楊仕志，肖 燁

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430070)

喻家河水庫(kù)工程大壩位于恩施市龍鳳鎮(zhèn)清水河上。本工程攔河大壩由溢流壩段和兩岸非溢流壩段組成。壩頂高程543.0 m，壩頂上游側(cè)設(shè)1.2 m高防浪墻，河床段基底高程為483.00 m，相應(yīng)的最大壩高為60.0 m。非溢流壩段壩頂按考慮碾壓混凝土施工和一般交通要求布置，寬為5.0 m，左側(cè)非溢流壩段長(zhǎng)度75.00 m，右側(cè)非溢流壩段長(zhǎng)150.00 m，溢流壩段寬度為45.00 m，大壩總長(zhǎng)270.00 m。

非溢流壩段壩體上游面高程506.00 m以上為直立面，高程506.00 m以下坡度為1∶0.2；非溢流壩下游面坡度為1∶0.7。

非溢流壩段壩體臨水側(cè)設(shè)0.5 m厚R90200變態(tài)混凝土，抗?jié)B等級(jí)為W6，其后采用1.5～3.5 m厚的二級(jí)配R90200碾壓混凝土，抗?jié)B等級(jí)為W6；壩基面設(shè)0.5 m厚C20常態(tài)混凝土墊層；壩體內(nèi)部為三級(jí)配R90150碾壓混凝土。

溢流壩段溢流面為C25常態(tài)混凝土、邊墻為C20常態(tài)混凝土，壩體臨水側(cè)為0.5 m厚R90200變態(tài)混凝土，抗?jié)B等級(jí)為W6，其后為1.5～3.5 m厚二級(jí)配R90200碾壓混凝土，抗?jié)B等級(jí)為W6，壩體內(nèi)部及基礎(chǔ)混凝土墊層同非溢流壩段。

喻家河水庫(kù)工程大壩于2015-04-28日正式開(kāi)工建設(shè)，在工程建設(shè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，左岸壩段建基面開(kāi)挖揭露工程地質(zhì)條件與初步設(shè)計(jì)報(bào)告描述有較大差別(見(jiàn)圖1)，設(shè)計(jì)隨即采取了相應(yīng)的處理措施確保施工安全，2019-12-13日，水庫(kù)下閘蓄水，蓄水期監(jiān)測(cè)表明大壩工作正常，說(shuō)明設(shè)計(jì)采取的措施合理，保證了工程安全，現(xiàn)總結(jié)以下經(jīng)驗(yàn)供類似工程借鑒、參考。

圖1 左岸壩段開(kāi)挖邊坡地層巖性展示圖

1 壩區(qū)特殊的工程地質(zhì)條件

喻家河水庫(kù)工程壩區(qū)位于柏楊坪向斜西支北西翼地層，單斜地層結(jié)構(gòu)。右岸壩段主要為吳家坪組薄層硅質(zhì)巖，巖體較完整，上游段巖體完整性好于下游段巖體。下游段巖體局部裂隙夾泥。河床壩段主要為厚層灰?guī)r夾硅質(zhì)巖互層，硬脆碎特征或厚層灰?guī)r夾硅質(zhì)巖互層。左岸壩段主要為大隆組泥灰?guī)r夾頁(yè)巖，層間結(jié)合較差。結(jié)構(gòu)面較發(fā)育-發(fā)育，存在不利于壩基穩(wěn)定。綜上河床壩段和右岸壩段采用常規(guī)處理措施即可滿足建基面要求，但左岸壩段工程地質(zhì)條件較差，明顯不滿足工程建基面要求，需要進(jìn)行處理。

隨著河床壩基及左岸壩段開(kāi)挖，已揭示大壩河床及左岸銜接部位及左岸壩段工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)充勘探顯示左岸2號(hào)壩段及左岸3號(hào)壩段斜坡段巖體風(fēng)化破碎現(xiàn)象突出，存在下伏緩傾角推覆斷層F，斷層泥形成軟弱夾層，上盤巖體具有“上硬下軟”巖性結(jié)構(gòu)特征，臨坡開(kāi)挖邊坡強(qiáng)風(fēng)化巖體及崩坡積堆積發(fā)育厚度較厚(見(jiàn)圖2)。造成原岸坡地層弱風(fēng)化下限劃分較淺，開(kāi)挖建基面不滿足大壩建基要求。結(jié)合3號(hào)壩段開(kāi)挖揭露推覆斷層F斷層泥形成的斷層泥夾層結(jié)構(gòu)的分布為順層逆向岸坡結(jié)構(gòu)。

