李新峰，陳厚軍，于 為

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，烏魯木齊830002）

1 問題由來與思考

臨滄地區(qū)自20世紀(jì)末至今陸續(xù)建有中小型水庫有20余座，多數(shù)涉及此類特殊花崗巖上，且絕大部分為黏土心墻壩，由于近年環(huán)境保護(hù)需要，天然建筑材料土料場(chǎng)用地征遷愈發(fā)困難， 瀝青心墻壩型在環(huán)保和節(jié)省天然建筑材料用地等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于壩基抗變形穩(wěn)定性要求也明顯高于黏土心墻壩。而本地區(qū)風(fēng)化花崗巖特殊性質(zhì)，也給這種本地新壩型帶來挑戰(zhàn)和考驗(yàn)。

鳳慶縣前鋒水庫為一座壩高60m的瀝青心墻壩，施工開挖過程發(fā)現(xiàn)，壩基和洞室圍巖均為全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化二長(zhǎng)花崗巖，圍巖穩(wěn)定性差～極不穩(wěn)定。 壩址區(qū)全風(fēng)化花崗巖呈灰黃色砂狀物質(zhì)， 結(jié)構(gòu)中密～密實(shí)，擾動(dòng)后呈松散砂狀；風(fēng)化厚度10～30m不等，最深可達(dá)40m。全風(fēng)化的中下部，可見強(qiáng)風(fēng)化團(tuán)塊或塊體（或稱球狀體），球狀體分布不規(guī)律，具有典型囊狀風(fēng)化、蜂窩狀、間隔風(fēng)化特征；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖呈淺灰白色，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，多呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖石敲擊聲悶易碎，其分布規(guī)律性差，呈球狀、條帶狀分布。此外正在進(jìn)行勘察中的云縣馬街河水庫，經(jīng)過勘探揭露，強(qiáng)風(fēng)化厚度局部達(dá)60m。在類似深厚花崗巖強(qiáng)風(fēng)化上建壩在臨滄較為普遍。

據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范， 對(duì)壩體與巖石壩基和岸坡的連接，要求“若風(fēng)化層較深時(shí)，高壩宜開挖至弱風(fēng)化層上部， 中、 低壩可開挖至強(qiáng)風(fēng)化層下部……”［1］。 由此可見，對(duì)于臨滄深厚度巨大的強(qiáng)風(fēng)化特殊花崗巖，基礎(chǔ)開挖至強(qiáng)風(fēng)化下部，一般情況難以實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)存在部分全風(fēng)化花崗巖的壩基， 對(duì)于能否滿足瀝青心墻壩基礎(chǔ)抗變形能力的要求尤為關(guān)鍵，筆者通過一些工程實(shí)例及資料收集分析， 最終認(rèn)為對(duì)此類壩基，如果采取合理的處理方法，可滿足心墻壩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求。

例如位于云南省云縣已建的劉家箐水庫， 為一座中型水庫， 壩型為黏土心墻石渣壩， 最大壩高74.0m。 大壩地震設(shè)防烈度為8 度，壩基為全、強(qiáng)風(fēng)化的花崗巖［2］。 該水庫自2010年3月完工驗(yàn)收，目前已正常蓄水運(yùn)行超過10年。

此外，云縣曉街河水庫（中型水庫），為一座壩高76m黏土心墻壩， 全強(qiáng)風(fēng)化印支期花崗巖厚度20～36m，壩基也同樣建在花崗巖強(qiáng)風(fēng)化層中，該大壩已完成封頂一年多。

還有臨滄市在建的龍浩壩水庫壩基為全風(fēng)化花崗巖，為40m高度的黏土心墻壩，該大壩已完成填筑工作。

由于全風(fēng)化花崗巖厚度大， 處理難度大， 成本高，壩基殘留部分全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，作為土石壩基礎(chǔ)，在臨滄建壩較普遍，目前有20余座類似巖性的小（1）型或中型水庫建成并正常運(yùn)行，壩型主要為黏土心墻類土石壩，瀝青心墻壩尚無先例。通過工程實(shí)踐及分析對(duì)比，筆者認(rèn)為，對(duì)于小（1）型壩高60m的瀝青心墻壩，壩基殘留部分全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，通過采取合理的處理措施，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

2 臨滄花崗巖風(fēng)化特點(diǎn)

