新疆吉音水库坝基岩石力学性质及筑坝施工技术

王 波

(新疆水利水电勘测设计研究院 检测试验研究中心, 新疆 昌吉 831100)

1 工程概况

新疆吉音水库位于新疆和田地区于田县境内的克里雅河干流上，坝址位于克里雅河支流乌什开布隆达里亚河与克里雅河干流吾格也克河交汇口上游800 m处，地理坐标为E81°32′，N36°12′。工程区距于田县城约120 km，其中县城至昆仑渠首为柏油路长60 km，昆仑渠首至工作区为简易砂砾石路面，长60 km，常被风沙堆积，工作条件差。

水库总库容0.83×108m3，控制灌溉面积4.715 3×104hm2[1]，拦河坝最大坝高125 m，电站装机24 MW，年发电量1.09×108kW·h。

新疆吉音水利枢纽工程为Ⅱ等工程。建筑物级别：拦河坝、表孔溢洪洞、底孔泄洪、冲沙洞、发电引水洞进口为2级，发电引水洞、发电厂房、尾水洞为3级，临时性建筑物为4级。

2 坝基工程地质

2.1 左岸趾板(桩号0-020～0+420 m)

桩号0-020～0+140 m段：该段方向66°，为山坡段，坡高约300 m，岸坡走向285°，自然坡度35°左右。地表基本为风积粉土覆盖，厚15～30 m，干密度1.24 g/cm3，结构松散至中密，该粉土层具中等压缩性、中～强的湿陷性；下伏基岩为中元古界灰绿色的斜长角闪片岩(Pt2)，岩体以块状结构为主，片理不明显。该段无大的断裂通过，发育4组裂隙：①310～320°SW∠40～60°，间距1～3 m，延伸长3～10 m，倾向岸内；②310～320°NE∠40～60°，间距1～3 m，延伸长3～8 m，倾向岸外；③270～280°SW∠30～50°，间距1～3 m，延伸长3～8 m，倾向岸内；④0～10°SE∠50～75°，间距0.5～3 m，延伸长1～3 m，倾向岸内。与趾板方向夹角分别为70°，70°，20°，60°，其中③组裂隙与趾板夹角较小，在开挖时对趾板边坡不利。该段基岩强风化层厚3～5 m，岩体较破碎；弱风化岩体厚8～10 m，岩体较完整，可满足趾板基础要求。岩体透水率q≤3 Lu界限在基岩面以下20～25 m。该段趾板边坡平缓，但粉土开挖厚度较大，一般20～30 m，基岩边坡整体较稳定，但由于裂隙的相互切割，存在一些小的块体。

桩号0+140～0+420 m段：为Ⅲ级阶地，阶面高程2 470～2 450 m。该段覆盖层分为两层，表层为厚20～30 m的风积粉土覆盖，粉土层具中等压缩性、中～强的湿陷性。中部为厚10～15 m的上更新统Ⅲ级阶地冲积砂砾石层，干密度2.20 g/cm3，相对密度0.74，结构密实，透水性k=3.0×10-3～8.8×10-2/cm/s，为中强透水。粉土作坝基础需清除，砂砾石层可作为坝基础，但需防渗处理。下伏基岩为灰绿色斜长角闪片岩，强风化层厚3～5 m，风化裂隙发育，呈碎裂结构；弱风化岩体厚10～15 m，岩体较完整，可满足趾板基础要求。坝基无大的断层分布，主要发育2组裂隙：①30°～40°SE∠70°～80°，间距2～3 m，延伸长3～10 m；②330°～340°SW∠70°～80°，间距1～3 m，延伸长3～8 m，闭合无充填。岩体透水率小于3 Lu界限埋深在基岩以下15～25 m。

其中，在桩号0+220～0+340 m段下部分布有古河槽，古河槽内为冰水沉积的下-中更新统含土砂砾石层，干密度2.15～2.28 g/cm3，相对密度0.81，结构密实，透水率k=4.8×10-4/～2.2×10-3cm/s，为中等透水。据物探资料及坝址测绘，古河槽段有F13断层通过，断裂带宽10～15 m，带内为碎裂岩及糜棱岩。

2.2 现代河床段(0+420～0+480 m)

现代河床深切，水面宽11 m，两岸为高35～50 m的基岩陡坡，岸坡走向260°，左岸天然坡度60°～80°，右岸天然坡度45°左右。基岩岩性为斜长角闪片岩，强风化层厚2～3 m，呈碎裂结构；弱风化岩体厚8～10 m，岩体较完整。河床中漂卵砾石层厚1 m左右，结构松散。趾板线无大的断层分布，主要发育2组裂隙：① 330°～340°SE∠70°～78°，间距2～3 m，延伸20～30 m；② 45°～75°SE∠60°～75°，岸坡较稳定。岩体透水率小于3 Lu界限埋深在基岩以下10～20 m。

2.3 右岸趾板(0+480～0+710 m)

