劉愛環(huán)，唐洪亮

（1.貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550002；2.江口縣水務(wù)局，貴州 江口 554400）

1 工程概況

1.1 軍屯水庫簡介

軍屯水庫樞紐位于長江流域沅江水系錦江的4級支流孟家溪上，壩址距江口縣城22km，距怒溪鎮(zhèn)10km。水庫正常蓄水位438.20m，死水位423.70m（國家高程基準(zhǔn)系統(tǒng)），總庫容150萬m3。軍屯水庫工程的任務(wù)是為江口縣怒溪鎮(zhèn)提供農(nóng)業(yè)灌溉和居民生活用水。

軍屯水庫水源樞紐工程由堆石混凝土重力壩、溢流表孔、取水兼放空管等建筑物組成。重力壩最大壩高36.20m，壩頂高程441.20m，壩頂長177.30m，壩頂寬6.00m；大壩上游高程〈426.20m壩坡為1:0.20，以上為鉛直；大壩下游高程〈434.70m壩坡為1:0.80 臺階狀布置，以上壩坡為鉛直；壩底最大寬度為33.40m。溢流表孔布置于河床壩段，共2孔，單孔寬7.50m，溢流壩段總長18m，堰頂上方布置交通橋連接左、右岸非溢流壩段。溢流表孔采用壩面臺階及消力池聯(lián)合消能。取水兼放空管布置于大壩右岸壩段，由取水口、取水鋼管、壩后閘閥室組成。

工程區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動峰值加速度為0.05g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度，此工程主要建筑物級別為4級，故不考慮建筑物抗震設(shè)計(jì)。

1.2 工程地質(zhì)簡介

壩區(qū)出露地層為寒武系下統(tǒng)金頂山組、杷榔組（∈1p）及第四系覆蓋層。①金頂山組（∈1j）：灰黑色含炭質(zhì)頁巖，巖質(zhì)較為軟弱，在空氣中易風(fēng)化崩解，為河床及左壩肩巖體，厚度〉100m，主要分布在河床及左岸。②杷榔組（∈1p）：層紋—條紋狀粉砂質(zhì)黏土巖，主要由黏土礦物、陸源碎屑等礦物組分構(gòu)成，位于河床及右壩肩，F(xiàn)1斷層下盤，擠壓破碎嚴(yán)重，厚度〉80m。③第四系覆蓋層（Q）：殘坡積（Qel+dl）砂質(zhì)黏土，位于兩岸坡，厚度0～2m。沖積（Qal）砂礫石，位于河床，厚度1～4m。

在壩址區(qū)右岸發(fā)育一較大的斷裂構(gòu)造——逆斷層F1（怒溪逆斷層），怒溪逆斷層通過庫首右岸，走向北東，從太平場至孟家屯，長約10km，斷層產(chǎn)狀N16°～56°E/NW∠40°～84°，斷層面近地表表現(xiàn)為陡傾，向深部發(fā)育傾角逐漸變小，斷層影響帶寬〉100m。

2 斷層未揭露前地質(zhì)評價及工程處理措施

根據(jù)工程地質(zhì)測繪、勘探及物探等資料綜合分析，逆斷層向庫區(qū)右岸及下壩址左岸溝谷延伸，斷層破碎帶一般寬3～6m，主要為斷層泥，少量糜棱巖、片狀巖（片理化不甚明顯）、碎塊巖，多呈條帶狀或透鏡狀，連續(xù)或斷續(xù)分布于斷層面附近。上盤影響帶寬約20～80m，從地表向下逐漸變窄，且局部不明顯表現(xiàn)出影響帶特征。下盤影響帶寬30～160m，從地表向下逐漸變窄，巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，局部可見壓碎巖，碎塊巖，巖石有被擠壓拖拉撓曲現(xiàn)象，近地表派生小斷裂較發(fā)育，影響帶特征表現(xiàn)明顯。受構(gòu)造影響，巖層產(chǎn)狀在斷層帶內(nèi)變化較大，遠(yuǎn)離斷層帶變化相對較小，上下盤分別為80°～90°∠13°～27°、97°～105°∠12°～23°。