云南處于復(fù)雜的構(gòu)造板塊交接地帶， 跨越揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)、華南褶皺系、松潘—甘孜褶皺系、唐古拉—昌都—蘭坪—思茅褶皺系和岡底斯—念青唐古拉褶皺系等5個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，各個(gè)地質(zhì)時(shí)代地層在不同地區(qū)其發(fā)育程度、巖石組合、厚度變化、層序特征、接觸關(guān)系、沉積巖相、區(qū)域變質(zhì)作用、火山運(yùn)動(dòng)等方面差異巨大。 如蘇家河口水電站，全風(fēng)化巖層厚度25～45m不等，最深可達(dá)90m［3］。

據(jù)“景東幅區(qū)域地質(zhì)圖”，臨滄云縣、鳳慶等處，印支期巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈， 包括中三疊統(tǒng)忙懷組酸性火山巖、 次火山巖、 上三疊小定西組中基性火山巖、次火山巖，閃長(zhǎng)巖及規(guī)模巨大的酸性侵入巖等。對(duì)于水利工程領(lǐng)域， 查明花崗巖等火山巖物理力學(xué)性質(zhì)和水理尤為重要。

根據(jù)臨滄多個(gè)項(xiàng)目勘探與施工開挖結(jié)果顯示，本區(qū)花崗巖為以全風(fēng)化黑云母二長(zhǎng)花崗巖為主，局部夾強(qiáng)風(fēng)化碎塊石透鏡體； 全風(fēng)化花崗巖呈灰黃色砂狀物質(zhì)，結(jié)構(gòu)中密-密實(shí)，擾動(dòng)后呈松散砂狀；風(fēng)化厚度10～30m不等，最深可達(dá)90m。 全風(fēng)化的中下部，可見強(qiáng)風(fēng)化團(tuán)塊或塊體（或稱球狀體），球狀體分布不規(guī)律，具有典型囊狀風(fēng)化、蜂窩狀、間隔風(fēng)化特征；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖呈淺灰白色，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，多呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖石敲擊聲悶易碎，其分布規(guī)律性差，呈球狀、條帶狀分布。水庫大壩建基面多為全風(fēng)化花崗巖包裹強(qiáng)風(fēng)化花崗團(tuán)塊碎石。

3 全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的分帶特征

不同地層時(shí)代、 不同成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的花崗巖風(fēng)化程度均不相同，風(fēng)化厚度相差較大，風(fēng)化花崗巖巖土工程特性也有所不同［4］。

由于花崗巖全-強(qiáng)風(fēng)化具有其分布規(guī)律性差，呈球狀、條帶狀分布的特點(diǎn)，一般厚度15～30m，局部甚至更深， 通過多個(gè)工程前期的勘探和施工基槽開挖情況總結(jié)，對(duì)巖石風(fēng)化程度進(jìn)行適當(dāng)分帶，有利于設(shè)計(jì)及施工組織設(shè)計(jì)，進(jìn)行針對(duì)性和差異化的處理，獲得更為合理和經(jīng)濟(jì)的處理措施方法。

全風(fēng)化的分帶，一般取決于球狀體的占比，一般規(guī)律是隨著垂直方向深度增加， 球狀體占比會(huì)逐漸增幅。即全風(fēng)化上部（上帶）以砂狀碎屑物為主，中下部（中帶）為砂狀碎屑物與球狀體互層，接近強(qiáng)風(fēng)化（下帶）則以球狀體為主含少量砂狀物。

強(qiáng)風(fēng)化帶中長(zhǎng)石礦物常常是未完全徹底風(fēng)化的高嶺土，仍有少部分呈較堅(jiān)硬的礫狀，巖體外觀呈塊石狀，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造清晰。 巖塊可用手掰開，并可沿破裂面合成原來形狀。破碎后多次松散巖碎屑?jí)K，而不是砂土狀。 此帶巖體不均一，多有全風(fēng)化、中等風(fēng)化甚至微風(fēng)化的巖塊分布其中，塊、球狀風(fēng)化更為常見。 而受原巖體中節(jié)理、斷層影響，全風(fēng)化帶中可有風(fēng)化程度相對(duì)較輕微的塊、球體存在。 大小不等，形狀不一，但多呈渾圓狀，核心部位常風(fēng)化輕微，在全風(fēng)化帶下部尤為常見。建議對(duì)于嚴(yán)重風(fēng)化的花崗巖，凡是呈土狀（夾砂）而又保持原有結(jié)構(gòu)（宏觀觀察確定）可定為全風(fēng)化［5］。

