許仙娥，段世委，趙文超

(1.中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222;2.水利部水利水電規(guī)劃設計總院，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，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，巖體結構以鑲嵌碎裂結構、碎裂結構或碎塊狀結構為主，完整性和均一性較差，變形模量低，壩基巖體質量較差［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，需進行加固處理。如何在保證工程安全的前提下，經濟合理地確定大壩建基面和壩基處理措施是本工程地質勘察工作的一項重要任務。

1 壩基基本地質條件

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，夾有少量砂質頁巖?；?guī)r單層厚度一般＜10 cm，砂質頁巖一般厚幾厘米至十幾厘米，多以夾層產出，由于受層間錯動影響，多形成順層剪切帶。

1.2 地質構造

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23 m，帶內巖體破碎，呈碎塊狀結構。壩址區(qū)裂隙極點圖見圖2。

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

1.3 巖體風化特征

壩址區(qū)風化作用以物理風化為主，巖石風化程度受地形地貌影響較大，河床部位風化較淺，弱風化帶下限深度一般25～30 m;兩岸隨高程增高，風化深度呈增大趨勢，左岸730 m高程以下弱風化帶下限深度(水平)40～50 m，730 m高程以上弱風化帶下限深度達50～70 m;右岸710 m高程以下弱風化帶下限深度45～70 m，710 m高程以上弱風化帶下限深度達70～90 m。壩址區(qū)強風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，兩岸山體卸荷強烈，深度較大。左岸強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 巖體物理力學性質

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，巖體的強度和變形指標較低。壩基巖體物理力學指標見表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)物理力學指標Table 1 The physical and mechanical indexes of rock(mass)in dam foundation

2 大壩建基面確定

2.1 壩基巖體質量

2.1.1 巖體結構特征

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

2.1.2 巖體波速

受構造及卸荷影響，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，飽和單軸抗壓強度平均值44 MPa，屬中硬巖，巖體結構類型多為碎塊狀結構、碎裂結構或鑲嵌碎裂結構。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強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，經濟上不合理?？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卸荷巖體，將建基面置于弱卸荷巖體內。

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，進行了局部深挖，并回填混凝土。

3.2 固結灌漿

Gomal Zam大壩壩基巖體破碎，質量較差，設計通過固結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，固結灌漿深度30 m。灌漿施工前進行了灌漿試驗，根據(jù)灌漿試驗成果確定壩基固結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。壩基開挖結束后，先澆筑厚度3 m的混凝土蓋板，然后進行第一次固結灌漿。第一次灌漿結束后14—28天，根據(jù)檢查孔灌后聲波檢測結果，對不合格的部位進行復灌。

根據(jù)壩基巖體質量檢測結果，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斷層進行加固處理。在右岸壩肩660 m、690 m和720 m高程設置三層沿斷層F2方向的水平置換洞及傳力洞，以增強其整體性。其中660 m高程設置4個傳力洞和2個置換洞，690 m高程設置2個傳力洞和1個置換洞，720 m高程設置1個傳力洞和1個置換洞，并在720～690 m高程之間設置2個置換豎井。置換洞完成混凝土回填后，進行接觸灌漿，確?；炷梁蛶r體緊密結合。經計算，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)均滿足設計要求。

4 結語

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卸荷巖體，將建基面置于弱卸荷巖體內。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斷層帶進行處理后，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足設計要求。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計階段工程地質勘察報告［R］.天津:中水北方勘測設計有限責任公司，2003.