下坝水库坝址岩体勘测

李青

（黔西南州兴源水利电力勘察设计有限公司，贵州 兴义 562400）

坝址区域的岩体结构稳定是水库和枢纽工程能否正常使用的关键。近几年，随着国内外许多大型、中型水利工程的相继建成，在坝址地区进行了大量的岩体抗滑稳定性试验，取得了丰富的实际资料。由于极射赤平投影与有限元方法计算的边界条件、整体黏合效应、局部应力集中、应力扩散等条件的不同，计算的结果也不尽相同。下文根据现场工程地质调查结果，对岩体中各种构造面进行分类、统计，同时，利用极射赤平投影法对结构面与原坡之间的关系进行分析，并对岩体和楔形（由多个构造面切成的岩体）的稳定性进行分析，给出了一种比较经济、可行的处理方法，为以后的施工和同类工程的实施提供理论依据和实际经验。

1 工程地质情况

坝址区坝址以上集水面积7.5 km2，明流区主河道长5.9 km，主河道坡降为2.937%。区域多年平均径流量为487.5 万m3，多年平均流量为0.15 m3/s。拟建水库校核洪水位1453.91 m，总库容257 万m3；正常蓄水位1452.00 m，相应库容220 万m3；兴利库容199.10 万m3。

区内主要出露：二叠系龙潭—长兴组（P2l-c）地层，主要为粘土岩、粉砂岩、砂岩夹燧石灰岩及煤层，厚448.0～771.0 m；三叠系夜郎组（T1y）地层，主要为砂岩、页岩、粘土岩和灰岩互层，厚604.0 m；永宁镇组（T1yn）地层，上部为灰色白云岩、角砾状白云岩,下部为灰色灰岩，时夹白云质灰岩、泥质灰岩，厚552.0～847.0 m；关岭组（T2g）地层，主要由灰岩、白云岩及少量粘土岩组成的台地相半封闭浅海至咸化海沉积；第四系（Q）覆盖层，主要为冲积（Qa）l、洪积物（Qp）l和残积（Qe）l、坡积物（Qd）l，冲积、洪积物为粉砂土、卵石、砾石、块石等，分布于河床，厚0～12.0 m；残积、坡积物为粘土夹碎石，分布于缓坡，厚0～3.5 m[1]。

坝址区地质构造主要以北北东方向为主，工程区位于区域次级结构体之兴仁结构体中，兴仁结构体以马场断层、杨寨大坡断层、坡坪同生断层、坝索同生断层为界。

2 坝基岩体及左右岸边坡的抗滑稳定分析

坝址区和测区虽然没有发生过破坏性地震，但是小地震比较频繁，测区地震主要分布在晴隆、兴仁附近，其次为东部关岭附近及贞丰之东。据记载，发生震级不小于3 级且有感或轻微损害性地震23 次，地震最高为4.8～5 级。近场区以弱震为主，可见区域及近场区内震级不高，基本属于弱震活动区。库区回水长约1.68 km，出露地层为三叠系夜郎组（T1y1，T1y2）地层，岩性为灰岩和紫色砂岩互层，夹少量粘土岩[2]。

在评估自然边坡稳定性的时候，河谷为不对称的“V”形谷，两岸坡地形坡度为35°～46°，两岸山头高出河床120～150 m。岸坡除第四系残坡积层（Qel+dl）零星分布外，无其他较大不良地质现象分布，自然边坡稳定。

在评估开挖边坡稳定性时，两岸覆盖层为残坡积沙壤土、粉质粘土，分布厚度为0.6～1.5 m，强风化层厚2.6～6.4 m。考虑到两岸基坑开挖较深，残坡积覆盖层和强风化层呈散体、碎裂结构，边坡开挖时易失稳，施工中对边坡进行支护处理。坝基及两岸分布的基岩为砂岩与灰岩互层组成，岩层倾下游偏右岸，岩层产状变化较小，倾角为21°，岩层产状对坝肩边坡开挖有利，左右坝肩在施工开挖期间需做好防护。表层岩体遭切割强烈，强风化层，开挖过程可能产生垮塌，应注意合理放坡及危岩清理工作，并及时采取防护处理措施。

3 勘察方法及工作布置

3.1 勘测方法

根据下坝水库库区的特点进行参考，并且开展多次地质勘测，主要通过摄影、采样、描述等方法，收集分析相关资料，并且调查区域地质构造和地震活动情况，对工程区的区域构造稳定性作出评价。同时，通过自然露头点来分析各种地质现象；为了研究地层岩性、地质构造等在地层中的分布，利用双动式旋转式取心钻机对下游坝址和溢流通道进行地质钻孔，在物理勘探中，利用单孔声波法测量下坝址的岩体完整性。

