落久水利枢纽工程副坝断层勘察及坝基处理

彭成居

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 工程概况

落久水利枢纽工程位于融水县城北东约8.0 km的贝江河谷上，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、供水、发电及航运为一体的综合性水利枢纽工程，为贝江干流规划七级开发方案的第六个梯级。水库正常蓄水位为153.5 m，防洪水位161.0 m，校核洪水位161.13 m，总库容3.46 亿m3，属大（2）型水库，工程等级为Ⅱ等，主要建筑物有主坝、副坝、电站厂房及灌溉供水建筑物等。

落久水利枢纽工程副坝位于库区中下游右岸榄口以南的沟谷地带地表分水岭处，为挡水重力坝，坝顶高程为161.8 m，坝顶长117 m，坝顶宽5.0 m，最大坝高15.8 m，分为7 个坝段。副坝坝址区工程地质条件复杂[1]，坝址位于江门复式向斜落久次一级向斜的西翼上，岩性从左到右主要发育有寒武系清溪组页岩、炭质页岩夹极薄层状砂岩、中厚层状灰岩、泥质灰岩夹薄层状炭质泥岩，震旦系中统富禄组绢云千枚岩，钙质板岩夹砂岩。岩性种类较多，岩层产状走向大致为NE30°～40°，倾向北西，属地层倒转现象，倾角30°～55°。资料显示[2]，区域性大断层拉马-龙美断裂从副坝穿过，断层编号F4。该断裂展布于拉马、小荣、永乐、龙美一带，断裂走向NNE20°，倾向NW 或SEE，倾角35°～65°。F4断层在副坝坝址区走向NE15°～25°，倾向NW，倾角65°～80°。

2 断层的综合地质勘察与评价

由于副坝坝址存在区域大断层，岩体较为破碎，对重力坝的修建影响很大，因此，在前期勘察工作中，为了更加准确细致地查清区域大断层的发育位置及断层破碎带的工程地质性质，采用了“先全面再勘探验证”的勘察思路，通过工程地质测绘、物探、钻探等多种勘察手段相结合，针对性地查明区域大断裂的位置、宽度、工程地质性质等影响副坝稳定的关键因素。

首先运用工程地质测绘和物探手段，查明区域大断裂在坝基的位置及宽度，然后采用钻探和现场原位试验对断层的性质进行了勘察，结合室内试验获取断层破碎带的物理力学参数，为后续坝基处理提供可靠的参考依据。

2.1 工程地质测绘

首先，结合前期勘察资料，对工程区进行了测绘，尤其对断层破碎带开展了详细的工程地质测绘工作，以了解工程区整体地质情况。工程地质测绘发现，工程区左岸出露泥质灰岩、硅质泥岩、炭质页岩，右岸地层岩性为千枚岩，且两岸地层产状差异明显，沟谷坡脚位置零星出露断层角砾岩，胶结良好。经查阅区域地质资料复核后，确定该位置存在区域断层，并初步了解了断层存在的位置。

2.2 物探成果分析

为查明断层的具体位置及发育宽度，在垂直于断层走向上布置了“FW1～FW4”4条高密度电法剖面。各剖面根据对应的视电阻率等值线图成果分析如下：

2.2.1 FW1～FW1＇剖面

FW1～FW1＇剖面长569 m，在副坝轴线上游约260 m 处平行轴线布置，与FW2～FW2＇剖面相交于148 m处，视电阻率等值线如图1所示。由图1可得，在剖面285～318 m 处存在异常FW1（Y1），电性特征是等值线呈陡坎状往下深切，视电阻率横向梯度变化明显，存在电性差异，推测此处为断层破碎带或岩性分界线。

图1 FW1～FW1＇剖面视电阻率等值线

2.2.2 FW2～FW2＇剖面

FW2～FW2＇剖面长为535 m，在副坝轴线上游约195 m 处布置，与FW1～FW1＇剖面相交于144 m 处，视电阻率等值线如图2 所示。由图2 可得，在剖面260～292 m 处存在异常FW2（Y1），电性特征是等值线呈陡坎状往下深切，从浅部至深部带状范围内，从小号至大号等值线逐渐起伏变化较明显，异常带范围内视电阻率纵向梯度变化明显，存在电性差异，推测此处异常是断层破碎带或岩性分界线的反映。

图2 FW2～FW2＇剖面视电阻率等值线

2.2.3 FW3～FW3＇剖面

FW3～FW3＇剖面长为546 m，在副坝轴线上游约45 m处大致平行轴线布置，视电阻率等值线如图3 所示。由图3 可得，在剖面270～298 m 处存在异常FW3（Y1），电性特征是等值线似陡坎状向小号方向往下深切，从浅部至深部带状范围内，从小号至大号等值线逐渐起伏变化较明显，异常带范围内视电阻率纵向梯度变化明显，存在电性差异，推测此处为断层破碎带或岩性分界线。

2.2.4 FW4～FW4＇剖面

FW4～FW4＇剖面长为525 m，在副坝轴线上游约55 m处大致平行轴线布置，视电阻率等值线如图4 所示。由图4 可得，在剖面251～278 m 处存在异常FW4（Y1），电性特征是等值线似陡坎状向小号方向往下深切，从浅部至深部带状范围内，从小号至大号等值线逐渐起伏变化较明显，视电阻率纵向梯度变化明显，存在电性差异，推测此处异常是断层破碎带或岩性分界线的反映。

图4 FW4～FW4＇剖面视电阻率等值线

综合以上物探成果分析可知，落久水利枢纽工程榄口副坝存在断层破碎带，其位置可由物探成果所得的FW1（Y1）、FW2（Y1）、FW3（Y1）、FW4（Y1）4 处视电阻率异常区确定，近南北向发育，由右岸倾向左岸。