還有文獻(xiàn)對(duì)全、強(qiáng)風(fēng)化帶表述為：全風(fēng)化花崗巖除石英外，其他礦物嚴(yán)重風(fēng)化蝕變，礦物之間失去結(jié)晶聯(lián)系或具有微弱的結(jié)合力，手捏即散，呈礫砂狀；擾動(dòng)前， 原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造模糊可辯， 但取不出完整巖心，用鍬鎬可挖；而強(qiáng)風(fēng)化花崗巖則是以半疏松狀巖石為主，上部除石英外，均有顯著蝕變，底部礦物蝕變較差。 原巖結(jié)構(gòu)破壞較嚴(yán)重，風(fēng)化裂隙貫通性、聯(lián)系性和延伸性均較好。 錘擊聲啞， 難以取出完整巖心。此帶常有風(fēng)化較輕的塊球體零星分布，故而造成巖體力學(xué)性質(zhì)極不均一的現(xiàn)象［6］。

綜上所述，對(duì)于不同工程、不同勘察單位對(duì)全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化的認(rèn)識(shí)把握不盡一致， 建議對(duì)不同風(fēng)化層進(jìn)一步分帶，如全風(fēng)化上帶、下帶，強(qiáng)風(fēng)化上帶、下帶等。

如果參照GB50487—2008 《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄H采用的風(fēng)化帶5級(jí)分類方法，對(duì)風(fēng)化特征對(duì)照，則全風(fēng)化：除石英外，其他礦物嚴(yán)重風(fēng)化蝕變?yōu)榇紊V物，錘擊有松軟感，出現(xiàn)凹坑，礦物手可捏碎，用鍬可挖動(dòng)；對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化巖則是：錘擊啞聲，巖石大部分變酥，易碎，用鎬撬可挖動(dòng)，堅(jiān)硬部分需爆破［7］。 此分類是普遍的巖體風(fēng)化特征，對(duì)于特殊花崗巖則不完全適用， 況且在實(shí)際工程中還是存在衡量指標(biāo)差異較大問題，劃分困難且難以操作。

花崗巖抗剪強(qiáng)度中內(nèi)摩擦角φ值主要由石英與長(zhǎng)石總含量和大于0.5mm 的顆粒含量所控制，φ值同顆粒成分特征值及石英與長(zhǎng)石總含量2個(gè)指標(biāo)之間存在著很好的相關(guān)性， 大于0.5 mm的顆粒含量和石英與長(zhǎng)石總含量對(duì)φ值起決定性作用。而黏聚力與顆粒成分、礦物成分之間的相關(guān)性不強(qiáng)。黏聚力影響因素的復(fù)雜性導(dǎo)致了其試驗(yàn)結(jié)果離散性較大［8］。

花崗巖的抗剪強(qiáng)度與大顆粒直徑的礦物含量成線性關(guān)系。 與風(fēng)化前相比，天然狀態(tài)下強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化花崗巖抗剪強(qiáng)度分別降低61.2%及75.5%。 飽水狀態(tài)下強(qiáng)風(fēng)化、 全風(fēng)化花崗巖抗剪強(qiáng)度比天然狀態(tài)下分別降低29.1%及4.3%［9］。

因此還應(yīng)該考慮砂土狀物質(zhì)與巖塊（球狀體）所占比重決定，根據(jù)多個(gè)項(xiàng)目勘察試驗(yàn)成果總結(jié)如下：臨滄花崗巖一般全風(fēng)化上帶2mm以上巖塊球狀體顆粒含量小于15%（砂土狀物質(zhì)占比大于85%），全風(fēng)化下帶巖塊占比大于50%（砂土狀物質(zhì)占比大于50%）可輕易敲碎； 強(qiáng)風(fēng)化上帶巖塊占比大于85%（砂土狀占比小于15%）巖石敲擊聲啞，強(qiáng)風(fēng)化下帶巖塊占比大于95%（砂土狀占比小于5%）， 且?guī)r石敲擊聲音清脆有彈性。 此外采用標(biāo)準(zhǔn)貫入或動(dòng)力觸探等原位測(cè)試方法，加以對(duì)照也能對(duì)全強(qiáng)風(fēng)化帶予以劃分。 如對(duì)于重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)擊數(shù)50擊（或標(biāo)貫大于40擊）作為界限。 或波速測(cè)試大于800m/s （強(qiáng)風(fēng)化為800～2500m/s）；國(guó)內(nèi)部分針對(duì)全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖旁壓試驗(yàn)結(jié)果表明，旁壓模量在40～50MPa，承載力特征值小于1.0MPa，同時(shí)結(jié)合巖塊（多或球體）含量及開挖、敲擊等綜合指標(biāo)予以判斷，由此劃分結(jié)果才更接近客觀實(shí)際。

4 主要巖土參數(shù)選取

本工程壩基全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖特點(diǎn)是上部巖性力學(xué)性狀存在不均勻性和差異性問題， 對(duì)于瀝青心墻必須保證基礎(chǔ)不產(chǎn)生變形破壞是重點(diǎn)環(huán)節(jié)， 其次是滲透穩(wěn)定性問題。