由于斷層破碎帶規(guī)模不大，且組成物質(zhì)為斷層泥為主，對基礎(chǔ)的強(qiáng)度和壓縮變形有一定影響，根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319），挖除后用混凝土塞回填加固，工程處理措施如下：①混凝土塞回填加固。在壩基開挖至405m高程后，將斷層破碎帶進(jìn)行清理，清理深度為4m，清理后用C15混凝土塞填充加固。混凝土塞深4m，底寬4m（斷層寬度），見圖1所示?；炷寥驂误w外的上、下游各延伸8m，混凝土塞總長52m。②壩基固結(jié)灌漿。與壩體接觸的斷層范圍及壩體向上、下游方向延伸5m的范圍內(nèi)，壩基固結(jié)灌漿孔距、排距加密，孔深加長：孔距和排距為1.50m，孔深為8m。③防滲帷幕灌漿。在斷層兩側(cè)5m范圍（直線距離22m）防滲灌漿孔距加密為1.00m。

圖1 右岸斷層破碎帶混凝土塞斷面示意圖

3 斷層揭露后地質(zhì)評價

施工開挖揭露斷層性狀與初設(shè)基本一致，位置由原右壩肩變至河床（見圖2），建基面斷層泥夾糜棱巖碎石破碎帶寬9～13m，兩側(cè)為糜棱巖夾斷層泥破碎帶，斷層帶總寬度為23～35m。因斷層位置及規(guī)模發(fā)生了較大變化，同時斷層帶巖體參數(shù)變小（見表1），對壩基影響較大（見圖3）。經(jīng)對斷層帶進(jìn)行鉆孔補(bǔ)充勘察，在20m深度（〉385m高程）范圍內(nèi)，斷層帶巖體性狀相差不大，物理力學(xué)參數(shù)沒有較大提高，對斷層帶深挖置換意義不大。

表1 斷層帶及影響帶基礎(chǔ)巖體物理力學(xué)參數(shù)表

圖2 F1斷層開挖揭露位置與推測位置對比圖

圖3 壩基范圍內(nèi)斷層實(shí)際分布圖

4 斷層處理方案擬定與比較

根據(jù)實(shí)際開挖揭露的斷層破碎帶的分布及物理力學(xué)性狀，斷層破碎帶規(guī)模較大，對基礎(chǔ)的強(qiáng)度和壓縮變形影響較大，容易使壩基產(chǎn)生不均勻沉降，如果破碎帶不處理，蓄水后會發(fā)生泥化，甚至產(chǎn)生機(jī)械或化學(xué)管涌，危及大壩安全。

經(jīng)復(fù)核，如果繼續(xù)沿用原處理方案，則坐落在斷層破碎帶段基礎(chǔ)上的大壩最小滑動安全系數(shù)正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位工況下的最小安全系數(shù)為1.68 〈［3.00 ］，校核洪水位工況下的最小安全系數(shù)為1.65 〈［2.50 ］，壩體基底最大應(yīng)力不滿足壩基承載力要求。為保證大壩安全及水庫正常運(yùn)行，右岸河床壩段基礎(chǔ)型式需進(jìn)一步研究，以下擬定2個處理方案進(jìn)行比較。

方案1：擴(kuò)大基礎(chǔ)方案（見圖4）。該方案是指壩橫0+035.150 ～壩橫0+088.150 壩段415.20m以下高程進(jìn)行整體澆筑，形成擴(kuò)大基礎(chǔ)，使壩體整體抗滑穩(wěn)定?；?05.00 ～405.20m高程采用二級配C25混凝土進(jìn)行封閉，405.20 ～415.20m高程范圍設(shè)置為10m厚的C15自密實(shí)堆石混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。

圖4 擴(kuò)大基礎(chǔ)方案大壩斷面設(shè)計(jì)圖

方案2：樁基式抗滑剛體方案（見圖5、圖6）。該方案是指壩橫0+035.150 ～壩橫0+088.150 壩段底部增設(shè)5根C30混凝土樁基式抗滑剛體?？够瑒傮w采用橢圓形斷面，單根長12.50m，深入基巖8m?？够瑒傮w截面采用橢圓形，d=2500mm，L=1300mm。

