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高店水库大坝建基面可利用岩体选择及地质缺陷处理

2024-11-04 80 上传者：管理员

摘要：拱坝对建基面的要求较高,大坝建基面的选择受地形、地质条件和大坝规模等众多因素影响,大坝建基面的选择直接关系到大坝的安全和经济效益。以坝基岩体工程地质特性为基础,结合室内试验及原位试验等,提出坝基岩体质量分级表。对高店水库大坝建基面岩体进行质量划分,中高坝段以Ⅱ类岩体为主,中低坝段以Ⅲ1类岩体为主,对坝基局部地质缺陷及风化岩体进行工程措施处理后,可满足大坝建基面要求。

关键词：
可利用岩体
地质缺陷处理
大坝建基面
岩体质量分级
拱坝
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1、工程概况

高店水库位于江西省上饶市铅山县境内的信江一级支流铅山河上,高店水库是一座具有防洪、发电、灌溉和供水等综合性的中型水库工程,主要建筑物有大坝、发电引水隧洞和厂房等,水库总库容4.14×104m3。大坝为双曲拱坝,坝高为81.5 m,正常高蓄水位386 m,坝顶高程388.5 m,电站装机2×8000 kW。

大坝坝址位于铅山县境内老高店村下游约750 m处的狭谷河段,坝址区属构造侵蚀低山地貌,两岸山体雄厚、山坡高陡,冲沟发育且切割较深。山顶高程460 m～550 m,河床高程315 m～320 m,河床宽度50 m～55 m；左岸山坡较高陡,平均坡度45°～50°；右岸山坡中下部为一小山包接一小垭口,垭口以上山坡平顺,坡度40°～45°。坝址区出露的地层岩性为燕山早期中粗粒花岗岩,中粗粒花岗岩中局部后期侵入石英脉岩和辉绿岩脉；第四系冲积砂卵石、漂石和粉质粘土,第四系残坡积（含砾）粉质粘土等。

2、坝基工程地质条件

2.1 地层岩性

高店水库大坝坝基开挖揭露燕山早期中粗粒花岗岩,岩石致密坚硬,其物理力学性能好。在大坝左岸建基面高程318 m～322 m范围内揭露一条横穿大坝基坑的辉绿岩脉,该岩脉宽度0.8 m～0.9 m；在右岸建基面高程331 m处揭露一条近于正交大坝基坑的辉绿岩脉,该岩脉宽度1.2 m～1.7 m；在右岸建基面高程334 m～339 m范围内揭露一条斜交大坝基坑的右岸建基面,该岩脉宽度1.2 m。河床右侧高程308 m处揭露一条宽度为0.6 m～1.2 m的石英脉与大坝基坑斜交。

2.2 岩石风化

在左岸建基面高程360 m以下为微风化中粗粒花岗岩,在河床建基面范围内为微风化中粗粒花岗岩,在右岸建基面高程329 m以下为微风化中粗粒花岗岩；在左岸建基面高程360 m以上为弱风化下部中粗粒花岗岩；在右岸建基面高程329 m～360 m为弱风化下部中粗粒花岗岩,在右岸建基面高程360 m以上为弱风化中下部中粗粒花岗岩。

2.3 地质构造

坝基开挖揭露：在左岸建基面高程318 m～322 m范围内揭露一条f2小断层,产状为175°∠80°～88°,断层破碎带宽0.8 m～0.9 m,主要由片岩和辉绿岩脉组成,沿断层破碎带渗出地下水。在右岸建基面高程334 m～337 m范围内揭露一条F1断层,产状为296°～308°E∠82°～84°,断层破碎带宽1.1 m～1.5 m,主要由石英脉、辉绿岩脉和碎块岩组成,沿断层面见有黄色断层泥分布,泥厚0.5 cm～1.0 cm。

左岸建基面岩体中陡倾角裂隙发育,主要发育以下两组裂隙：162°～173°∠77°～84°；15°～30°∠88°～89°,裂面见少量Fe、Mn质浸染,延伸长,呈闭合状,性状较好,平行发育多条,间距一般50 cm～100 cm,局部间距10 cm～30 cm。在建基面高程343m以下揭露两组缓倾角裂隙：130°∠12°～23°；20°～30°∠8°～18°,延伸长,呈闭合状,性状较好,平行发育多条,间距一般50 cm～100 cm,局部间距20cm～40cm。