對(duì)于大壩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)來說， 全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的選取尤為重要。 列舉部分臨滄已建水庫壩基花崗巖主要地質(zhì)參數(shù)建議值如表1。 此外，根據(jù)近期部分水庫勘察資料， 將壩基花崗巖主要地質(zhì)參數(shù)建議值列舉如表2。

表1 臨滄部分已建水庫壩基風(fēng)化花崗巖主要地質(zhì)參數(shù)建議值

續(xù)表1

通過對(duì)比可看出，對(duì)于弱風(fēng)化和微～新鮮花崗巖來說，弱風(fēng)化飽和抗壓強(qiáng)度一般為20～60MPa，微風(fēng)化-新鮮巖體飽和抗壓強(qiáng)度40～80MPa， 各個(gè)不同工程給出的指標(biāo)基本接近，多屬中硬-堅(jiān)硬巖；但全風(fēng)化花崗巖存在沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)問題， 不同勘察設(shè)計(jì)單位，對(duì)全、強(qiáng)風(fēng)化劃分分帶有所差異，絕大部分無法獲得飽和抗壓強(qiáng)度，但總體上接近密實(shí)砂土基，天然密度1.69～2.21g/cm3， 承載力200～400kPa （個(gè)別達(dá)到600kPa）， 而強(qiáng)風(fēng)化飽和抗壓強(qiáng)度一般為5～15MPa，則屬軟巖類似。 其變形模量差異較大，一般為0.03～0.15GPa，主要取決于巖石塊球體含量高低。

根據(jù)前鋒水庫試驗(yàn)資料， 全風(fēng)化上帶花崗巖定名為黏土質(zhì)砂，＞2mm顆粒含量4.5%～17.8%，＜2mm顆粒含量82.2%～95.5%，0.075～0.005mm顆粒含量13.1%～17.3%，＜0.005mm顆粒含量2.6%～4.5%， 天然密度1.76～1.99g/cm3，含水率8.3%～12.6%， 孔隙率0.30～0.45，平均值0.39， 臨界比降0.20，允許比降0.15，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)， 風(fēng)化花崗巖厚度5～20m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)21～43擊，標(biāo)貫擊數(shù)隨深度逐漸增大， 呈中密-密實(shí)狀態(tài)，平均40擊。

綜上所述， 提出全風(fēng)化花崗巖主要力學(xué)指標(biāo)： 天然狀態(tài)下（未擾動(dòng)）承載力300～600kPa，建議值350kPa；變形模量0.009～0.045GPa（離散性大），建議值0.02GPa；抗剪斷強(qiáng)度c′：0.005～0.05 （離散性大）， 建 議 值0.02MPa，f ＇：0.33～0.46， 建議f＇值0.40；上述力學(xué)性質(zhì)飽和狀態(tài)指標(biāo)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況予以適當(dāng)折減。滲透系數(shù)1.49×10-4～1.20×10-3cm/s， 屬中 等 透 水 性巖（土）。

需要指出的是，對(duì)于臨滄類似花崗巖上的水庫來說，全、強(qiáng)風(fēng)化厚度大，需要加強(qiáng)壩基的固結(jié)灌漿和帷幕灌漿工作， 而全-強(qiáng)風(fēng)化花崗巖充填大量砂狀碎屑物，常常會(huì)引起普通水泥漿灌漿效果差，使得后期壩基固結(jié)灌漿和帷幕灌漿防滲工作實(shí)施困難。

5 全風(fēng)化花崗巖處理方法探索與實(shí)踐

由上節(jié)內(nèi)容可看出， 全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖物理力學(xué)指標(biāo)與下部新鮮巖石相比差異較大， 尤其未注漿的全風(fēng)化花崗巖水穩(wěn)定性很差， 通過注漿加固可顯著提高全風(fēng)化花崗巖土體的水穩(wěn)定性［10］。

云南臨滄全風(fēng)化花崗巖充填大量砂狀碎屑物，普通水泥漿灌漿效果差，普遍具有“吃水不吃漿”的特點(diǎn)，普通水泥可灌性較差，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖可灌性相對(duì)較好。 根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)， 在灌漿蓋板以下5m內(nèi)的第一、 第二段灌漿設(shè)計(jì)壓力往往很小， 一般在0.2～0.4MPa，否則灌漿蓋板抬動(dòng)值超出設(shè)計(jì)允許范圍［10］。

