任興隆，張 斌

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

0 前言

關(guān)壩水庫工程位于貴州省遵義市道真縣舊城鎮(zhèn)關(guān)壩村，水庫正常蓄水位823 m，相應(yīng)庫容1199×104m3，壩前抬高水頭92 m；大壩為C20碾壓混凝土拱壩，最大壩高107 m。

1 工程地質(zhì)概況

壩址河流流向N20°～30°W，河床寬約10 m，地形坡度為43°～60°、局部近直立，總體上兩岸較為對稱。正常蓄水位高程823 m時，谷口寬160.9 m，對應(yīng)的寬高比為1.77。

樞紐區(qū)出露地層為奧陶系桐梓組第一段第一層(O1t1-1)薄到中厚層灰?guī)r，桐梓組第一段第二層(O1t1-2)的泥巖，桐梓組第一段第三層(O1t1-3)的泥質(zhì)條帶灰?guī)r，桐梓組第一段第四層(O1t1-4)的薄到中厚層灰?guī)r夾泥質(zhì)白云巖及頁巖，桐梓組第二段(O1t2)的灰?guī)r與頁巖不等厚互層，紅花園(O1h)的中厚層灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r，湄潭組第一段(O1m1)的砂泥巖。

壩區(qū)無斷層發(fā)育，橫向河谷，巖層傾下游偏左岸、傾角40°～45°。在壩肩桐梓組第一段第四層(O1t1-4)中發(fā)育有連貫兩岸規(guī)模較大的兩大類夾層、夾層上下均為中厚層灰?guī)r，其中一類是泥質(zhì)白云巖夾層，另一類是含白云質(zhì)水云母頁巖。

2 軟弱夾層的揭露及分布情況

(1)勘探平硐揭露情況

在勘察過程中，左右岸各布置3個勘探平硐，總進尺452 m；鑒于樞紐區(qū)為橫向谷，下層勘探平硐采用了“T”字型布置，主洞長50 m，支洞向上下游各延伸20 m。根據(jù)平硐揭露，在壩肩桐梓組第一段第四層(O1t1-4)中發(fā)育有連貫兩岸規(guī)模較大的兩大類夾層、夾層上下均為中厚層灰?guī)r，其中一類是泥質(zhì)白云巖夾層(厚0.1 m～0.7 m)，另一類是含白云質(zhì)水云母頁巖(水云母80%，白云石10%～15%，方解石3%～5%，黃鐵礦3%，炭質(zhì)<1%，石英偶見)夾層(厚0.1 m～0.4 m)，見表1。

表1 壩區(qū)軟弱夾層夾層統(tǒng)計表

(2)鉆孔揭露情況

勘察過程中，在左岸布置2個勘探鉆孔、右岸布置4個勘探鉆孔、河床布置2個勘探鉆孔，總進尺856.5 m。由于含白云質(zhì)水云母頁巖較軟，鉆孔巖心未揭露。僅左岸的1#鉆孔的35.8 m～36.2 m，12#鉆孔的49.8 m～50.5 m位置揭露了泥質(zhì)白云巖夾層；右岸的4#鉆孔的43.8 m～45.2 m、49.4 m～52 m、58.1 m～60.5 m和9#鉆孔的31.7 m～34.8 m位置揭露為泥質(zhì)白云巖。

(3)槽探揭露情況

勘察過程中，在左右岸各布置了一條垂直于河流方向的槽探，但受地形及覆蓋層厚度等的影響，部分未完全揭露到基巖，僅在右岸槽探779 m、785 m高程分別揭露了0.4 m厚的泥質(zhì)白云巖夾層，在左岸岸槽探770 m、777 m高程揭露了0.4 m厚的泥質(zhì)白云巖夾層、799 m高程揭露了0.2 m厚的泥質(zhì)白云巖夾層。

(4)軟弱夾層的空間分布情況

現(xiàn)場地表地質(zhì)調(diào)查、槽探及鉆孔均未發(fā)現(xiàn)含白云質(zhì)水云母頁巖，僅在勘探平硐內(nèi)被揭露5層含白云質(zhì)水云母頁巖。在內(nèi)業(yè)資料整理過程中，結(jié)合槽探、鉆孔、平硐等揭露的夾層，通過切剖面分析，對各夾層進行編號標(biāo)注，將其空間位置表示于樞紐區(qū)的工程地質(zhì)平剖面圖之上。

根據(jù)勘探平硐、槽探及鉆孔等的綜合統(tǒng)計分析，樞紐區(qū)白云質(zhì)水云母頁巖及泥質(zhì)白云巖在左右岸呈基本對稱分布，均分布有10層，僅在層厚上不一致。

3 物理力學(xué)參數(shù)