圖2 2、3號(hào)壩段典型剖面圖

2號(hào)壩段地層自上而下大隆組薄層灰?guī)r下伏灰綠色薄層泥灰?guī)r夾頁(yè)巖，下伏巖層褶皺發(fā)育，灰黑色斷層泥夾層結(jié)構(gòu)面，吳家坪組黑色薄層硅質(zhì)巖。斷層泥夾層以上地層傾向左岸偏下游，以下地層傾向下游偏左岸。巖層產(chǎn)狀平緩，臨坡巖體風(fēng)化。

左岸壩段開(kāi)挖范圍地層屬推覆斷層F上盤地層，地層巖性由大隆組泥灰?guī)r夾頁(yè)巖、大冶組薄層夾中厚層白云質(zhì)灰?guī)r組成，總體傾向左岸偏下游，近斷層影響帶巖層褶皺發(fā)育，臨坡卸荷裂隙及地下水溶蝕作用形成強(qiáng)風(fēng)化巖體。開(kāi)挖邊坡為緩傾角逆向巖質(zhì)邊坡，雖然整體結(jié)構(gòu)屬于穩(wěn)定類型，但由于地層巖性結(jié)構(gòu)差異風(fēng)化特征，在開(kāi)挖過(guò)程中，出現(xiàn)臨坡巖體松弛變形、局部滑塌現(xiàn)象，根據(jù)施工期補(bǔ)充勘察，確認(rèn)上部強(qiáng)風(fēng)化巖體及崩塌堆積二次開(kāi)挖予以挖除。

2 復(fù)雜地基條件下設(shè)計(jì)采取的處理措施

1)在大壩左岸2號(hào)和3號(hào)壩段上下游增加托板，增加重力壩抗滑底面積，適當(dāng)利用上游水重。

為保證2號(hào)壩段穩(wěn)定，在上下游分別設(shè)置拖板，拖板建基面高程與相應(yīng)部位大壩建基面相同。上游拖板頂部高程分別為510.0 m(寬8.0 m)、516.0 m(寬10.0 m)、525.0 m(寬11.0 m)，長(zhǎng)度延伸至壩軸線上游11.6 m。下游拖板頂部高程分別為510.0 m(寬8.0 m、長(zhǎng)22.3 m)、516.0 m(寬13.0 m、長(zhǎng)14.1 m)、525.0 m(寬8.0 m、長(zhǎng)12.3 m)為保證3號(hào)壩段穩(wěn)定，在上下游分別設(shè)置拖板，拖板建基面高程與相應(yīng)部位大壩建基面相同，上游拖板頂部高程分別為496.0 m(寬11.3 m)、503.0 m(寬5.0 m)，長(zhǎng)度延伸至壩軸線上游11.6 m。下游拖板頂部高程分別為495.0 m(寬11.30 m、長(zhǎng)10.0 m)、499.0 m、503.0 m。

2)加深2號(hào)和3號(hào)壩段固結(jié)灌漿。2號(hào)、3號(hào)壩段岸坡地質(zhì)條件較差，3號(hào)壩段坡面486～479 m高程為軟弱夾層出露面，有側(cè)向擠脹外凸現(xiàn)象，軟弱夾層貫穿2號(hào)壩段下部。3號(hào)壩段和2號(hào)壩段515.0高程以下基礎(chǔ)固結(jié)灌漿底部高程以476.0 m控制，采用深孔固結(jié)灌漿工藝灌漿，間排距3 m，以便下部基礎(chǔ)形成整體巖體(見(jiàn)圖3)。

圖3 2、3號(hào)壩段505.0 m以下固結(jié)灌漿孔位布置圖

3)設(shè)置錨筋樁增加抗滑穩(wěn)定性。根據(jù)2號(hào)壩段下部軟弱夾層深層穩(wěn)定計(jì)算，2號(hào)壩段深層抗滑穩(wěn)定不能滿足規(guī)范要求，除了增加壩基深層固結(jié)灌漿深度以外，3號(hào)壩段和2號(hào)壩段515.0高程以下采用3Φ32錨筋樁加固，錨樁穿過(guò)軟弱夾層，下部高程476.00，上部深入壩體混凝土2 m，錨筋樁間排距2 m，梅花形布置(見(jiàn)圖4)。

圖4 2、3號(hào)壩段錨筋樁布置圖

4)增加橫縫灌漿，將2～8號(hào)壩段連成整體。525.0 m以下2～7號(hào)碾壓混凝土縫面橫縫均采用預(yù)制橫縫模板成縫，縫內(nèi)設(shè)置重復(fù)灌漿系統(tǒng)，后期進(jìn)行接縫灌漿；525.0 m以下碾壓與常態(tài)縫面采用鍵槽模板成縫，縫內(nèi)設(shè)置重復(fù)灌漿系統(tǒng)，后期進(jìn)行接縫灌漿；525.0 m以上碾壓與常態(tài)縫采用20 mm厚閉孔泡沫板分縫。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)開(kāi)挖揭露的工程地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)采取的工程措施，再次按照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[1-2]附錄E中抗剪斷強(qiáng)度公式進(jìn)行了計(jì)算。

