呈浅灰色，其风化岩石为浅黄色，岩体较为发达，但其耐候性相对较弱，大部分分布在左岸坝基上。

3)云母绿泥石片岩为黄绿色，但其耐候性相对差，形状比较明显，风化程度较深，呈条带状分布在在坝址处。挖掘施工发现如果有云母绿泥石片岩段，它们都显示出深风化槽或风化囊形状。

4)石英岩脉：乳白色，沿缝隙侵入，分布宽度约1-5cm，分布在4号和5号坝段，周围岩石及岩脉的结合及其紧密[1]。

2 坝段构造特点

断层结构在坝址处形成，结构线主要是以坝体轴线的推断层和逆断层及平行坝轴的剪切节理为主，由于断层结构断裂，坝址区的岩体大部分已经破碎。由大坝基础的开挖揭露了35个不同大小的断层，断层宽度从0.05到1.80 m变化不等，延伸的长度最小约为10 m，最大长度超过200 m，它们中的大多数平行于大坝轴线，并贯穿整个大坝基础。根据分布位置，断裂性质，发生周期和发生特征，可将坝址区域的断裂断裂带大致可分为6组。

2.1 右岸坝肩贯通河床断层

该断层在N20°-29°E，趋于NW，倾角为58°-71°，是具有平推特性的逆断层。例如F26、F17、F18和F01-06、F09-10，每个断层的间距在1到16 m之间。断层断裂带的宽度沿延伸方向变化很大，较小的断裂带<1 cm，而宽度>1 m。断层可分为断层泥及断层角砾岩，除F18外，此该断层对泄漏的影响很小。

2.2 坝基轴线的河床附近的断层

该组断层走向N20°-28°W，趋势为SW，倾角为55°-75°，为逆断层[2]，断层的分布宽度是不同的，断裂带5-8cm处有裂缝，断裂带宽约为1.0m。这组断层主要是由F40组成，跨越8号-24号坝段，其次是7条F59-63和F40-41，断层平行间距一般为2-4m和8-10m。

2.3 坝基平推断层

平推断层大部分较平坦的，走向N20°-30°W，倾向为SW，倾角为57°-65°，断层破碎带的宽度约为0.4-1.4m，且断层物质较为明显，F65分布在25-31号坝段处是该组断层的主体，另外，还有一些小断层。

2.4 左岸斜穿坝线断层

该断层走向为N38°-42°E，倾向于SE，倾角58°-67°，属于具有平推性的逆断层，该组断层由五个大小和宽度不同的断层组成，这些包括F10、F10-1、F64、F8和F8-1，每个断层的总间距为8m，最大间距为15m，由于岩石的破裂，断层致密，并与大坝的上游和下游连通，因此对大坝的稳定性和渗漏影响很大[2]

2.5 垂直坝轴断层

该断层走向为N75°-85°E，倾向为NW，倾角46°-74°，由一组较小的正断层组成，延伸较短，断层断裂带相对狭窄，一般宽度仅有20-40cm。

2.6斜坝基础小断层

该组中的断层主要包括F16坝段的10号-12号，F39的20号和21号，F10的29号，走向 N48°-54°W，向SW倾斜，倾斜角度为70°-72°。断层上形成刮痕，断层泥和碎石块，宽度为4-40cm，它相对于坝线倾斜，但不穿透上下坝的基础。

3 坝基岩体的风化特性

大坝基础调查结果表明，风化岩石随着深度的增加而逐渐减小[3]。坝址各部位风化岩随深度变化规律见表1。

表1 不同部位风化岩随深度变化规律

不同的岩性具有不同程度的风化作用，通常，在坝址上的花岗石的风化程度没有显着差异，相比之下，绿泥石片岩的耐候性极差，快速风化，其风化变质程度深，左岸和电站厂房下游河床坝段下游的绿泥石片岩弱风化层埋藏深度为10-13m，是该地区弱风化层埋藏深度的1倍以上，在坝基开挖后，右岸1-4号坝底面为弱风化岩石顶面，5-23号坝段为河床坝段，坝体各段开挖面不平坦，高差约1.5m，灌浆廊道和排水廊道开挖深度相对较大，基岩面高程基本控制在53m和55m，其轴线呈槽形，相对坝体基础宽度为8-9m，深度为3-4m，左岸24号-31号坡段的底面为弱风化岩石顶面。根据以上坝基开挖分析，大部分坝段建在弱风化岩石的中上部，小部分坝段建在弱风化岩石的下部和顶部，大坝基础开挖深度不大[4]。

