李 揚(yáng)

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610072)

出居溝水電站深厚覆蓋層建閘利用研究

李 揚(yáng)

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610072)

深厚覆蓋層建基面的利用、選擇是閘壩建設(shè)成敗的關(guān)鍵，本文根據(jù)實(shí)際勘測(cè)得到的地質(zhì)情況，從地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造及巖性、水文地質(zhì)條件出發(fā)，對(duì)土體特征、巖體工程特性等地質(zhì)因素，圍繞地基承載力及變形穩(wěn)定性、閘基及閘肩滲漏問(wèn)題、閘基滲透穩(wěn)定問(wèn)題和閘基砂土液化等問(wèn)題進(jìn)行分析和研究，論證了閘基在河床深厚覆蓋層建基的可靠性，同時(shí)以隔水層作為防滲依托，做到經(jīng)濟(jì)合理。本文的研究對(duì)其他工程有較大的參考價(jià)值。

建基面；深厚覆蓋層；防滲依托

0 前 言

水電工程中的大壩或閘在河床建基，時(shí)常遇到深厚覆蓋層建壩的問(wèn)題，而且有的覆蓋層很厚，深厚覆蓋層建基面的選擇和所處的地質(zhì)條件有關(guān)。例如：西藏旁多水利樞紐工程是在深厚覆蓋層建壩，壩基覆蓋層采用混凝土防滲心墻帷幕灌漿的方案，最深的防滲墻為158.47 m，施工難度很大。因此，建基面的選擇受覆蓋層厚度及覆蓋層組成物質(zhì)所制約，同時(shí)也要考慮壩體或閘壩的穩(wěn)定等因素。而四川省西河出居溝水電站閘壩，閘壩最高22 m，充分利用河床覆蓋層的特點(diǎn)，進(jìn)行了詳細(xì)分析論證，選擇了合理的建基面和利用隔水層進(jìn)行防滲，減少了工程施工難度，節(jié)約了投資和提前了工期。

1 閘址區(qū)的工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

閘址區(qū)河谷型態(tài)呈“U”型谷，山體雄厚，谷底寬110～140 m，谷寬約160～170 m。段內(nèi)河道總體較順直，現(xiàn)代河床靠右岸通過(guò)，河水流向約S40°E，右岸臨河為基巖陡崖，左岸為寬約100～130 m的高漫灘臺(tái)地，臺(tái)地拔河高1～3 m。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造及巖性

閘址區(qū)位于金湯弧形構(gòu)造帶東翼，區(qū)域性幺堂子弧形沖斷層在距閘址下游約180 m處斜跨西河。閘址區(qū)無(wú)區(qū)域性斷層通過(guò)，次級(jí)小斷層和節(jié)理裂隙較發(fā)育。閘址區(qū)出露地層為二疊系上統(tǒng)大石包組(P2d)黑灰綠色枕狀玄武巖，具塊狀構(gòu)造，殘余結(jié)構(gòu)，巖石蝕變強(qiáng)烈，但巖性較致密堅(jiān)硬。

鉆孔揭露，閘址區(qū)河床覆蓋層最大厚度大于85.17 m(相應(yīng)基巖面高程低于1 707 m)，谷底基巖深槽略偏左岸。據(jù)鉆孔揭露河床覆蓋層的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及成因類型的差異，自下而上劃分為三大層。

第Ⅰ層：泥卵(碎)礫石層(pl+alQ4)：系沖積與洪積混合堆積，位于谷底基巖之上，總體呈灰～灰黑色，頂板埋深54.7～59.6 m，最大厚度大于27 m。卵(碎)礫石成分復(fù)雜，主要為灰?guī)r、玄武巖、砂巖，部分為凝灰?guī)r、花崗巖等，一般呈次圓或扁圓狀，少量次棱角或球狀，粒徑一般2～6 cm，次為0.5～2 cm。粗粒間孔隙充填灰黑色含泥中粗砂，含量約9.6%～11.1%，該層總體結(jié)構(gòu)較密實(shí)。

第Ⅱ?qū)樱悍圪|(zhì)黏土層(lQ4)：系堰塞湖相沉積，呈深灰～灰黑色。鉆探揭示該層在平面分布連續(xù)，頂板埋深45.7～48.7 m，層厚6～12.51 m。鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆孔有明顯的縮徑現(xiàn)象，巖芯呈可塑～軟塑狀。該層底部含有少量礫石，黏粒含量也相對(duì)減少，礫石粒徑一般0.5～1 cm，含量約占10%～15%。

第Ⅲ層：漂(塊)卵(碎)石層(alQ4)：系現(xiàn)代河床沖積堆積，分布于河床中上部層厚一般45～47 m。物質(zhì)成分較雜，主要有灰?guī)r、砂巖、玄武巖等，磨圓度中等，球度差。該層以粗?！蘖Ｍ翞橹?，缺乏細(xì)粒充填，局部具架空結(jié)構(gòu)。其中漂石塊徑一般20～30 cm，含量約15%～25%；卵石粒徑一般6～8 cm(大者10～12 cm)，含量約占30%～40%；礫石粒徑以3～5 cm為主，含量約25%～35%。

