冶勒水电站坝基弱胶结卵砾石层的工程特性研究

魏星灿，刘思丁

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，成都 610072)

0 前言

冶勒水电站为南桠河流域水电梯级开发的龙头水库工程，坝址位于一断陷盆地边缘，盆地内地势开阔平缓，四周高山环抱。

水库正常蓄水位2 650 m，总库容2.98亿m3，调节库容2.76亿m3，最大设计坝高达125.5 m，坝型为沥青混凝土心墙堆石坝［1］。坝址区钻孔揭示覆盖层最大厚度超过420 m。

1 卵砾石层空间分布

坝址区覆盖层根据沉积韵律、岩性变化及工程地质特征，自下而上划分为五大岩组:

1)第一岩组为厚层泥钙质胶结卵砾石层构成，深埋谷底。

2)第二岩组系冰川堰塞堆积块碎石土夹硬质黏土组成。

3)第三岩组为卵砾石层与粉质壤土互层，厚度46～154 m，卵砾石层粒度变化较小，含砂率较高，胶结较紧密，透水性较弱。

4)第四岩组为弱胶结卵砾石层，厚度65～85 m，以泥钙质空隙式弱胶结为主，局部基地式钙质胶结卵砾石层多呈层状或透镜状分布。

5)第五岩组为冰水—河湖相沉积的粉质壤土层。据孢粉、14C 和热释光等测龄资料，卵砾石沉积时代距今约3.2万年～4.0万年。

坝轴线地层岩性及分组情况见图1。

图1 坝轴线地层岩性及分组示意图

2 物理力学特性

主要包括物理性质和力学特性。

2.1 物理性质

根据颗分试验成果绘制的第三、四岩组颗粒大小分布曲线，见图2。

图2 各岩组颗分曲线(平均线)

累积曲线基本上呈含砂率少的低缓坡型，颗粒主要为粗、细粒土两大类，其中，粗粒以砾石为主，含量占43%～63%，不均匀系数178.57～828.6［2］。据物性试验，土类比重为2.77～2.83，干密度为1.94～2.24 g/cm3，孔隙比0.26～0.31，具有较大的干密度和较小的空隙比，属密实土层。

坝址区各岩组的含水性和透水性具有不均一性，经对第三、四岩组进行20 组现场试验，见表1，其弱胶结卵砾石层渗透系数K=5.0 ×10－3～4.32 ×10－4cm/s，属弱透水层［3］。

表1 弱胶结卵砾石层透水特性表

2.2 力学特性

力学特性包括载荷试验、抗剪强度试验、抗渗透强度试验。

2.2.1 载荷试验

弱胶结卵砾石层水平向和垂直向共计完成10组现场荷载试验，载荷试验P～S 关系曲线中未出现明显转折点，第三岩组弱胶结卵砾石层进行水平载荷试验过程中，当最大荷载加至3.6 MPa时，其沉降量仅2.68 mm，且土体仍无破坏迹象，从载荷～沉降量关系曲线上看仍处于正常压密直线段。

第四岩组弱胶卵砾石层试验过程中，当水平向荷载加至1.1 MPa时，沉降量仅3.08 mm;垂直向荷载加至1.5 MPa时，相应的沉降量仅为4.01 mm。

2.2.2 抗剪强度试验

据第三岩组内的粉质壤土压缩试验，其先期固结压力为4.5 MPa，反映了土层具有超压密特性。现场大剪试验成果及室内三轴试验成果，见表3。弱胶结卵砾石层摩擦角φ 介于38.23°～42.96°，凝聚力C 值均＞0.1 MPa，抗剪强度均高于现代河床卵砾石层，超固结压密特征显著。

表2 弱胶结卵砾石层变形参数及承载力

2.2.3 抗渗透强度试验

深厚不均一覆盖层上建高坝，对坝基土体的承载力和抗剪强度要求高，据12 组现场原位渗透变形试验成果，见表4。

具有泥钙质胶结特征的卵砾石层的抗渗强度高，第四岩组卵砾石破坏比降为5.73 以上，第三岩组卵砾石破坏比降为6.4 以上［4－6］。

渗透变形试验显示出弱胶结卵砾石层有较高的抗渗稳定能力，其平行层面的临界比降Jcr=1.1～1.39，远高出一般卵砾石层Jcr=0.15～0.20，破坏比降达到了5.73～16.69。

表3 卵砾石土体抗剪指标试验成果表

表4 现场渗透变形试验成果表

3 结语

主要有2个方面:

1)弱胶结超固结卵砾石层变形模量高、压缩模量高、压缩系数低、承载能力高的力学特性，大坝多年监测资料和“5.12”汶川地震监测资料显示，坝基未出现沉降量大和不均一沉降等变形问题。

2)弱胶结卵砾石层的渗透系数小、抗渗能力强，其临界比降和破坏比降远高于一般卵砾石层，大坝历经多年高水位运行，其渗漏量和渗透坡降均小于允许值，未出现渗透变形破坏现象。

［1］成都勘测设计研究院.四川南桠河冶勒水电站初步设计报告［R］.成都:成都勘测设计研究院，1991.

［2］夏万洪，魏星灿，杜明祝.冶勒水电站坝基超深厚覆盖层Q3 的工程地质特性及主要工程地质问题研究［J］.水电站设计，2009，25(02):81－86.

［3］中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5355—2006 水电水利工程土工试验规程［S］.北京:中国电力出版社，2007.

［4］蒋晓明，苏旭燕，樊天龙.冶勒水电站坝基深覆盖层帷幕灌浆试验［J］.四川水力发电，1998，17(02):36－40.

［5］阿尔欣·斯拉木江，杨晓军.胶结砂卵砾石在坝体工程中的作用［J］.陕西水利，2012(04):65－66.

［6］韩秀.巴仁水库大坝除险加固措施剖析［J］.黑龙江水利科技，2013，41(04):89－92.