1)大壩左岸2、3號(hào)壩段穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算，見(jiàn)表1～表3。

表1 穩(wěn)定計(jì)算地質(zhì)參數(shù)表

表2 大壩建基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)成果表

表3 大壩建基面應(yīng)力計(jì)算成果表 MPa

計(jì)算成果表明，經(jīng)過(guò)增加托板后壩體抗滑穩(wěn)定及其應(yīng)力均可滿足規(guī)范要求。

2)大壩左岸2號(hào)壩段深層滑動(dòng)計(jì)算。根據(jù)地質(zhì)勘探成果，2號(hào)壩段下伏軟弱夾層在壩基范圍連續(xù)，性狀極差，雖然展布呈逆向坡構(gòu)造，為IV類巖體，降低了2號(hào)壩段壩基穩(wěn)定性，需進(jìn)行壩基深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算(見(jiàn)表4、表5)。

表4 2號(hào)壩段深層穩(wěn)定計(jì)算地質(zhì)參數(shù)表

表5 2號(hào)壩段深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)成果表

設(shè)計(jì)采用《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄E中抗剪斷強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算。

穩(wěn)定安全系數(shù)K′：基本組合K≥3.0，特殊組合①K≥2.5。

通過(guò)計(jì)算，2號(hào)壩段深層抗滑穩(wěn)定不能滿足規(guī)范要求，除了增加壩基固結(jié)灌漿深度以外，采用3Φ32錨筋樁加固，錨筋樁穿過(guò)軟弱夾層，下部高程476.00，上部深入壩體混凝土2 m，錨筋樁間排距2 m，梅花形布置(見(jiàn)圖5)。

圖5 2號(hào)壩段深層抗滑計(jì)算簡(jiǎn)圖

當(dāng)壩基受壩體水平推力作用時(shí)，錨筋抗拔力的水平分力、附加剪面摩擦力及錨筋前部巖體抗力等綜合的力學(xué)效應(yīng)，使壩基的承載和抗剪能力有較大提高。錨筋樁沿滑動(dòng)面抗剪力作為滑動(dòng)阻力考慮，單根鋼筋抗剪值按照鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值75%取值，沿滑動(dòng)面按照2 m間排距錨筋樁計(jì)算滑動(dòng)阻力總值后代入公式計(jì)算，經(jīng)過(guò)處理后2號(hào)壩段深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表6。

表6 2～8號(hào)大壩整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)成果表

3)大壩岸坡壩段雙向穩(wěn)定計(jì)算。根據(jù)地質(zhì)提供壩基地質(zhì)參數(shù)，結(jié)合1、2、3號(hào)壩段抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果綜合分析，大壩河床及岸坡壩段水平段抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范，由于在岸坡壩段斜段存在地質(zhì)條件較差的壩基，本次設(shè)計(jì)中對(duì)兩岸岸坡壩段進(jìn)行雙向抗滑穩(wěn)定計(jì)算[3-4]，計(jì)算成果見(jiàn)表7。

表7 岸坡壩段雙向抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)成果表

從上述計(jì)算結(jié)果分析，2、3、7號(hào)岸坡壩段雙向抗滑穩(wěn)定不能滿足規(guī)范要求，由于8號(hào)壩段處理穩(wěn)定系數(shù)的臨界值，綜合左、右岸壩塊分縫高程考慮，本次設(shè)計(jì)中采取了在525.0 m以下各橫縫采取接縫灌漿，即將2～8號(hào)大壩連為整體，保證大壩整體穩(wěn)定安全。

4)大壩整體穩(wěn)定計(jì)算。為了提高岸坡壩段側(cè)向穩(wěn)定，大壩525.0高程以下橫縫采用接縫灌漿處理，即2～8號(hào)連成整體，處理后的大壩整體穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表6。

計(jì)算結(jié)果表明，接縫灌漿處理后，2～8號(hào)整體大壩穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

4 處理效果

大壩下閘蓄水后的各項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)正常、大壩整體性狀穩(wěn)定證明，設(shè)計(jì)根據(jù)2、3號(hào)壩段開(kāi)挖揭露工程地質(zhì)條件，采取的增加上下游托板、加深固結(jié)灌漿、增設(shè)錨筋樁、將2～7號(hào)壩段連為一體成為整體重力壩等基礎(chǔ)處理措施是合理的，可靠的。確保了工程安全?？梢怨╊愃乒こ虆⒖?、借鑒。