大坝坝肩盐溶角砾岩处理关键技术研究

大坝坝肩盐溶角砾岩处理关键技术研究

马 婧1,周涛2,刘 超1

1. 中国葛洲坝集团第三工程有限公司，陕西西安 710077

2. 长江水利委员会长江科学院，湖北武汉 430019

摘要：我国西南地区特别是四川省域广泛分布有盐溶角砾岩，严重威胁水库大坝等工程建设的质量及施工进度。准确探查盐溶角砾岩的形成机理及分布范围，深入分析盐溶地质条件对工程的影响，有针对性的采取科学的施工方法，有助于降低建设工程风险，保障大坝施工及运行安全，对我国大坝工程建设发展具有重要意义。

关键词：盐溶角砾岩；双曲拱坝；坝肩；抗滑稳定

0引言

由于蒸发盐溶解而使其围岩崩塌、破碎而成的角砾岩称之为“盐溶角砾岩”，集中分布于中国东部和西南部的14个省，尤以四川、河北、山西、云南、贵州最为发育。盐溶角砾岩一般呈不规则的层状，下层面比较平整，和下伏岩层整合一致；上层面多呈起伏不平状，和上覆岩层的界面不甚清晰，有时呈过渡状，有些产状呈透镜层、扁豆体层或鸡窝状体等极不规则的形状。盐溶角砾岩多空洞、易破碎，是构造薄弱地带。

1工程概况

四川省某大型水库大坝坝型为碾压混凝土双曲拱坝，最大坝高132m，总库容1.6亿m³，工程等别为Ⅱ等（大（2）型）工程。该水库坝址位于四川省达州市境内，属侵蚀溶蚀高中山地貌。坝线处河流流向南东，略向右岸弯凸，至下游0.7km处转向西，河床高程459~463m，谷底宽度65~75m。河谷宽高比为2.2:1，总体呈“V”型峡谷特征。左岸山体高大宽厚陡峻，坡形较完整，坡顶高程860m左右，相对高差约400m，自然坡度约45°~55°，属峻坡，局部为悬坡或倒坡。右岸从上游至下游地形渐变低矮，坡顶高程从上游890m至下游降低为560m，相对高差430~100m，地形坡度在正常蓄水位以下为45°~55°，正常蓄水位以上从上游至下游渐变缓，由50°变为30°。

前期根据地质测绘情况，大坝坝址区岩溶发育强烈，左岸分布有大规模性状较差的盐溶角砾岩。该区域不良地质的存在不仅影响坝基防渗实施，并且对大坝拱端抗滑稳定构成重大影响。因此，有必要在施工期对左岸区域进行专项勘察，采用大量先导孔钻探、物探及水文地质试验等方法，进一步了解其分布范围以及对左岸拱端抗力稳定性和变形稳定性的影响。结合施工交通洞及灌浆廊道的布置进行情况揭示，并辅助以少量勘探孔对其分布范围及性状进一步复核。

2 地质复勘

2.1钻探

本次勘探钻孔主要利用防渗帷幕先导孔。左岸防渗帷幕分三层布置，上层廊道长1150m，共58孔，钻孔编号S01~S58；中层廊道长1085m，共55孔，钻孔编号Z01~Z55；下层廊道长1025m，共52孔，钻孔编号X01~X52。上层及中层廊道钻孔深度设计原则为搭接下层廊道钻孔，下层钻孔以达到初设防渗深度为原则，钻孔间距为20m。

2.2物探

（1）雷达

左岸上层灌浆平洞实测距离1150m，桩号K0+0~K0+1150。雷达探测发现较多异常区，一般为溶洞、溶缝、强溶蚀、溶蚀破碎、裂隙发育等。上层平洞底板强溶蚀及溶洞主要发育桩号为K0+0~K0+26、K0+194~K0+237、K0+407~K0+449、K0+745~K0+782区域；中层平洞底板30m内强溶蚀及溶洞主要发育桩号为K0+123~K0+159、K0+464~K0+499、K0+611~K0+757、K0+842~K0+879区域；下层平洞底板强溶蚀及溶洞主要发育桩号为K0+112~K0+119、K0+183~K0+234、K0+679~K0+711、K0+746~K0+847区域。

（2）声波CT

在503m高程处理平洞进行5对声波CT探测，左岸上层灌浆平台（窑洞）进行了1对声波CT探测。根据探测钻孔结果，ZKB钻孔-ZK7钻孔之间，452m高程以下岩体较完成，452m高程以上岩体较破碎；ZK7-ZK3-ZK6钻孔浅层（490m高程以上）岩体较破碎，460~490m高程受483、466盐溶角砾岩平洞影响，局部岩体破碎。

