許仙娥，段世委，趙文超

(1.中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222;2.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院，北京 100120)

Gomal Zam大壩位于巴基斯坦西北邊境省Gomal河的Adam Kok峽谷內(nèi)，壩型為碾壓混凝土曲線重力壩，壩高133 m。壩基地層巖性以薄層灰?guī)r為主，巖石較堅硬，但斷層、裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖體結(jié)構(gòu)以鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)或碎塊狀結(jié)構(gòu)為主，完整性和均一性較差，變形模量低，壩基巖體質(zhì)量較差［1］。此外，右壩肩存在由F2、F3和F13斷層組成的塊體，抗滑穩(wěn)定性不滿足要求，需進(jìn)行加固處理。如何在保證工程安全的前提下，經(jīng)濟(jì)合理地確定大壩建基面和壩基處理措施是本工程地質(zhì)勘察工作的一項重要任務(wù)。

1 壩基基本地質(zhì)條件

1.1 壩址地形及地層巖性

Gomal Zam大壩壩址處河谷呈“V”字型，河床寬約25～40 m，覆蓋層厚度0～5 m。兩岸基巖裸露，岸坡陡峻，平均坡度65°～75°。壩基地層巖性以侏羅系薄層灰?guī)r為主，夾有少量砂質(zhì)頁巖?；?guī)r單層厚度一般＜10 cm，砂質(zhì)頁巖一般厚幾厘米至十幾厘米，多以夾層產(chǎn)出，由于受層間錯動影響，多形成順層剪切帶。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

壩址位于一短軸背斜的西翼，巖層走向NW320°～350°，傾向 SW，傾角30°～70°。壩址區(qū)斷層和擠壓破碎帶較發(fā)育，以壓扭性為主，破碎帶主要由碎塊巖、斷層泥及糜棱巖等組成，擠壓較密實。其中右岸壩肩發(fā)育有F2、F3斷層，河床壩基發(fā)育有F13斷層。F2斷層總體走向 NE55°～70°，傾向 NW，傾角約 87°，破碎帶寬度0.01～1.1 m，由斷層泥、糜棱巖、角礫巖、碎塊巖組成;F3斷層走向 NE45°，傾向 NW，傾角約80°，破碎帶寬度0.01～0.6 m，由角礫巖、碎塊巖組成;F13斷層總體走向 NW320°～345°，傾向 NE，傾角約 68°，破碎帶寬度0.6 m，由斷層泥、糜棱巖、角礫巖組成。右壩肩斷層發(fā)育情況見圖1。

圖1 右岸壩肩690 m高程平切圖Fig.1 The horizontal section of the right bank abutment at the elevation of 690 meters

壩址主要發(fā)育5組陡傾角裂隙，產(chǎn)狀分別為①NW313°/NE∠54°，②NW285°/NE∠76°，③NE42°/SE∠82°，④NE40°/NW∠75°，⑤NE66°/SE∠81°。裂隙間距多在3～20 cm之間，寬度一般＜3 mm，部分充填方解石，裂隙面附泥、鈣質(zhì)膜。壩基裂隙發(fā)育密度大，多形成裂隙密集帶，帶寬一般1～6 m，最大可達(dá)23 m，帶內(nèi)巖體破碎，呈碎塊狀結(jié)構(gòu)。壩址區(qū)裂隙極點(diǎn)圖見圖2。

圖2 壩址區(qū)裂隙極點(diǎn)圖Fig.2 The pole diagram of fissures in dam site area

1.3 巖體風(fēng)化特征

壩址區(qū)風(fēng)化作用以物理風(fēng)化為主，巖石風(fēng)化程度受地形地貌影響較大，河床部位風(fēng)化較淺，弱風(fēng)化帶下限深度一般25～30 m;兩岸隨高程增高，風(fēng)化深度呈增大趨勢，左岸730 m高程以下弱風(fēng)化帶下限深度(水平)40～50 m，730 m高程以上弱風(fēng)化帶下限深度達(dá)50～70 m;右岸710 m高程以下弱風(fēng)化帶下限深度45～70 m，710 m高程以上弱風(fēng)化帶下限深度達(dá)70～90 m。壩址區(qū)強(qiáng)風(fēng)化巖體主要分布在平緩岸坡表部或規(guī)模較大的斷層破碎帶及其影響帶部位。

1.4 巖體卸荷特征

壩址區(qū)兩岸地形陡峻，河谷深切，兩岸山體卸荷強(qiáng)烈，深度較大。左岸強(qiáng)卸荷帶水平深度一般為5～25 m，弱卸荷帶水平深度25～50 m;右岸強(qiáng)卸荷帶水平深度一般為8～30 m，弱卸荷帶水平深度一般為45～60 m。卸荷裂隙多平行岸坡呈上寬下窄的楔形，地表處張開寬度可達(dá)30～40 cm，深部一般寬0.1～2 cm，表部多充填碎塊、泥土及巖屑等，深部充填物較少。

1.5 巖體物理力學(xué)性質(zhì)

壩基巖性以灰?guī)r為主，巖石較堅硬，但巖體中斷層和裂隙發(fā)育，較破碎，巖體的強(qiáng)度和變形指標(biāo)較低。壩基巖體物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

1.6 巖體滲透性

根據(jù)壓水試驗成果，壩基巖體具中等—弱透水性，隨深度增加，巖體透水性逐漸減弱，高程594 m以上巖體透水率為10～30 Lu，高程594 m以下巖體透水率為2.2 ～10 Lu。

表1 壩基巖石(體)物理力學(xué)指標(biāo)Table 1 The physical and mechanical indexes of rock(mass)in dam foundation