3.2 勘察工作布置

勘测单位对下坝址1∶2 000进行了坝址地质调查。4 条坝线上共有10 个坝线，各有2～4 个钻孔，当坝基没有软弱夹层或下游不利的构造面时，孔深必须达到连续10.0 m，才能最终形成钻孔。在上坝址溢流道处，按现场勘测，各设1钻孔。

4 岩土体工程地质特征

4.1 岩体风化特征

岩体风化是指岩石在自然环境中受到风、水和其他自然力量的作用，逐渐发生物理、化学或生物变化的过程，这个过程可以创造出美丽的地貌景观，例如峡谷、岩洞和奇特的岩石形状。坝址区的基岩以结构紧凑、质地坚硬的岩屑凝灰岩和构造紧凑、结构坚固的火山角砾岩为主。全风化带为黄棕色，多为沙质，因其岩体为白垩系，成岩时间较晚，且风化程度不高，大部分不完全风化，只在SHXZ4 孔处发现了厚约2.5 m 的全风化层；强风化带为灰绿～灰棕色，多为破碎块，厚度不等，平均厚度约2.0 m。河谷区岩体风化情况有明显差别，在河谷区两侧风化程度较高，形成弱风化带，呈灰绿色，多为短柱形，厚度为6.0 m 左右，但多有分布不均情况，岩体风化沿河床两侧为节理裂缝发育，其中弱风化带厚达9.8 m，呈微风化带状，颜色同样为灰绿色，以长圆柱形居多，结合实际勘测情况可知，最大暴露深度为52.8 m[3]。

4.2 岩体完整性

岩体的完整性是指岩石在受到外部力量作用时保持其原有的结构和完整性的能力。当岩体受到外部力量的影响时（例如地震、重力、工程挖掘或水压力等），岩石可能会发生破裂、剪切、崩塌或变形等现象。评估岩体完整性常用的指标包括岩石的强度、连续性和裂隙系统，其中岩石的强度决定了岩体能够承受外部力量的大小，岩体的连续性表示岩石是否由一块完整的岩体组成，而岩石的裂隙系统则会影响岩体的稳定性和渗透性。岩体完整性的高低会对工程项目的安全稳定性产生直接影响，其研究对于地质工程、岩石力学和岩石工程等领域非常重要。为了评估和管理岩体完整性，工程师和地质学家会采取多种方法，如地质勘探、地下水位监测、岩芯取样和岩石试验等，并采取相应的措施来增强或修复岩体的稳定性。此次调查主要以钻孔岩体波速测定及岩心完好率统计等方法，对弱风化岩、微风化岩体进行了完整性的全面分析和统计。

5 坝基主要工程地质问题及评价

5.1 坝基各岩土层适宜性评价

坝基各岩土层适宜性评价：砂砾岩，厚度为2.0～4.0 m，厚度较小，土壤质地不均匀，呈不规则分布，不论有无不均匀的变形，均不宜用作混凝土重力坝的基础。坡面砾石土，厚度通常为1.0～2.0 m，植被根系发达，土壤中有砾石，土壤质地不均匀，不宜作坝基，故应予以拆除。强风化岩体，一般厚2.0 m，岩层较弱，岩体破裂，岩块之间有淤泥，强风化岩体坝体为散体，整体强度较差，不宜用作坝基，故应予以拆除[4]。弱风化岩体，具有2.0～5.0 m 厚、高强度、节理裂缝发育的特点，其完整性以完整性差～完整为主，经过适当的处理，可以用作混凝土重力坝的坝基。

5.2 坝基渗漏

坝基渗漏主要通过地质测绘及钻孔压水试验进行检测，由试验结果得出弱风化岩的渗透系数为10.3～51.3 Lu，属于中度渗透，有渗透性，因此，应采取相应的防渗措施。勘测部门针对坝基渗漏的情况，提出采用弱风化岩作为坝基的混凝土重力坝，可有效控制坝基渗漏情况。

5.3 坝基边坡开挖问题

混凝土重力坝坝基采取从上到下的开挖顺序：2.0～4.0 m 厚的砂砾，1.0～3.0 m 的沙砾土壤，4.0～6.0 m 厚的强风化火山角砾岩，1.0 m 厚的弱风化火山角砾岩。坝基边坡开挖是水利工程施工中主要内容之一，保证坝基边坡开挖质量是非常重要的。工程坝基边坡的开挖技术方案要根据现场地质情况及项目总体施工方案综合确定，目标是满足工程进度、质量及安全要求，常见的开挖方法有机械挖掘、爆破等。由于水利水电工程施工中岩层大多较为坚硬，所以大多数采用爆破施工，坝基的爆破方案要结合总体施工组织设计及其他部位爆破方案综合确定。常用的爆破方法有深孔爆破、浅孔爆破、预裂爆破等，大多数水利工程工程量较大，所以在选择爆破方案的时候，通常是几种方法结合使用。施工过程中要严格制定爆破方案，合理使用爆破方法，尤其控制炸药用量，爆破时需要保证预留的边坡保护层厚度符合要求。其中，保护层开挖通常使用预裂爆破，预裂爆破可以精确控制开挖边界，最大程度保护开挖面，使开挖面完整美观，不会造成大规模欠挖及超挖现象，石方工程的欠挖超挖造成的经济成本非常高，因此，控制石方开挖质量直接关系项目工程的成本投入，尤其重要。