河床建基面岩体中缓倾角裂隙发育,主要发育以下两组裂隙：250°～270°∠13°～15°,左侧河床揭露,一般顺坡倾上游；280°～290°∠11°～20°,右侧河床揭露,一般倾河床偏上游。上述缓倾角裂隙间距一般10 cm～20 cm,延伸长,一般呈闭合或微张状,性状较好。

右岸建基面岩体中裂隙发育,主要发育以下五组裂隙：260°～310°∠8°～25°,延伸长,呈闭合或微张状,裂面有风化加深现象,间距一般20cm～40cm。325°～330°∠81°～85°；20°～30°∠67°～85°,裂面见Fe、Mn质浸染,延伸长,呈闭合状,性状较好,平行发育多条,间距一般30 cm～50 cm。167°～175°∠60°～70°；230°～260°∠75°～88°,裂面见Fe、Mn质浸染,延伸较短,闭合,性状较好,平行发育多条,间距一般10 cm～80 cm。

2.4 水文地质

根据压水试验成果,河床部位为弱透水至微透水岩体；左岸中下部为弱透水至微透水岩体,中上部主要为弱透水岩体、局部为中等透水至弱透水岩体；右岸主要为弱透水岩体,局部受F1断层破碎带影响,为中等透水岩体。

3、坝基岩体质量分级

3.1 坝基岩体质量分级标准

笔者根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50487-2008）中有关岩体质量的分级方法[1],坝基岩体质量分级的主要影响因素为岩体特征、岩体的完整性、岩石的质量指标（RQD）、岩体的工程性质评价等,综合考虑室内岩石试验及原位试验等结果,提出高店水库坝基岩体质量分级标准,见表1。

表1 坝基岩体分级表[2-3]

3.2 坝基岩体质量评价

本文根据高店水库的室内试验成果,结合《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50487-2008）附录E岩土物理力学性质参数取值规定,将岩（石）体的密度和饱和单轴抗压强度以试验成果的算术平均值作为标准值；根据坝基不同风化程度岩体的声波测试成果,取得不同风化程度岩体的物理力学参数及完整性系数；参考本地区类似工程的经验,综合坝址区工程地质条件,提出高店水库坝基岩体的主要岩体物理力学参数指标[3],见表2。

根据表2坝基岩体的主要岩体物理力学参数指标,利用表1岩体质量分级的量化指标进行坝基岩体质量划分,高店水库河床建基面为微风化岩石,左岸高程360 m以下和右岸高程329 m以下的建基面为微风化岩石,岩体质量均属Ⅱ类。左岸高程360 m以上及重力墩建基面为弱风化下部岩石,岩体质量属Ⅲ1类。右岸高程329 m～360 m建基面为弱风化下部岩石,岩体质量属Ⅲ1类；右岸高程360 m以上建基面为弱风化中下部岩石,岩体质量属Ⅲ2类。

表2 坝基岩体物理力学指标

4、建基面可利用岩体选择

《混凝土拱坝设计规范》（SL 282-2018）要求[4],根据坝基的岩体类别和质量分级,其物理力学性质,以及拱坝对坝基岩体的承载要求,对坝基处理的效果,经济技术等综合要素确定。高拱坝建基面应开挖至Ⅱ～Ⅲ1类岩体,局部可开挖至Ⅲ2类岩体。中、低坝可适当放宽。高店水库大坝属高拱坝,拱坝河床建基面及高坝坝段（70 m以上坝段）建基面利用Ⅱ类岩体,中坝坝段（30 m～70 m坝段）建基面利用Ⅱ～Ⅲ1类岩体,低坝坝段（0 m～30 m坝段）建基面利用Ⅲ1～Ⅲ2类岩体[3]。

根据高拱坝建基面坝基可利用岩体的原则,结合坝基岩体质量分级、构造的空间展布情况等,高店水库大坝建基面可利用岩体选择如下：河床及左右两岸高程318 m以下部位坝基利用Ⅱ类岩体。左岸高程318 m～358 m坝基利用Ⅱ～Ⅲ1类岩体,局部地质缺陷需进行处理；高程358 m以上坝基利用Ⅲ1～Ⅲ2类岩体,顶部风化剧烈的Ⅴ类岩体挖除。右岸高程318 m～358 m坝基利用Ⅱ～Ⅲ1类岩体,局部地质缺陷需进行处理；高程358 m以上坝基利用Ⅲ1～Ⅲ2类岩体。