圖5 抗滑剛體方案平面布置圖

圖6 抗滑剛體大樣圖

經(jīng)計(jì)算，擴(kuò)大基礎(chǔ)方案壩段正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位工況下的最小滑動安全系數(shù)為3.40 〉［3.00 ］，校核洪水位工況下的最小滑動安全系數(shù)為3.50 〉［2.50 ］，壩體基底最大應(yīng)力滿足壩基承載力要求。樁基式抗滑剛體方案正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位工況下的最小滑動安全系數(shù)為3.50 〉［3.00 ］，校核洪水位工況下的最小滑動安全系數(shù)為3.50 〉［2.50 ］，樁側(cè)最大應(yīng)力在側(cè)承載能力范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。兩個方案均能滿足大壩穩(wěn)定和承載力要求。

由表2可知，樁基式抗滑剛體方案施工工期較長、難度大、臨時費(fèi)用較高，工程投資較擴(kuò)大基礎(chǔ)方案增加71萬元，經(jīng)比較最終采用擴(kuò)大基礎(chǔ)方案。

表2 方案比較表

5 斷層處理實(shí)施情況

5.1 大壩結(jié)構(gòu)調(diào)整

右岸壩段（壩橫0+000.000 ～0+壩橫088.150 ）總長88.15m，原設(shè)計(jì)為3個壩段，單壩段長為28～30m，由于右岸實(shí)際揭露地質(zhì)條件較差，為適應(yīng)不良的地質(zhì)條件，提高壩體的整體穩(wěn)定性能，將右岸壩段調(diào)整為2個壩段，具體設(shè)計(jì)為:壩橫0+000.000 ～壩橫0+048.150 壩段總長48.15m，為1個壩段，基礎(chǔ)高程為408.00 ～441.20m；壩橫0+048.150 ～壩橫0+088.150 壩段總長40m，為1個壩段，基礎(chǔ)高程為408m。壩橫0+000.000 ～壩橫0+035.150 壩段基礎(chǔ)高程為415.00 ～441.20m，澆筑3m厚三級配C15混凝土墊層，因擔(dān)心斷層切割會對右岸高邊坡(臨時邊坡總高度為100m)造成不利影響，該墊層作為邊坡的臨時支護(hù)先行實(shí)施。右岸壩段調(diào)整如圖7所示。

圖7 基礎(chǔ)為斷層的壩段上游立視圖

5.2 壩基固結(jié)灌漿

右岸大壩壩橫0+000.000 ～0+088.150 壩段基礎(chǔ)的固結(jié)灌漿分為3個區(qū)：帷幕線上游區(qū)、帷幕線下游區(qū)和斷層泥區(qū)。1區(qū)（帷幕線上游區(qū)）：深入基巖8m，間排距3m，梅花型布置；2區(qū)（帷幕線下游區(qū)）：深入基巖5m，間排距3m，梅花型布置；3區(qū)（斷層泥區(qū)）：深入基巖8m，間排距1.50m，梅花型布置。固結(jié)灌漿孔孔徑為80mm，孔中心設(shè)2根25鋼筋束，灌注P·O42.5普通硅酸鹽水泥，如圖8所示。

圖8 固結(jié)灌漿孔橫斷面設(shè)計(jì)圖

5.3 防滲帷幕灌漿

帷幕灌漿的原則不變，因斷層位置和寬度改變，灌漿量發(fā)生變化。防滲帷幕沿壩軸線布置，左、右岸接地下水位，進(jìn)入地下相對穩(wěn)定水位〉5m，防滲帷幕底界伸入至弱風(fēng)化下限以下10～20m。

防滲帷幕除右岸壩肩邊坡2m長度（壩橫0-27.345 ～壩橫0-25.345 ）為雙排布置（排距1m）外，其余部位（壩橫0-25.345 ～壩橫0+200.300）均按單排布置。斷層帶左右5m內(nèi)（壩橫0+058.150 ～壩橫0+082.150 ）孔距1.00m，其余（壩橫0-27.345 ～壩橫0+058.150 、壩橫0+082.150 ～壩橫0+200.300 ）孔距2m。

6 結(jié)語

軍屯水庫大壩于2019年封頂，2020年開始蓄水，截至目前已運(yùn)行〉1a；運(yùn)行期最高水位達(dá)433.20m，距正常蓄水位438.20m僅差5m；大壩變形滲流、監(jiān)測等數(shù)據(jù)正常，大規(guī)模斷層破碎帶的處理取得了很好的成效。文章對堆石混凝土重力壩大規(guī)模斷層破碎帶基礎(chǔ)處理措施可供同類工程借鑒。