(1)物理力學(xué)參數(shù)試驗值

鑒于本工程為百米級的拱壩，軟弱夾層對壩的抗滑穩(wěn)定及變形等均起到不可忽視的作用，在勘察過程中，針對泥質(zhì)白云巖和含白云質(zhì)水云母頁巖均進行現(xiàn)場試驗見表2～表3。

表2 巖體變形試驗成果統(tǒng)計表

表3 抗剪斷和抗剪(摩擦)強度成果統(tǒng)計表

(2)物理力學(xué)參數(shù)建議值

表4 物理力學(xué)參數(shù)建議值表

4 夾層工程地質(zhì)評價及影響分析

根據(jù)鉆探、平硐揭露，在壩基肩范圍內(nèi)主要分布有泥質(zhì)白云巖原生夾層和含白云質(zhì)水云母頁巖原生夾層，次生夾層主要分布在強風(fēng)化巖體內(nèi)。根據(jù)平硐及鉆孔聲波，弱風(fēng)化～新鮮巖體內(nèi)的原生夾層聲波未見明顯的突變；根據(jù)平硐內(nèi)原生夾層的暴露情況，勘探平硐于2018年8月完成，截至2020年5月，經(jīng)歷了近兩年的裸露，樞紐區(qū)勘探平硐內(nèi)的泥質(zhì)白云巖和含白云質(zhì)水云母頁巖原生夾層均未見泥化現(xiàn)象，最為重要的是泥質(zhì)白云巖原生夾層和含白云質(zhì)水云母頁巖原生夾層的上下均為強度較高的灰?guī)r。

雖壩肩抗力巖體的層間發(fā)育有厚度為0.02 m～0.7 m的含白云質(zhì)水云母頁巖、泥質(zhì)白云巖軟弱夾層(未發(fā)現(xiàn)泥化現(xiàn)象，同時層間具一定強度粘結(jié)力)，但層面及層間軟弱夾層不成為滑移控制面，只起切割面作用，對壩肩抗滑穩(wěn)定起控制作用的是比較平緩、延續(xù)性較強的扭性及反傾向壓性節(jié)理裂隙，壩基抗滑穩(wěn)定主要受混凝土與基巖接觸面的控制。

在設(shè)計過程中，根據(jù)含白云質(zhì)水云母頁巖、泥質(zhì)白云巖軟弱夾層的空間分布情況及地質(zhì)參數(shù)，采用了拱壩三維整體有限元分析，結(jié)論為壩體應(yīng)力極值均可滿足規(guī)范要求[1]；結(jié)合超載法及強度儲備系數(shù)法，計算分析得到關(guān)壩拱壩整體超載安全度：K2=3P0～4P0，K3=4.5P0。K2為非線性變形超載系數(shù)；K3為極限超載系數(shù)；P0為正常蓄水位下產(chǎn)生的荷載。

圖2 壩體-地基整體橫河向變形云圖

綜合分析認為，樞紐區(qū)的泥質(zhì)白云巖和含白云質(zhì)水云母頁巖原生夾層對巖體的承載力、變形、抗滑等綜合影響較小。

5 處理建議

鑒于上述分析結(jié)果，從地質(zhì)的角度，建議對壩肩的泥質(zhì)白云巖夾層建議進行局部深挖及在墊層砼內(nèi)增加鋼筋等處理，針對含白云質(zhì)水云母頁巖夾層建議采取刻槽深挖(半窯洞式開挖)、增加基礎(chǔ)墊層砼及在墊層內(nèi)增加鋼筋等處理措施；鑒于壩區(qū)巖體層間夾層較多，建議針對壩區(qū)采用高壓固結(jié)灌漿也提高基礎(chǔ)的完整性。

6 結(jié)語

關(guān)壩水庫作為一個中型水庫工程，大壩為百米級的高拱壩。由于樞紐區(qū)為橫向谷，在勘察過程中，采用了多手段的綜合勘察方法，利用了較多的“T”字型勘探平硐、槽探、鉆探、大剪實驗等查明了樞紐區(qū)軟弱夾層的空間分布、結(jié)構(gòu)面性狀、物理力學(xué)性質(zhì)等，為設(shè)計提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)及參數(shù)。

查明樞紐區(qū)的工程地質(zhì)條件，特別是軟弱夾層的空間分布、結(jié)構(gòu)面性狀、物理力學(xué)性質(zhì)等尤為重要，決定了所選擇的壩型是否成立。鑒于本工程巖層陡傾，軟弱夾層對壩的抗滑穩(wěn)定不起關(guān)鍵性作用，僅對變形有一定的影響，通過工程措施處理后，具備較好的建壩地質(zhì)條件。

通過本文的論述分析可知，在復(fù)雜地質(zhì)條件軟弱夾層發(fā)育的情況下，亦可建高拱壩，關(guān)鍵在于地質(zhì)需查明樞紐區(qū)地質(zhì)條件及軟層夾層的空間分布、物理力學(xué)性質(zhì)等，可供后期同類項目借鑒參考。