尹春明 肖東佑 張博

摘要：卡洛特（Karot）水電站位于巴基斯坦吉拉姆（Jhelum）河上，工程區(qū)位于巴基斯坦東北部新近系弱膠結(jié)碎屑沉積巖分布地區(qū)，壩址及周邊可利用混凝土骨料匱乏，難以獲取工程所需混凝土骨料。對(duì)壩址周邊近100 km范圍地層分布開(kāi)展了大量詳細(xì)的調(diào)查研究，初步確立了可用料源，并根據(jù)料源分布制定了完備的勘察方案，采取特殊的勘察方法，以確保可用料料場(chǎng)的選取及勘察儲(chǔ)量的精準(zhǔn)度?？偨Y(jié)回顧了卡洛特水電站混凝土骨料勘察的研究思路和方法，可為此類(lèi)特殊地質(zhì)環(huán)境條件下大型水電站工程的混凝土骨料勘察研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：骨料場(chǎng)勘察;混凝土骨料;勘察思路;勘察方法;卡洛特水電站;巴基斯坦

中圖法分類(lèi)號(hào)：TV422文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.03.005

1 工程概況

巴基斯坦卡洛特（Karot）水電站地處巴基斯坦東北部，是吉拉姆河（Jhelum）規(guī)劃的5個(gè)梯級(jí)電站的第四級(jí)，其上一梯級(jí)為阿扎德帕坦（Azad Pattan），下游梯級(jí)為已建成的曼格拉（Mangla）。壩址位于旁遮普省境內(nèi)卡洛特橋上游1.75 km，下距曼格拉大壩74 km，西距首都伊斯蘭堡直線(xiàn)距離約55 km。從伊斯蘭堡-卡胡塔-科特里路可通往壩址，交通較為便利。

電站主要建筑物由瀝青混凝土心墻堆石壩、溢洪道、引水發(fā)電建筑物及導(dǎo)流建筑物組成。瀝青混凝土心墻堆石壩布置在河灣灣頭，溢洪道斜穿河灣地塊山脊布置，出口在最下游，控制段布置泄洪表孔和泄洪沖沙孔;電站進(jìn)水口布置在溢洪道引水渠左側(cè)靠近控制段，廠(chǎng)房布置在卡洛特大橋上游;導(dǎo)流洞布置在電站與大壩之間。

根據(jù)設(shè)計(jì)需求，卡洛特水電站工程所需混凝土粗、細(xì)骨料共計(jì)112萬(wàn)m3，需規(guī)劃開(kāi)采天然砂礫石骨料273萬(wàn)m3（自然方）。

2 壩址及周邊地區(qū)地質(zhì)概況

卡洛特水電站壩址區(qū)屬中低山地貌，兩岸臨江岸坡山頂?shù)孛娓叱桃话?10～870 m。吉拉姆河呈“幾”字形流經(jīng)壩址區(qū)，在右岸形成寬約700 m的河灣地塊。吉拉姆河枯水期水面寬30～60 m，水面高程388～391 m，相應(yīng)水深一般為6～8 m。壩址區(qū)左岸山體渾厚，右岸河灣地塊高程461 m處寬380～700 m，不存在地形埡口。

區(qū)內(nèi)出露基巖地層主要為新近系中新統(tǒng)納格利組（N1na）以及多克帕坦組（N1dh）地層，巖性主要為中砂巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖等。不同巖性所占大致比例分別為：泥巖、粉砂質(zhì)泥巖23.7%，泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖32.2%，中粗砂巖38.0%，細(xì)砂巖6.1%，總體呈不等厚互層狀。巖石膠結(jié)成巖較差，較軟弱，屬較軟巖-軟巖。

壩址區(qū)在構(gòu)造上處于左岸卡拉托特（Karatot）向斜SW翼與右岸納灣（Narwan）背斜NE翼之間的寬緩單斜巖層部位，巖層產(chǎn)狀平緩且較穩(wěn)定，巖層傾角7°～10°。壩址區(qū)斷層、層間剪切帶不發(fā)育，主要構(gòu)造形跡為裂隙，主要發(fā)育兩組裂隙，其中規(guī)模較大的第一組走向NE-NEE，傾向NW或SE，陡傾角為主，近岸坡受卸荷影響張開(kāi)。另一組走向與第一組基本垂直，陡傾角，長(zhǎng)度受第一組控制，多短小。