2.3 钻探成果分析

为复核物探所揭示的断层破碎带位置，进一步查明副坝坝基断层破碎带的性状及透水性，针对性地布置钻孔开展进一步的勘察及原位试验。钻探成果显示，断层内部硅化带宽约4 m，劈理化带宽约9 m，物质组成为灰黑色泥质与硅化物质的混合，泥质劈理有定向性。根据断层相关节理及劈理、透镜体发育情况判断此断层为逆断层。此外，在左岸发育一分支断层F4-1，主要表现为岩体具有明显挤压破碎现象，常见有构造擦痕和错动面，破碎带成份以泥岩、砂岩为主，胶结较紧密。坝轴线处断层破碎带与坝体位置关系如图5所示[1]。

图5 断层破碎带与坝体位置关系

依据物探及前期勘探成果，基本确定F4断层穿过6＃坝块和7＃坝块刺墙段下方坝基，位于F4断层之上的ZK32和ZK33钻孔揭露地质情况显示，岩芯呈岩粉状或砾砂状，为灰黑色泥质与硅化物质混合体，重力触探击数17～59 击，一般贯入20～60 cm，就会发生触探反弹。实测平均锤击数39.1击，校正击数25击。查表可知，断层破碎带F4承载力特征值fak为680 kPa，变形模量E0为52 MPa。ZK33 孔对F4断层做了多段注水试验，渗透系数K为（0.7～1.0）×10-4cm/s，为弱透水层。

根据ZK1 钻孔资料，F4-1断层穿过1＃坝块坝基下方，断层破碎带由断层角砾岩、压碎岩、透镜体组成，泥质胶结，胶结较为紧密。现场增加ZK23钻孔对F4-1断层地质情况进行补充勘察，结果显示，岩芯多为颗粒状，粒径常为0.3～1 cm，少量为粉砂和碎块状，机械扰动后岩芯易散，天然状态下较密实。钻进期间孔口回水正常，终孔水位平孔口，且长时间未见明显下降，表明断层破碎带胶结较紧密，渗透性微弱。重力触探试验实测断层破碎带平均锤击数大于50击，校正击数30.5击，查表可知，断层破碎带F4-1承载力特征值fak为740 kPa，黏聚力c为22 kPa，内摩擦角φ为34°，变形模量E0为59 MPa。

综合来看，该断层规模较大，属逆断层，后期活动性不明显。受断层地质构造影响，坝基处岩体风化较深。

3 施工阶段坝基地质条件揭露情况及处理措施

副坝施工阶段坝基开挖揭露的地层岩性与前期勘察成果基本一致，但由于受F4-1和F4断层影响，河床坝段坝基岩体完整性较勘察成果稍差。地质人员根据施工开挖揭露情况，对坝基参数进行了适当的调整，并提出施工过程中需对全段坝基进行了帷幕灌浆和固结灌浆处理，对建基面断层与软弱夹层、破碎带进行了采取槽挖深挖处理的措施[3]。

左岸1#坝段斜坡段为弱风化灰岩夹薄层状炭质泥岩，中硬岩，岩体工程地质分类属BⅣ类；1#坝段水平段桩号0+014 之前为硅质岩，桩号0+014 之后为F4-1断层角砾岩，胶结紧密，岩体工程地质分类属Ⅴ类。经处理后建基面地基强度满足设计要求。

2#坝段建基面为F4-1断层破碎带，岩性为断层角砾岩，岩体破碎。3#坝段为F4-1断层影响带灰岩碎块石夹黏土，岩体破碎，两坝块岩体工程地质分类均属Ⅴ类。根据坝基开挖地质情况，对2#坝段和3#坝段坝基采取下挖2 m 铺设钢筋网、换填C15 混凝土来对坝基进行处理。经处理后建基面力学强度满足设计要求。

4#、5#坝段岩体受F4-1和F4断层影响，岩体较破碎，岩体工程地质分类属BⅣ类，经处理后建基面地基强度满足设计要求。

6#坝段位于河床部位，岩性为F4断层角砾岩，岩体破碎，岩体工程地质分类属Ⅴ类，根据开挖情况，桩号坝0+087.5～坝0+097.5溶槽发育，溶槽内充填块石和灰黄色黏土，采用挖槽回填混凝土，铺设钢筋网。经处理后建基面力学强度满足设计要求。

右岸7#坝段斜坡段为全～强风化云母千枚岩，受F4断层影响，岩体较破碎，岩体工程地质分类属Ⅴ类，经处理后建基面地基强度满足设计要求。

4 处理后工程运行情况

工程施工过程中按要求对坝基进行了处理。工程自2020年10月下闸蓄水至今未出现过异常情况，对副坝在运行过程中进行监测，结果表明：坝体在沉降、位移及渗漏方面均未出现异常情况，尤其是坝基断层破碎带位置，未出现变形较大的情况，坝基经工程处理后，工程地质条件得到了明显改善。

5 结语

落久水利枢纽工程副坝发育有区域性断层，且坝址两侧岩性复杂，断层位置及影响带岩体破碎，坝基受此影响工程地质条件十分复杂。勘察时采用物探手段查明了坝址断层破碎带的位置和范围，然后通过钻探手段查清了断层破碎带的性质，为设计提供了计算参数。

施工揭露断层破碎带较原勘察成果影响大，施工地质根据开挖揭露成果，采用槽挖、深挖，钢筋网及回填混凝土等处理措施，有效地消除了由于断层破碎带的范围扩大对坝基存在的安全隐患，同时设计根据施工地质参数对大坝稳定进行复核，满足设计要求。