5.4 地质构造勘察

地质构造是坝址选择的另一重要因素，特别是高敏感性刚性坝建设时，需通过地质构造勘察防范大坝建成后出现变形问题。一般而言，坝址不建在剧烈活动的地震区，也不可在活动性断裂发育区域修建水利工程。所以，在进行地质构造勘察时应绕开活断层，在稳定性区域选址建坝。坝址选择时需重点勘察地质构造，了解断裂活动分布状况、断裂带所属类型、断裂规模的大小，同时认真分析断裂活动的发生规律，对断层错动速度进行测定，从而对水库工程出现地震的可能性或地震等级进行精准预测。此次工程坝址选在无断层发育地区，坝区属于单斜构造，通过地表地质勘察发现，左岸与右岸均有裂隙发育现象，右岸裂隙中有一组裂隙会对拱端受力形象有一定影响，另有一组缓倾角裂隙，虽具有缓倾岩层，但岩层呈向下倾斜分布，微倾向于右岩，不存在层间错动带，因而不会受到次生作用影响而逐渐向泥化夹层转变，并且其他构造结构面也不存在切割现象，不会影响坝基的抗滑性能，坝址不会出现失稳现象。同时，坝址区域内也不存在陡倾或倒转岩层，因而不会出现较为强烈的构造变形问题，不会因剧烈活动而导致岩石完整性遭到破坏。

5.5 加强边坡的稳定性

稳固混凝土抗滑结构、稳定锚杆等是加强边坡稳固性的主要措施。此次工程采用混凝土抗滑桩来增强边坡的稳定性，即将抗滑桩深入到滑坡土层里，以抵挡滑体的滑动力，此方法对于滑坡前面部分比较适用，可使边坡达到理想的稳固效果。在建设水库之前，要进行详细的地质调查，了解岩石的性质、裂隙系统和地质构造，同时定期进行地质监测，包括监测地下水位、岩体位移和地震活动等，及时发现潜在的稳定性问题。要做好边坡修整和加固，对于边坡上的松散土壤或不稳定的岩体，可以采取修整和加固措施，如清除松散的土壤、修复或加固岩体裂隙、填补裂隙或孔隙。设计和建造有效的排水系统，可以通过安装排水管道、排水沟或渗透层等方式来避免水在边坡上积聚，以减少水压力对边坡的影响。种植适合当地环境的植被（如草坪、灌木和树木等）来增强边坡的稳定性，以及考虑建造护坡结构（如混凝土护坡、挡土墙或格栅等）以增加边坡的支撑和保护。同时，要定期检查维护边坡的稳定性，并进行必要的修复和加固工作；定期进行监测，以便及时发现任何潜在问题并采取措施加以处理。

5.6 坝基加固处理设计

坝基加固处理设计主要分为三方面：1）砂浆锚筋桩。在施工过程中需考虑接头水平力，并根据增程对锚件进行详细设计。对于支撑管段，分隔缝施工主体应按照第一排向上、第二排向下标准进行布线处理，还应对十字管进行合理配置，为基本稳定性提供拉力，同时提供水平阻抗，以改善底板稳定性。大坝桩头数量在3～28 根，间距3.0 m，深缘11.0 m。3号大坝锚固桩组3～28根，间距2.0 m，深度至基础厂房12.0 m。5 号大坝锚固桩帽3×32 m，距离2.0 m，深度至岩石12.0 m。2）混凝土浇筑支柱。4 号大坝采用C25 混凝土钻孔螺栓提高底板稳定性，杆直径为1.2 m，深度为20.0 m，有循环井的构造块十字槽排列为4.0 m，桩帽的数量和大小由支撑板底部上方的总荷载确定，共计98 个。3）固体清洁剂。可提高岩石完整性和均匀性，提高地基弹性模量，减少地基渗透，全面稳定大坝；采用锚孔固井，遵循顺序加密原则。

6 结语

综上所述，石湖水库下游坝位处的坝线岩作为混凝土重力坝的坝基，应进行合理的加固和防渗处理，在地下水位为1.0 m 时，采用合适的降水量。左岸堤岸目前的边坡已基本稳定，建议采取清理地表坡积物和破碎岩石作为坝肩，右坝肩部为坝肩，对比提出了清理地表破裂岩体的方案，同时两边坝肩岩体总体稳定，以便为水利工程实现可持续发展奠定坚实基础。