區(qū)內(nèi)地下水主要為基巖孔隙裂隙水和第四系松散層孔隙潛水?；鶐r孔隙裂隙水主要賦存于砂巖中，一般為中等-貧含水，具多層狀水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)裂隙通道運(yùn)移。區(qū)內(nèi)各類(lèi)巖石總體透水性較弱，中砂巖、細(xì)砂巖相對(duì)于其他巖類(lèi)透水性稍大。

壩址區(qū)巖體強(qiáng)風(fēng)化帶厚度一般為0～10.7 m，弱風(fēng)帶厚度為0～28.3 m，總體上巖體風(fēng)化帶厚度不大。

3 混凝土骨料料源普查及料場(chǎng)選定

3.1 可用料源研究

根據(jù)相關(guān)資料顯示，該項(xiàng)目區(qū)域出露的地層主要為新近系西瓦利克（Siwaliks）群地層，為一套典型的磨拉石建造的陸源碎屑沉積巖，巖性主要為砂巖（中至細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖、亞長(zhǎng)石砂巖、亞巖屑砂巖、巖屑亞長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖）、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)黏土巖、黏土巖及頁(yè)巖等，巖性較復(fù)雜，一般呈交互層狀產(chǎn)出，砂巖單層厚度為數(shù)米至十余米。由于該套地層年代較新，一般表現(xiàn)為成巖程度較差，部分巖石甚至呈半成巖狀態(tài)，巖石較軟弱，根據(jù)前期勘察室內(nèi)試驗(yàn)資料顯示，砂巖、粉砂巖抗壓強(qiáng)度一般小于30 MPa，屬軟巖-極軟巖，不適宜作為混凝土骨料料源。

區(qū)內(nèi)吉拉姆河沿河兩岸未見(jiàn)沖積砂礫卵石分布，部分河段階地表面有厚度不大的砂礫卵石分布，天然砂礫石料缺乏。壩址下游小支流匯合口附近見(jiàn)崩塌堆積物與沖積砂礫石混合堆積，其中以崩塌堆積物為主，主要為附近砂巖陡崖崩塌形成的大塊石、漂石及少量塊徑達(dá)2 m以上的巨石，經(jīng)短距離搬運(yùn)，具一定磨圓度;砂礫（卵）石含量相對(duì)較少，成分主要為火成巖及變質(zhì)巖。局部見(jiàn)有少量粉細(xì)砂堆積。該部位堆積物以新近系砂巖為主，巖石軟弱，且分布有限，不宜作為混凝土骨料料源。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，壩址右岸下游吉拉姆河支流巴得利（Badli）溝中上游局部河段河床及兩岸漫灘和階地見(jiàn)有沖積砂礫卵石分布。調(diào)查表明，其物質(zhì)來(lái)源主要為更新世（Q1）沉積的米爾布爾（Mirpur）組礫卵石層，經(jīng)流水再次搬運(yùn)、沉積，以礫、卵石為主，缺乏細(xì)粒組，分選較差，磨圓度較好，礫、卵石由火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖組成，成分較雜?？煽紤]將該支流河段礫卵石堆積物作為混凝土骨料料源。

根據(jù)對(duì)支流沖積砂礫卵石的向源追索發(fā)現(xiàn)，壩址西南距壩址直線(xiàn)距離8～20 km范圍內(nèi)分布的更新世（Q1）米爾布爾組礫巖（未膠結(jié)成巖的礫、卵石堆積），分布范圍較大，厚度可達(dá)20 m以上。礫、卵石分選差，磨圓度較好，礫、卵石由火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖組成，成分較雜，局部夾細(xì)粒土層。由于受風(fēng)化影響，部分抗風(fēng)化能力差的礫卵石風(fēng)化嚴(yán)重，成為軟弱有害顆粒，部分地區(qū)細(xì)粒物質(zhì)中含泥量較高，對(duì)砂礫料料源質(zhì)量影響較大。根據(jù)初步分析研究，在無(wú)其他料源替代的情況下，米爾布爾組礫卵石堆積可考慮作為該工程混凝土骨料料源，但由于料源中含較多的軟弱有害顆粒及含泥量較大，需要采取特殊的開(kāi)采加工措施，存在泥塊無(wú)法得到有效處理的可能性。

相關(guān)資料顯示，壩址以北的新近系早中新統(tǒng)穆里（Muree）組中分布的Ⅰ類(lèi)砂巖單軸濕抗壓強(qiáng)度達(dá)40～80 MPa，可作為人工骨料料源，且有工程應(yīng)用的先例。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這類(lèi)砂巖與無(wú)用料巖層呈互層狀產(chǎn)出，且單層厚度不大，受褶皺構(gòu)造的影響，地表露頭不良，開(kāi)采條件差，且距壩址較遠(yuǎn)，交通運(yùn)輸條件差。