1.3 水文地質(zhì)條件

閘址區(qū)地下水按貯存介質(zhì)的不同，分為基巖裂隙水與松散堆積層孔隙水兩大類型。實(shí)測(cè)鉆孔地下水位(穩(wěn)定時(shí)間24 h左右)1 784.03～1 786.64 m，略低于河水位。

鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)成果表明，閘址區(qū)河床覆蓋層上部第Ⅲ層漂卵石層透水性強(qiáng)，滲透系數(shù)K一般為1.4×10-2～5.8×10-2cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水層；下部Ⅰ層泥卵(碎)礫石層結(jié)構(gòu)較密實(shí)且含泥量較高，故透水性相對(duì)較弱，標(biāo)準(zhǔn)注水成果表明滲透系數(shù)K為5.07×10-4cm/s，具中等透水性；中部第Ⅱ?qū)蛹?xì)粒含量高，室內(nèi)滲透變形試驗(yàn)K為6×10-7～1.25×10-6cm/s，透水性微弱。

2 閘址區(qū)巖土體工程地質(zhì)特征

為查明閘基土體的物理力學(xué)特性，針對(duì)河床覆蓋層各層進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)、鉆孔原位試驗(yàn)、物性試驗(yàn)和力學(xué)試驗(yàn)。

第Ⅲ層漂(塊)卵(碎)石層：分布于河床中上部，為閘基主要持力層。2組物性試驗(yàn)成果表明：加權(quán)含水率1.95%(均值)，小于5 mm顆粒含量23.86%(均值)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)性試驗(yàn)成果：比例極限Pf≥0.8 MPa，變形模量E0=34.2～55.9 MPa；土體內(nèi)摩擦角34.5°～35.5°，凝聚力0.025 MPa；滲透系數(shù)為6.57×10-3～7.86×10-3cm/s，臨界坡降0.62～0.70，破壞坡降1.30～1.55，破壞型式為管涌。7組超重型觸探試驗(yàn)成果表明，其承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk一般為0.33～0.7 MPa，變形模量E0=21～46 MPa。鉆孔5組抽水試驗(yàn)成果表明，其滲透系數(shù)為4.86×10-2cm/s(均值)。綜合各類試驗(yàn)成果，第Ⅲ層漂(塊)卵(碎)石層具有顆粒較粗，透水性強(qiáng)，承載和變形模量較高的特性。

第Ⅱ?qū)臃圪|(zhì)黏土：位于河床中部，平面分布連續(xù)，厚度6～12.57 m，頂板埋深45.7～48.7 m。9組室內(nèi)物性試驗(yàn)成果表明：粉粒含量一般31.4%～63.4%，黏粒含量一般14.5%～35.1%，液限一般25%～33%，塑限一般16.5%～22%，塑性指數(shù)一般8.7～11。7組室內(nèi)力學(xué)性試驗(yàn)成果表明，土體內(nèi)摩擦角15.8°～23.9°，凝聚力0.01～0.02 MPa，壓縮系數(shù)為0.18～0.47 MPa-1，壓縮模量3.75～8.16 MPa，滲透系數(shù)為4.06×10-4～7.58×10-8cm/s。2組室內(nèi)滲透變形試驗(yàn)成果表明其破壞坡降if為4.29～5.29，滲透系數(shù)為2.14×10-7～2.15×10-6cm/s，破壞形式主要為流土。上述試驗(yàn)成果總體反映出第Ⅱ?qū)油馏w具有顆粒細(xì)、抗?jié)B性強(qiáng)、力學(xué)強(qiáng)度較差等特性。

第Ⅰ層泥卵(碎)礫石：分布于河床下部基巖之上，埋深大，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，組成物質(zhì)以粗粒土為主。2組物性試驗(yàn)成果表明：加權(quán)含水率1.65%(均值)，小于5 mm顆粒含量25.52%(均值)，其中粉、黏粒含量占3.72%～7.07%。由于該層含泥量較高，其滲透性相對(duì)較弱。

3 閘基建基面的選擇利用

3.1 閘基建基面選擇的原則

閘基河床覆蓋層深厚，勘探最大厚度大于85.15 m。閘基基礎(chǔ)主要持力層為第Ⅲ層漂(塊)卵(碎)石層。該層粗顆?；緲?gòu)成骨架，具較高的承載和抗變形能力。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)及鉆孔動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果并結(jié)合工程類比，其允許承載力 [R]=0.55～0.6 MPa，壓縮模量E0=45～50 MPa，能夠滿足閘基承載與變形要求。