4 坝基岩体抗剪强度试验

在调查期和施工期，对岩性为石英及云母石英变粒岩两个岩性微风化岩和弱风化岩进行了许多力学测试。其试验成果详见表2-表4。

表2 石英变粒岩抗压强度试验成果表

抗剪强度试验成果见图1-图4。

图1 剪应力-垂直应力(τ-p)关系线图(抗剪断-第Ⅱ阶段)

图 2 剪应力-垂直应力(τ-p)关系曲线图(抗剪断-第I阶段(末尾值))

符号说明；×-新鲜岩石；△-片岩；O-变粒岩的；微风化岩；●-变粒岩的；弱风化岩图3 剪应力与垂直应力(τ-p)关系线图(抗剪试验-第Ⅱ阶段)

图 4 剪应力与垂直应力(τ-p)关系曲线图(抗剪试验-第I阶段(末尾值))

试验阶段新鲜变粒岩石新鲜的绿泥石片岩微风化变粒岩强风化变粒岩抗剪断试验第Ⅰ阶段末尾值第Ⅱ阶段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抗剪试验第Ⅰ阶段末尾值第Ⅱ阶段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

技术设计阶段根据有关试验成果对坝基不同岩性变形模量提出建议值，见表4。

表4 坝址不同岩性及构造带变形模量建议值表

5 坝基岩体质量分析评价

岩体强度、风化程度及完整性和环境湿度影响是影响坝基岩体质量的主要因素。考虑到以上的因素，对坝基各坝段的岩体进行定量分析和评价。见表5。

表5 各坝段岩体质量评价表

从表5可知，葠窝水库坝基弱风化岩岩体质量中等，属于Ⅲ级岩体，岩石质量较好，略受水的影响，岩体质量受岩体完整性和风化程度控制，对坝体抗滑稳定影响较大。

根据现行《工程岩体分级标准》，对坝基各坝段岩体质量进行评定。坝址岩石抗压强度试验结果表明，坝基各坝段变粒岩以弱风化为主，抗压强度平均值均>100MPa，属于坚硬岩。采用规范中岩体质量指标(BQ)计算公式：

BQ=90+3Rc+250Kv

(1)

式中：Rc为岩石单轴饱和抗压强度，MPa；Kv为岩体完整性系数。

计算结果见表6。

表6 各坝段岩体质量评价表

根据表6岩体质量指标，对坝基岩体进行质量分级，其中1号-3号坝段坝基岩体为Ⅱ级，其它坝段坝基岩体为Ⅲ级。

表7 各坝段坝基表层岩芯采取率及RQD值统计表

从表7统计结果可以看出，大多坝段坝基岩芯采取率低于85%，采取率低于70%的坝段就有5个坝段；完整率(RQD)< 50%的坝段有24个，其中<20%的坝段有13个，<5%的坝段有7个。总体上可以看出，坝基岩体完整性从右岸向左岸逐渐变差，坝基岩体质量较差，基本以Ⅳ级岩体为主，Ⅲ级岩体相对略少。

6 结 语

经分析可知，坝体混凝土骨料级配不均，粗细相差悬殊。因技术标准的限制，未检测到聚集碱的活性，混凝土中有小气孔，这些孔是部分致密的，并且致密性不足，从而严重威胁了大坝的安全。坝基岩体完整性从右岸向左岸逐渐变差，坝基岩体质量较差，基本以Ⅳ级岩体为主，Ⅲ级岩体相对略少。