分布于項(xiàng)目區(qū)域NW側(cè)外圍距壩址直線(xiàn)40（穆里）～80km（伊斯蘭堡）的寒武系穆扎法拉巴德（Muzaffarabad）組白云質(zhì)灰?guī)r是理想的混凝土骨料料源，其出露厚度滿(mǎn)足規(guī)模開(kāi)采的條件，有公路相通，距離壩址約106 km，開(kāi)采及運(yùn)輸條件較好。

3.2 料場(chǎng)的初步選定

基于上述可用料源的普查研究，綜合考慮混凝土骨料的需求、產(chǎn)地地質(zhì)條件、開(kāi)采、運(yùn)輸、加工條件等因素，初步選定了比珥（Beor）料場(chǎng)和那拉（Nara）料場(chǎng)為混凝土骨料勘察料場(chǎng)（見(jiàn)圖1）。

4 技術(shù)路線(xiàn)與方法

4.1 料場(chǎng)概況及特點(diǎn)

對(duì)初步選定的比珥和那拉兩個(gè)砂礫石料場(chǎng)開(kāi)展了詳查工作，初步選定料場(chǎng)主要分布于狹長(zhǎng)的支流巴得利溝，溝谷延伸長(zhǎng)約25 km。料源主要分布于相對(duì)較平緩的中上游段，主溝及汊溝累計(jì)長(zhǎng)約27 km。由于溝谷較為狹窄，有用料分布范圍有限。巴得利溝中下游段常年流水，枯期水量較小，上游部分?jǐn)嗔?，洪水期流量增大，具有突發(fā)性，水位漲落均較迅速。溝內(nèi)沉積物主要為洪水?dāng)y帶的附近山崗的米爾布爾組礫卵石堆積，經(jīng)再次搬動(dòng)沉積，由于流量總體不大，水動(dòng)力條件有限，溝內(nèi)砂礫卵石沉積物具有分布不均勻，不同部位沉積物粒徑、級(jí)配等極不均勻，沉積物厚度極其不穩(wěn)定等特點(diǎn)。此外，有用層厚度不大，不利于規(guī)模化開(kāi)采，開(kāi)展條件差。

4.2 主要技術(shù)路線(xiàn)

根據(jù)勘察料源的特點(diǎn)，確定料場(chǎng)的復(fù)雜程度及勘察重點(diǎn)，結(jié)合規(guī)范[1-2]勘察深度要求確定勘察工作布置及勘察手段運(yùn)用[3]，編制詳細(xì)的勘察作業(yè)計(jì)劃，按計(jì)劃開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)勘察及相關(guān)試驗(yàn)工作，并在過(guò)程中根據(jù)實(shí)施情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以滿(mǎn)足計(jì)劃進(jìn)度及質(zhì)量要求。

4.3 主要勘察方法

為達(dá)到詳查精度，根據(jù)料場(chǎng)特點(diǎn)，對(duì)勘察工作進(jìn)行了精心策劃和布置。該料場(chǎng)屬于地形地質(zhì)條件介于Ⅱ類(lèi)與Ⅲ類(lèi)之間的復(fù)雜料場(chǎng)。在勘探布置上，按照100 m間距布置勘探線(xiàn)，勘探點(diǎn)間距按50 m控制，局部根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加密。

勘察中，首先對(duì)料源區(qū)進(jìn)行全面的1∶1 000地表地質(zhì)測(cè)繪，測(cè)繪面積4.1 km2，初步了解有用料的分布;采用高密度電測(cè)深物探方法進(jìn)行料場(chǎng)普查，完成高密度電測(cè)剖面18條計(jì)2.6 km，基本了解了有用料的分布及厚度。根據(jù)測(cè)繪及物探成果分析，鑒于有用層厚度不大且變化大，在勘探手段上采用大型挖掘機(jī)開(kāi)挖探坑（探井）代替鉆孔的更直觀(guān)方法，同時(shí)便于取樣試驗(yàn)。共完成425個(gè)大型探坑開(kāi)挖及編錄，總計(jì)開(kāi)挖方量達(dá)9 670.3 m3;開(kāi)挖大型探槽4個(gè)。為確保成果的可靠性，滿(mǎn)足儲(chǔ)量計(jì)算的準(zhǔn)確性，對(duì)勘探線(xiàn)進(jìn)行了實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面213條，共計(jì)31.7 km。為揭示那拉料場(chǎng)有層厚度，布置了1個(gè)鉆孔，孔深11 m，有效揭露該料場(chǎng)最大堆積厚度。