3.2 閘基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

勘探揭露，閘基河床第Ⅲ層中隨機(jī)分布有數(shù)層碎礫石砂層透鏡體，厚度一般0.53～1.95 m，個(gè)別厚度達(dá)5.87 m，各透鏡體最小埋深12.1 m(相應(yīng)高程1 782.81 m)，最大埋深達(dá)41.84 m(相應(yīng)高程1 751.3 m)。物性試驗(yàn)成果表明：透鏡體小于5 mm細(xì)顆粒含量占49.04%(均值，下同)，其中小于0.075 mm的粉、黏粒含量約占12.43%，干密度ρa(bǔ)2.02 g/cm3，加權(quán)含水量ω5.2%，液限WL=24.43%，塑限Wp=14.48%，塑性指數(shù)Ip=9.95 。由于碎礫石砂層形成時(shí)代新，位于地下水位以下，且小于5 mm顆粒中小于0.005 mm的黏粒含量?jī)H占5.41%(小于地震設(shè)防烈度七度標(biāo)準(zhǔn)值16%)，初判有地震液化的可能性。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，對(duì)其液化可能性進(jìn)行復(fù)判：由于碎礫石砂層透鏡體中大于5 mm粗顆粒含量達(dá)50.96%(均值)，為飽和少黏性土，因此采用相對(duì)含水量或液性指數(shù)復(fù)判法進(jìn)行判別，該透鏡狀碎礫石砂層頂板埋深大于12.1 m，干密度較大，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，抗液化能力較強(qiáng)，為透水性強(qiáng)的漂(塊)卵(碎)石層所圍限，地震時(shí)孔隙水壓力易于散失，結(jié)合相對(duì)含水量和液性指數(shù)復(fù)判成果分析，Ⅲ層內(nèi)碎礫石砂層透鏡體在Ⅶ度地震烈度條件下，產(chǎn)生液化的可能性很小。

由于閘基河床覆蓋層各層成因類型、組成結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)均存在差異，分布位置和厚度也不盡相同，尤其閘壩基礎(chǔ)存在砂層透鏡體，因此，本階段研究分析了地基的沉降變形和不均勻變形。沿各建筑物軸線剖面進(jìn)行了計(jì)算，在各種運(yùn)用情況下，首部建筑物的最大沉降量為11.44 cm，均未超過(guò)規(guī)范允許范圍；相鄰部位的最大沉降差在泄洪閘段和沖沙排污閘壩段間，最大沉降差為5.96 cm，略超過(guò)規(guī)范允許范圍，只要做好相關(guān)止水設(shè)計(jì)，此不均勻沉降將不會(huì)對(duì)首部建筑物造成危害。

4 閘基滲漏及防滲研究

4.1 滲 漏

閘基河床覆蓋層可分為三大層，主要持力層為河床上部第Ⅲ層漂(塊)卵(碎)石層， 物質(zhì)組成以粗粒～巨粒土為主，細(xì)粒充填少，水文地質(zhì)試驗(yàn)成果顯示具強(qiáng)透水特征，且在勘探過(guò)程中局部孔段有漏水漏漿現(xiàn)象，表明存在架空現(xiàn)象，故建壩蓄水后，該層將構(gòu)成壩基滲漏的主要途徑。

兩岸壩肩谷坡較陡峻，巖體卸荷較強(qiáng)烈，強(qiáng)卸荷帶巖體裂隙發(fā)育，張開寬度大，具強(qiáng)透水性；弱卸荷帶巖體卸荷裂隙仍較發(fā)育，具中等透水性。因此存在沿兩岸壩肩繞滲問(wèn)題。

4.2 防滲深度選擇

第Ⅱ?qū)臃圪|(zhì)黏土：位于河床中部，整個(gè)庫(kù)區(qū)平面分布連續(xù)，厚度6～12.57 m，頂板埋深45.7～48.7 m，以該層作為防滲依托，見圖1第Ⅱ?qū)臃圪|(zhì)黏土平面分布示意。

閘壩基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻，墻厚0.80 m，防滲墻伸入相對(duì)隔水層即第Ⅱ?qū)樱罎B墻底高程1 741.00 m，最大深度50.5 m，兩岸基巖部分采用帷幕灌漿，帷幕灌漿為1排，間距1.5 m,灌漿深度伸入弱風(fēng)化、弱卸荷下，左岸灌漿平硐長(zhǎng)25.00 m，右岸灌漿平硐長(zhǎng)45.00 m。

圖1 第Ⅱ?qū)臃圪|(zhì)黏土平面分布示意

5 結(jié) 論

出居溝水電站閘址區(qū)河床最大覆蓋層厚度大于85.17 m，自下而上分為三層，閘基基礎(chǔ)主要持力層為第Ⅲ層漂(塊)卵(碎)石層。該層粗顆?；緲?gòu)成骨架，具較高的承載和抗變形能力，為閘基基礎(chǔ)主要持力層。第Ⅱ?qū)臃圪|(zhì)黏土：位于河床中部，整個(gè)庫(kù)區(qū)平面分布連續(xù)，最小厚度大于6 m，且透水性微弱，以該層作為防滲依托，從地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造及巖性、水文地質(zhì)條件出發(fā)，對(duì)土體特征等地質(zhì)因素進(jìn)行分析論證，圍繞閘基建基面的選擇和利用，對(duì)滲透問(wèn)題和防滲深度選擇進(jìn)行分析，論證了在河床深厚覆蓋層建基的可靠性。

2017- 04- 13

李揚(yáng)(1971-)，男，吉林長(zhǎng)嶺縣人，高級(jí)工程師，從事水利水電地質(zhì)勘察工作。

TV221.2；TV543.8

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1003-9805(2017)04-0046-02