2 大壩建基面確定

2.1 壩基巖體質(zhì)量

2.1.1 巖體結(jié)構(gòu)特征

壩基巖體以薄層灰?guī)r為主，但受構(gòu)造影響，原生構(gòu)造被破壞，裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖體結(jié)構(gòu)類型多為碎塊狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)或鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。

2.1.2 巖體波速

受構(gòu)造及卸荷影響，壩址區(qū)巖體波速較低。根據(jù)鉆孔聲波測試成果，左岸巖體縱波速度一般為1 000～1 500 m/s;右岸上部巖體縱波速度一般為1 000～2 000 m/s，下部巖體縱波速度一般為2 000～2 300 m/s;河床部位巖體縱波速度為1 890～2 930 m/s。

2.1.3 巖體類別

壩基巖體以薄層灰?guī)r為主，飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值44 MPa，屬中硬巖，巖體結(jié)構(gòu)類型多為碎塊狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)或鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。根據(jù)鉆孔資料統(tǒng)計，壩基鉆孔 RQD平均值為43.3%，巖體縱波速度多在1 000～3 000 m/s之間，巖體完整性系數(shù)大多＜0.15，屬破碎巖體。綜合以上巖體特征，將壩基巖體類別劃分為Ⅳ類。

2.2 大壩建基面確定

混凝土重力壩要求壩基巖體具有足夠的力學(xué)強(qiáng)度及完整性和均一性，足夠的抗滑穩(wěn)定性和抗變形性能以及良好的抗?jié)B性能。Gomal Zam大壩最大壩高133 m，壩基巖體以Ⅳ類為主，巖體質(zhì)量總體較差，不能滿足建壩要求。根據(jù)鉆孔資料，深挖對改善壩基巖體的完整性作用不明顯，且由于壩址處于峽谷區(qū)，河床很窄，深挖困難，經(jīng)濟(jì)上不合理?？紤]巖石本身較堅硬，通過采取灌漿等處理措施可以改善巖體的完整程度和均一性，因此，建議挖除表部覆蓋層及強(qiáng)卸荷巖體，將建基面置于弱卸荷巖體內(nèi)。

3 壩基開挖與處理

3.1 壩基開挖

根據(jù)大壩建基面確定原則，河床部位挖除覆蓋層和強(qiáng)卸荷帶巖體，建基面高程為629.5 m，開挖深度6.1～7.2 m;兩岸挖除強(qiáng)卸荷帶巖體，左岸自上而下水平開挖深度為27～6 m，右岸自上而下水平開挖深度為43～13 m。對壩基中發(fā)育規(guī)模較大的斷層破碎帶，進(jìn)行了局部深挖，并回填混凝土。

3.2 固結(jié)灌漿

Gomal Zam大壩壩基巖體破碎，質(zhì)量較差，設(shè)計通過固結(jié)灌漿改善巖體的完整程度和均一性，提高壩基巖體抗變形能力，固結(jié)灌漿深度30 m。灌漿施工前進(jìn)行了灌漿試驗，根據(jù)灌漿試驗成果確定壩基固結(jié)灌漿孔采用梅花形布置，鉆孔排距3.5 m，灌漿材料采用抗硫酸鹽水泥，漿液水灰比采用為2∶1、1∶1、0.8∶1和 0.5∶1等4個配比。壩基開挖結(jié)束后，先澆筑厚度3 m的混凝土蓋板，然后進(jìn)行第一次固結(jié)灌漿。第一次灌漿結(jié)束后14—28天，根據(jù)檢查孔灌后聲波檢測結(jié)果，對不合格的部位進(jìn)行復(fù)灌。

根據(jù)壩基巖體質(zhì)量檢測結(jié)果，灌漿后，壩基巖體波速、完整性系數(shù)及彈性模量具有不同程度的提高，巖體的完整性和均一性得到顯著改善。

3.3 混凝土置換

為增強(qiáng)右壩肩巖體的抗滑穩(wěn)定性，采用混凝土置換的方法對F2斷層進(jìn)行加固處理。在右岸壩肩660 m、690 m和720 m高程設(shè)置三層沿斷層F2方向的水平置換洞及傳力洞，以增強(qiáng)其整體性。其中660 m高程設(shè)置4個傳力洞和2個置換洞，690 m高程設(shè)置2個傳力洞和1個置換洞，720 m高程設(shè)置1個傳力洞和1個置換洞，并在720～690 m高程之間設(shè)置2個置換豎井。置換洞完成混凝土回填后，進(jìn)行接觸灌漿，確保混凝土和巖體緊密結(jié)合。經(jīng)計算，右壩肩不穩(wěn)定塊體在加固處理后，各種工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

Gomal Zam大壩壩基巖石較堅硬，但巖體破碎，完整性和均一性較差，變形模量低，壩基巖體總體質(zhì)量以Ⅳ類為主，不能滿足高混凝土壩壩基要求。由于河床很窄，壩基深挖困難，且深挖對改善壩基巖體的完整性作用不明顯?？紤]巖石本身較堅硬，通過采取灌漿等處理措施可以改善巖體的完整程度和均一性，因此，決定挖除表部覆蓋層及強(qiáng)卸荷巖體，將建基面置于弱卸荷巖體內(nèi)。右壩肩存在由F2、F3和F13斷層組成的塊體，其抗滑穩(wěn)定性不滿足要求，通過混凝土置換對F2斷層帶進(jìn)行處理后，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足設(shè)計要求。Gomal Zam大壩已于2011年建成蓄水，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示大壩運(yùn)行基本正常。

［1］ 陳書文，蘇紅瑞，張長存，等.巴基斯坦高摩贊大壩樞紐工程基本設(shè)計階段工程地質(zhì)勘察報告［R］.天津:中水北方勘測設(shè)計有限責(zé)任公司，2003.