根據(jù)料場(chǎng)的分布范圍廣、均一性差的特點(diǎn)，采取21組大樣進(jìn)行材料質(zhì)量的試驗(yàn)研究，對(duì)粗骨料開(kāi)展了堆積密度、表觀(guān)密度、吸水率、針片狀顆粒含量、軟弱顆粒含量、含泥量、硫酸鹽及硫化物含量、有機(jī)質(zhì)含量等試驗(yàn);對(duì)細(xì)骨料開(kāi)展了堆積密度、表觀(guān)密度、含泥量（黏、粉粒）、硫酸鹽及硫化物含量、水溶鹽含量、有機(jī)質(zhì)含量、細(xì)度模數(shù)、平均粒徑等試驗(yàn)研究。同時(shí)，還開(kāi)展了骨料堿活性反應(yīng)試驗(yàn)及混凝土性能等相關(guān)試驗(yàn)研究。

項(xiàng)目部專(zhuān)門(mén)成立了質(zhì)量控制（QC）小組開(kāi)展勘察布置、質(zhì)量、儲(chǔ)量計(jì)算等工作，取得了良好效果。此外，為確保滿(mǎn)足用料要求，還開(kāi)展了備用料源的勘察與研究工作?？辈旖Y(jié)果表明，料源除局部細(xì)骨料含泥量偏高、細(xì)度模數(shù)小，料骨料缺少小粒徑粒組，為不良級(jí)配礫外，質(zhì)量基本滿(mǎn)足規(guī)范要求。施工開(kāi)采揭示與前期勘察結(jié)果一致。

5 結(jié) 論

卡洛特水電站壩址及周邊處于軟巖地區(qū)，可用天然建筑材料料源匱乏，導(dǎo)致工程所需建筑材料較為緊缺。通過(guò)充分了解勘察研究對(duì)象，采取合適的技術(shù)路線(xiàn)和方法與手段，效果較好，具體如下。

（1）充分了解和把握現(xiàn)場(chǎng)及周邊可用料源的分布和特點(diǎn)，通過(guò)深入、有序地開(kāi)展可用料源排查研究，最終找出合理的解決方案。

（2）根據(jù)勘察料場(chǎng)的特點(diǎn)，制定詳細(xì)、可操作的勘察方案是確保達(dá)到勘察深度、精度的質(zhì)量要求的重要環(huán)節(jié)，必須多花時(shí)間和精力，精心策劃才可事半功倍。

（3）充分、合理地應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)手段是成功的保障。如航天和航空遙感技術(shù)及地理信息系統(tǒng)在大范圍的料源普查調(diào)查中起到的重要作用;在料場(chǎng)勘察中，物探手段對(duì)有用料分布及厚度等的初步了解及勘察方案制定起到了重要作用;選擇大型設(shè)備開(kāi)挖大量探坑的方法，其效率高，對(duì)勘探點(diǎn)達(dá)到計(jì)劃的數(shù)量要求。

（4）雖然選定的料場(chǎng)狹窄、分布范圍大、有用料厚度較小，無(wú)法大規(guī)模集中開(kāi)采，但卻是唯一經(jīng)濟(jì)合理、可操作的料源解決方案。后期實(shí)施結(jié)果表明，料源質(zhì)量、儲(chǔ)量及開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)性都得到保證，也得到了項(xiàng)目業(yè)主及料場(chǎng)運(yùn)行單位的肯定。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：唐湘茜）

Survey and research on concrete aggregate of Karot Hydropower Station in Pakistan

YIN Chunming， XIAO Dongyou， ZHANG Bo

（Changjiang Survey， Planning， Design and Research Co.， Ltd.， Wuhan ?430010， China）

Abstract： Karot Hydropower Station is located on the Jhelum River in Pakistan， and the project is in the distribution area of the Neogene System of weak gum-linked debris sedimentary rock in north-eastern Pakistan， and the dam site and surrounding areas are short of available concrete aggregates， making it difficult to obtain the available concrete aggregates required by the project. Through a large amount of detailed investigation and study of the formation distribution of nearly 100km around the dam site， the available sources were initially determined， and a complete survey scheme was formulated according to the source distribution， and some special survey methods were adopted to ensure the selection of available material slots and the accuracy of the survey reserves. This paper summarizes the research ideas and methods of concrete aggregates survey of Karot Hydropower Station， and provides a successful example for the exploration and study of concrete aggregates for large hydropower projects under such special geological environment.

Key words： aggregate field survey;concrete aggregate; ?survey ideas; survey means; Karot Hydropower Station; Pakistan