右岸趾板，平均走向300°，位于河谷斜坡沟梁相间地段，坡高200余m，岸坡走向70°～80°，岸坡自然坡度40°～45°。沟梁相间地段处，沟内岩体较完整，梁处卸荷裂隙较发育，在桩号0+534、0+612点正上方分布有BT7及BT6两个潜在不稳定岩体。BT7上部至高程2 475 m，下部至高程2 465 m，垂直高度近10 m，顺河长15 m，总体积约5 000 m3。BT6上部至高程2 505 m，下部至高程2 385 m，垂直高度20 m，顺河长，总体积约1.5×104m3。该段地表大部分为厚3～15 m的粉土覆盖。粉土下部基岩岩性为斜长角闪片岩，强风化层厚3～5 m，呈碎块状；弱风化岩体厚8～10 m，岩体较完整。坝基无大的断层分布，主要发育3组裂隙：① 310°～330°SW∠30°～40°，延伸长5～20 m，裂隙间距0.3～1 m，倾向坡外，倾下游；②320°～330°NE∠30°～60°， 延伸长5～20 m，裂隙间距3～5 m，倾向坡内，倾上游；③30°～50°SE∠40°～70°， 延伸长5～15 m，裂隙间距3～5 m，倾向坡外，倾上游[2]。

坝基岩石物理力学性质及主要矿物成分详见表1、表2。

3 坝基开挖

3.1 左岸坝基开挖及处理措施

桩号0-020～0+140 m段坝基基础清除粉土层及基岩强风化层，趾板基础置于弱风化岩体上，坝壳基础需清除粉土层，局部边坡需采取锚喷处理措施。

桩号0+140～0+420 m段趾板坝基基础清除粉土层，砂砾石层可作为趾板基础，砂砾石层须做好防渗处理；坝壳基础需清除表部粉土层，砂砾石层可作为坝壳基础。

桩号0+220～0+340 m段断裂带属中、强透水岩体，其渗透变形属管涌型，允许渗透比降0.1～0.12，该段基础须对断裂带加强防渗处理。开挖边坡粉土层临时开挖边坡1∶1.2～1∶1.5，永久边坡1∶1.5～1∶1.75。基岩强风化层1∶0.5，弱风化层1∶0.3。

3.2 现代河床段坝基开挖

现代河床段坝基基础清除砂砾石层及基岩强风化层，将坝基基础置于弱风化岩体上，坝壳基础清除河床砂砾石层，将基础置于强风化层上。开挖边坡强风化层1∶0.5，弱风化层1∶0.3，砂砾石层1∶1.5～1∶1.75。

3.3 右岸坝基开挖及处理措施

右岸坝基3组裂隙与趾板边坡相互切割易形成小的块体，施工宜不陡于倾坡外倾角。若陡于节理倾角，须采取锚喷处理措施。岩体透水率小于3 Lu界限在基岩面以下25～35 m。

坝基基础开挖完成后，坝基和边坡未发现树根、草皮、洞穴、堆石、泉水、古坟等，风化层剥离达到设计要求，大坝座落在弱风化基岩上。边坡无较大的洼坑、突起和反坡。经现场联合验收，一致认为开挖后的坝基及边坡符合设计要求，质量优良，满足《混凝土面板堆石坝施工规范》(SL 49-2015)要求。

4 坝体填筑和碾压

坝体填筑采用爆破料进行填筑，填筑堆石料饱和抗压强度不小于30 MPa，软化系数不小于0.5，最大粒径不能大于铺筑层厚度的2/3，碾压后相对密度不小于0.85，不符合设计要求的堆石料严禁上坝，确保工程施工质量。

堆石坝的压实是控制施工质量的关键工序，由于筑坝石料的分散性，施工前必须按照《混凝土面板堆石坝施工规范》(SL 49-2015)要求进行碾压试验[3]，确定各种堆石料碾压施工参数，并对设计指标进行复核。

本工程筑坝前，进行了堆石料碾压试验，包括不同铺筑厚度、不同碾压遍数、不同碾压机械。根据碾压试验采用有关参数如下:堆石料铺筑厚度为0.8 m，采用YZT-22型振动碾，碾压6遍(不包括静压1遍)。

坝体填筑根据国家、行业标准、规范、设计要求及建设单位的规定，对以下项目进行检测：填筑密度检测25组，颗粒分析检测23组，渗透检测12组，汇总表详见表3-表5。

表3 坝体填筑密度检测汇总表

表4 填筑料颗粒级配试验结果汇总表

续表4

表5 坝体填筑渗透试验结果汇总表

综上所述，本单位试验室对新疆吉音水库混凝土面板坝工程进行了坝体填筑堆石料碾压密度、颗粒级配、渗透等试验，检测结果均符合有关规范、设计技术(质量)要求。

2016年8月，新疆吉音水库坝体填筑通过对工程现场和施工资料的检查验收，合同约定的工程建设内容已全部完成，质量等级为优良，按期完成建坝任务，资料完整、齐全，准确无误，符合设计及规范要求。

5 结 语

1) 右岸趾板上部为沟梁相间地段，小梁处卸荷裂隙较发育并分布有BT6及BT7，其总方量约2×104m3，危及趾板安全，须结合清坡处理以及采取锚喷措施。

2) 趾板基础需清除粉土层及基岩强风化层，趾板基础置于弱风化岩体上；坝壳基础需清除表部风积粉土层，基础置于强风化岩体上。粉土层临时开挖边坡1∶1.2～1∶1.5，永久边坡1∶1.5～1∶1.75。基岩强风化层1∶0.5，弱风化层1∶0.3。

3) 混凝土面板堆石坝坝基开挖、坝体填筑过程中，根据设计岩石物理力学参数指标，严格控制施工质量，按照《水利水电工程岩石试验规程》(SL 264-2001)、《混凝土面板堆石坝施工技术规范》(SL 49-2015)和设计标准进行自检和抽检，各项指标均应符合设计要求。

4) 本文主要介绍坝基岩石力学特性，堆石坝的压实是控制施工质的关键工序，由于筑坝石料的分散性，施工前按照碾压试验技术大纲进行了碾压试验，为工程施工提供了技术指标[4]。