5、坝基地质缺陷处理

(1）河床中间河槽部位的处理：河床段坝基开挖,揭露河床基岩面高程为305.5 m,河床表部冲积漂石、砂卵石等覆盖层厚达13 m。将河床表部覆盖层全部清除,将原河床坝基建基面开挖高程307 m调整降至303.5 m,坝基建基面开挖至微风化岩体,回填砼。

(2）河床建基面岩体岩爆的处理：河床段坝基开挖过程中,基坑内见浮石和松动石；经现场走访调查和监测,证实河床段坝基存在岩爆现象。

针对河床段坝基岩爆,主要采取措施有：坝基清基后采用快速浇筑早强混凝土垫层,防止坝基长时间暴露造成坝基岩体持续松动破坏。在垫层下部设置φ22@200钢筋网,并将钢筋网伸入两岸非岩爆段,以平顺坝基应力,防止河床段坝基局部岩石松（蠕）动不均衡造成应力集中。将河床段的坝基固结灌浆孔孔深增加至8 m,并在固结灌浆孔内曾设长8 m的φ25锚筋,与钢筋网焊成整体。及时砌筑坝体,恢复压重,减少了坝基岩体的松（蠕）动时间[5]。

(3）左坝肩山头风化岩体处理：左坝肩山头（高程358 m以上）岩体风化剧烈,呈强风化,岩体破碎,强风化岩体向山体内平缓延伸,形成了强风化“帽”,强风化岩体厚达20 m。针对左坝肩山头风化岩体,清除强风化岩体,设置重力墩。

(4）坝基主要结构面的处理：两岸坝基开挖中,在左岸坝基318 m～322 m高程揭露f2小断层；右岸坝基334 m～337 m高程揭露F1断层。

对F1断层采用深挖清除后回填C20砼,在断层上下盘面设φ22@200和25@200钢筋网,将锚筋伸入岩石和砼塞各0.8 m。在断层带附近设置2排帷幕灌浆孔,帷幕灌浆孔排距1.5 m,孔距1.5 m。加密断层带的固结灌浆孔,固结灌浆孔孔距1.5 m,呈梅花形布置。在固结灌浆孔内加设置8 m长的φ25钢筋,与钢筋网焊成整体。

对f2断层采用深挖清除后回填C20砼塞,并在断层附近设置2排帷幕灌浆孔,帷幕灌浆孔排距1.5 m,孔距1.5 m。

(5）坝基一般结构面的处理：将河床下游侧高程308 m处的石英脉溶蚀孔洞清除并回填砼。将右岸高程320 m处的L44缓倾角夹泥裂隙清除。对右岸齿槽两侧陡倾角裂隙面进行凿毛。

6、结论

根据坝基的工程地质条件、岩体质量分级及高拱坝建基面坝基可利用岩体的原则等,高店水库大坝建基面可利用岩体选择如下：河床及左右两岸高程318 m的以下部位坝基利用Ⅱ类岩体。左岸高程318 m～358 m坝基利用Ⅱ～Ⅲ1类岩体,对局部地质缺陷进行加固处理；高程358 m以上坝基利用Ⅲ1～Ⅲ2类岩体,顶部风化剧烈的Ⅴ类岩体清除。右岸高程318 m～358 m坝基利用Ⅱ～Ⅲ1类岩体,对局部地质缺陷需进行加固处理；高程358 m以上坝基利用Ⅲ1～Ⅲ2类岩体。

在坝基开挖过程中,对坝基局部揭露的断层破碎带、缓倾角夹泥裂隙、卸荷松动圈岩体、风化岩体等地质缺陷,采用挖除地质缺陷,混凝土浇筑前人工清撬、挖除松动岩体,并快速浇筑混凝土,以及经钢筋网锚固和固结灌浆等措施加固处理,达到坝基工程地质条件满足大坝建基要求。

参考文献:

[1] GB 50487-2008,水利水电工程地质勘察规范[S].

[2]张恒,张万奎,黄德凡,等.黄等水电站坝基可利用岩体选择及地质缺陷处理[J].云南水力发电,2017,01:31-35.

[3]王吉亮,郝文忠,黄孝泉,等.乌东德水电站特高拱坝施工期坝基岩体质量工程地质评价[J].吉林大学学报(地球科学版),2018,05:1566-1573.

[4] SL 282-2018,混凝土拱坝设计规范[S].

[5]丁远伟,黄志平,周斌.高店水库拱坝坝基岩爆的产生机理及处理[J].小水电,2013,04:51-53.

文章来源:张运勋,张和平.高店水库大坝建基面可利用岩体选择及地质缺陷处理[J].陕西水利,2024,(11):118-119+127.