出于經(jīng)濟(jì)角度考慮， 已建水庫工程仍然以常規(guī)固結(jié)灌漿和帷幕灌漿的措施為主。 也有部分采用高壓旋噴灌漿， 此方法對(duì)工程場(chǎng)地條件和巖性條件有要求。 少數(shù)專家傾向高壓旋噴灌漿。 但由于設(shè)備占地大，對(duì)地形要求相對(duì)較高，需分級(jí)開挖平臺(tái)施工，應(yīng)充分考慮移動(dòng)設(shè)備耗時(shí)及施工難度［11］。 因此，多部分專家認(rèn)為云南多數(shù)中小型水庫地形處于峽谷地貌，地形條件不宜采用高壓旋噴，尤其對(duì)于存在巖性差異較大的砂和巖塊球體時(shí)， 對(duì)高壓噴射灌漿影響較大。

無論對(duì)于變形還是滲透破壞， 壩基與下部強(qiáng)風(fēng)化巖體之間的連接都是重點(diǎn)。 加強(qiáng)對(duì)全風(fēng)化中砂的“擠密”是關(guān)鍵。 針對(duì)大壩差異沉降及協(xié)調(diào)變形的特點(diǎn)，地質(zhì)建議采取加強(qiáng)固結(jié)灌漿處理，本地區(qū)成熟經(jīng)驗(yàn)是：①適當(dāng)加大壩基心墻底板（混凝土基座）的開挖深度與尺寸； ②加深和加密灌漿的深度、 孔排距（甚至加大孔徑）； ③控制好灌漿的壓力和漿液濃度等；④控制混凝土蓋板的抬動(dòng)和兩側(cè)冒漿；⑤搞好灌漿效果的檢測(cè)；⑥注漿后妥善封孔。

具體灌漿參數(shù)指標(biāo)，通過現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)確定，確保全風(fēng)化層巖體質(zhì)量得到改善， 并滿足壩基設(shè)計(jì)要求。

鑒于全風(fēng)化層擾動(dòng)后呈松散砂狀，承載力及變形能力急劇下降，施工開挖時(shí)嚴(yán)禁對(duì)壩基擾動(dòng)破壞，建議預(yù)留保護(hù)層厚度不小于0.5m， 混凝土澆筑前人工開挖保護(hù)層，以避免壩基地層的擾動(dòng)。心墻以外壩殼基礎(chǔ)在施工中也應(yīng)盡量保護(hù)，減少對(duì)壩基的擾動(dòng)。

6 結(jié)語

通過對(duì)臨滄全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖不斷認(rèn)識(shí)總結(jié)，對(duì)風(fēng)化帶劃分逐漸了解。 對(duì)于全風(fēng)化花崗巖作為黏土心墻壩壩基基礎(chǔ)，采取合理適當(dāng)?shù)墓こ檀胧蓾M足設(shè)計(jì)要求且已被證實(shí)。而對(duì)于瀝青心墻壩，作為本區(qū)特殊花崗巖風(fēng)化帶上的新型土石壩， 有待于工程實(shí)踐檢驗(yàn)。

瀝青心墻壩具有良好的防滲和塑性性能， 適應(yīng)地基不均勻沉降的抗變形能力不亞于黏土心墻壩，此外瀝青心墻還具有較好的抗?jié)B流沖蝕能力。

通過實(shí)踐與前人資料分析對(duì)比， 提出如下認(rèn)識(shí)供類似工程借鑒和探討：

（1）對(duì)于臨滄花崗巖，全強(qiáng)風(fēng)化帶劃分需要考慮多種綜合方法進(jìn)行判斷， 根據(jù)不同原位測(cè)試和試驗(yàn)獲得物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對(duì)比分析， 可為設(shè)計(jì)提供更為科學(xué)合理的地質(zhì)參數(shù)。

（2）作為高度小于70m中小型水庫，在臨滄特殊花崗巖上，具備建造瀝青心墻壩的條件。但必須加強(qiáng)對(duì)壩基全風(fēng)化帶的加固處理措施， 以控制基礎(chǔ)差異性變形沉降。

（3）適當(dāng)加大、加厚灌漿蓋板尺寸，并加密、加深固結(jié)灌漿孔、排距，控制好上段灌漿壓力，可克服蓋板抬動(dòng)和回漿變濃（吃水不吃漿）等問題。 心墻混凝土基座的上下游兩側(cè)增設(shè)齒墻。

（4）大壩壩基心墻基礎(chǔ)灌漿前應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)，選取合理的灌漿參數(shù)。

（5）壩基機(jī)械開挖應(yīng)預(yù)留足夠的保護(hù)層，澆筑蓋板前采取人工開挖，最大限度減少對(duì)風(fēng)化地層的擾動(dòng)。