3 盐溶角砾岩分布及工程影响分析

3.1盐溶角砾岩分布范围

通过以上方法对坝址区左岸工程地质勘测复核，左岸地表分布T1j③、T1j⑤两大层盐溶角砾岩，另外左坝线下游T1j⑥层分部有1层较大的盐溶角砾岩透镜体，各层盐溶角砾岩地表出露范围与前期勘测资料基本一致。

左岸T1j③层盐溶角砾岩位于拱坝轴线上游，与拱坝轴线最近距离约45m，沿1号背斜两翼分布并向左岸山内倾，总体展布方向为N47°W，SE侧延伸至高程610m左右，NW侧向左岸河边延伸至右岸。该层位于拱坝上游，对拱坝变形稳定无影响。

T1j⑤层为灰~灰黑色盐溶角砾岩，角砾成分主要为灰~灰黑色的灰岩角砾，棱角状，粒径以2~10cm为主；胶结物为方解石、泥质等混杂。该层沿1号背斜两翼分布并向左岸山内倾状，顺NW-SE向展布。背斜两翼水平出露宽度相差较大，其NE翼水平宽度20-30m，SW

翼水平宽度4-8m。主要在拱坝坝基及抗力体、发电引水洞一带出露，特别是SW翼T1j⑤层盐溶角砾岩，对拱端抗力体的影响最大。

3.2盐溶角砾岩性状

岩溶角砾岩物质成分包括角砾和胶结物两部分，角砾部分为上覆岩体灰岩等碳酸盐岩，粒径悬殊、大小不一；胶结物有方解石、泥质等。因此，盐溶角砾岩的物理力学性质与角砾含量，胶结物成分和含量有关，如角砾含量较多，钙质胶结，整体呈块状结构，则力学强度相对较高；如胶结物含量较多且为泥质胶结，整体呈土状结构，遇水易软化，则力学强度很低；如胶结物为钙质、泥质混合，其力学强度介于二者之间。同一工区各层的盐溶角砾岩由于胶结物成份的不同，其物理力学性质差别很大，具有非均匀性。

本次在左岸下侧帷幕灌浆平洞先导孔Z-X2、Z-X7以及503盐溶角砾岩处理平洞钻孔ZKB5各取样6块盐溶角砾岩样品，合计18块，进行室内岩石物理力学试验，其结果均为混合胶结盐溶角砾岩，角砾大小混杂，5~20cm居多，胶结物为钙质、泥质等混杂。

3.3工程影响分析

根据本次勘测结果，T1j⑤层盐溶角砾岩位于河床坝基一带向下游左岸斜穿而过，左岸拱肩槽嵌深部位无盐溶角砾岩分布，但左岸抗力体范围内有T1j⑤层。鉴于该层大部分为混合胶结，局部为泥质胶结及钙质胶结，溶蚀强烈、变形模量较低，故该层对左岸抗力体抗滑稳定及变形稳定构成重大影响，需进行专项处理。

4左坝肩加固处理

通常的工程处理措施有：盐溶角砾岩挖除、固结灌浆、预应力锚索加固、断层破碎带与软弱夹层置换处理（包括用混凝土置换等）以及用预应力加固等。

针对左岸坝肩盐溶角砾岩分布现状并考虑左岸坡陡峻情况，为避免大范围开挖及由此产生的高边坡，左坝肩采用窑洞式开挖设计方案，窑洞式开挖洞身内尺寸较大，为保证洞周及洞顶边坡的稳定，施工时先对边坡松散岩石或危岩体进行清除，然后采取喷砼＋锚杆＋锚索加固的方式对洞周及洞顶边坡进行处理。窑洞洞脸支护范围为洞脸两侧15m、洞顶65m范围内陡岩，具体加固方式为：高程约为EL565.30~630.3m。支护形式为①C28锚杆L=9m@1*1m,外露0.1m，梅花型布置，锚杆间隔布置；②排水孔直径 50mm@2x2m.入岩15m，仰角10度，内置PVC花管，需设于两锚杆中间位置；③压力分散性锚索2000KN级，设计锚固力为2000KN(13股钢绞线)，设计张拉力2200KN，超张拉力2400KN，L=50m/40m，间排距6m，梅花型间隔布置。

5结论及建议

盐溶角砾岩处理是一项复杂的技术，需根据地勘结果，确定近坝端不同位置（水平、垂直距离）的抗力体力学性能要求，分析处理方案优化的可能性，制定综合性的处理措施。

建议对拱坝左岸抗力体的抗滑稳定及变形稳定性进行复核验算，并根据复核结果确定盐溶角砾岩的置换处理范围。同时结合该地区地质情况建立力学模型，分析计算抗力体范围内的回填混凝土状态，以满足拱坝对抗力体的刚度及稳定性要求。

参考文献

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