浅析塔西河石门子水库左坝肩基础处理成效

石 梅 裴延彪

(新疆玛纳斯县水利局 832200)

1 工程概况

石门子水库工程位于新疆玛纳斯县西南塔西河中游“石门”峡谷段，峡谷长约350m，河谷呈“U”形，谷底宽70～80m。本工程的主要建筑物由碾压混凝土拱坝、黏土心墙副坝、导流兼引水发电隧洞、电站厂房、坝顶溢洪道、坝身泄水孔等建筑物组成。碾压混凝土拱坝坝高110m，坝顶弧长169m。设计正常蓄水位1390m，校核洪水位1392.5m，总库容5010万m3。装机容量7.65MW。地震设计烈度8度。

1.1 大坝地质状况

坝址区出露侏罗系中、上统，白垩系下统地层，为一套连续沉积的河湖碎屑岩，产出状态以中厚层至块状为主，层理发育，具有明显的沉积韵律，岩层产状NE90°/30°N∠30°。侏罗系中统为浅灰色、紫红色薄层、极薄层夹中厚层砂岩，泥质砂岩与泥岩互层。侏罗系上统为以泥钙质胶结为主的棕红色砾岩(J3hla)和以钙质胶结为主的青灰色砾岩 (J3hlb)。白垩系下统为浅灰色、灰绿色、棕红色砂岩、砂质泥岩、粉沙岩。第四系广布，为冲积沙砾石层、洪积黄土、洪积含土沙砾石层。

1.2 左坝肩工程地质条件

坝址区左坝肩F3及J3是控制该坝肩抗滑稳定的两个主要结构面，前者是可能滑移体的侧滑面，后者是底滑面。F3位于F5外侧，距离约10m余，二者基本平行，产状近似，但F3更靠近河床方向，它也是影响左坝肩抗滑稳定的另一个侧滑面。

F3总体产状走向 N35°～45°，倾角 65°～75°，倾向SE，破碎带宽 0.1 ～2.5m 不等，影响带宽 0.5 ～5m，为左行平移正断层，张扭性。工程施工前期，由于勘探工作较少，当时认为左拱端下游山体内，F5断层的连通率为40%，而60%为不连通部分，其中75%处于弱风化及新鲜岩石内，故其综合抗剪强度是相对较高的(不连通部分的 f'=0.70 ～0.85，c'=0.85 ～0.9MPa)。但在工程施工过程中，对左坝肩F5断层进行进一步的地质勘查工作，从先后的七个揭露点的状况说明，左坝肩存在F5且是全连通的。

根据以上情况，经采用三维刚体极限平衡等K值法，计算出左坝肩山体在天然状态下(即未进行基础处理时)的抗滑稳定安全系数为:

F5～J3组合:用纯摩公式计算，左坝肩抗滑稳定安

全系数K=1.17;

用剪摩公式计算，左坝肩抗滑稳定安

全系数K=2.47

F3～J3组合:用纯摩公式计算，左坝肩抗滑稳定安

全系数K=1.12;

用剪摩公式计算，左坝肩抗滑稳定安

全系数K=2.42

从上述计算结果可知，在天然状态下，其抗滑稳定安全系数未能满足设计规范的要求。为此，需对左坝肩进行基础处理。

2 左坝肩F5～J3及F3基础处理的工程措施

左坝肩F5～J3基础处理工程措施曾进行过多种方案比较，包括在山体内建数条抗滑井及山体外侧建二道坝增加压重等方案，按照技术上可行、经济上合理的原则，考虑到左坝肩上体较薄且工程已接近完建这一实际情况，采用如下基础处理工程措施:

a.沿F5设上、下两条纵向抗滑灌浆排水洞。上洞上游端接近原左坝肩灌浆排水洞，沿F5以5%下降坡度向下游延伸至下游山坡出口，该洞全长143.25m，上游端岩体开挖面高程为1350.0m，下游出口开挖面高程为1342.8m。本洞设钢筋混凝土衬砌，断面尺寸及配筋对围岩的固结灌浆及插筋布置等均与右坝肩1340m高程抗滑交通排水洞基本相似。由于大坝及防渗帷幕灌浆等已基本建成，为了避免对已有建筑物造成不利影响，本洞的开挖爆破采用浅孔小药包毫秒爆破。在最前端的30m范围内，另作控制开挖及补强灌浆。

下洞上游端与原左坝肩1289m高程灌浆排水洞相通，二者洞底高程亦相含接，进口洞底岩石开挖面高程为1288.95m，本洞沿 F5以1%上升坡度向下游延伸75m，然后以1∶2.2的坡向上延伸至山坡出口，此斜段长87.78m，故本洞共长162.78m，出口地面衬砌面高程为1325m，斜段底面设台阶。左坝肩排水系统收集到的渗漏水通过本洞流入原排水系统，即流入右坝肩的集水井再抽排出山体。本洞衬砌内洞宽3m，加两侧墙衬砌厚度底板共宽4.4m，对于开挖后发现部分F5及其破碎带实际较宽时洞宽亦要相应加宽，并按实际情况增设防滑翼墙，即与右坝肩的1289m高程抗滑交通排水洞相似。

b.为了降低侧向绕渗作用在F5及F3以上的水头，在F5上洞(1350m高程洞)内左侧向下(向山里倾斜5°夹角)打孔进行纵向防渗帷幕灌浆，一排孔，孔踞1.5m，孔深至1285m高程，帷幕总长为5800m。

c.为了减轻F5及F3内碎裂岩体的软化危险，在F5的1350m高程上洞垂直向下的位置，1292.5m高程处打一深孔内侧排水洞，洞长100m(本洞的开挖施工是自右侧的1289m高程抗滑灌浆排水洞打一施工支洞进行，该支洞长约17m，同时兼作排水洞之用，即将内侧排水洞之渗漏水排至1289m高程抗滑灌浆排水洞再汇流至右坝肩的集水井内)，自F5的1350m高程上洞内向下打垂直排水孔直至本1292.5m高程深孔内侧排水洞，如是在上述纵向防渗帷幕之后、在F5及F3之前设一纵向排水孔幕。此深孔内侧排水洞一般不衬砌，遇岩石较差部分则用钢丝网喷混凝土护壁。在1289m高程抗滑灌浆排水洞内向下打垂直排水孔，孔深至1280m高程。此外，在1289m高程抗滑灌浆排水洞与1292.5m高程内侧排水洞之间设水平排水孔相连，与上述排水措施一起形成一道可以降低左岸山体绕渗及通过左岸副坝基础自下而上渗流水头的排水网，与外侧在原1289m高程交通排水洞内向下(平行于F5的方向)所设的外侧排水孔幕相配合，可形成一个抽排系统，这对于降低F5及F3的地下水位，减少断层内岩石软化的危险是比较有效的。

d.为了增加F5内碎裂岩体的密实度及凝结力，在两条F5抗滑灌浆排水洞内向F5内部打孔进行水泥固结灌浆，自每条洞向上各灌5m深，向下各灌10m深，孔距2m，上下游总长100m。对于F5内进行的固结灌浆总面积为3000m2，在开挖完毕后在衬砌前即造孔并埋好灌浆管，待衬砌完毕后再进行灌浆。

e.对F3的处理主要是从F5的两条抗滑灌浆排水洞内及左坝肩原已建成的两条交通排水洞内向F3打孔进行固结灌浆(F3在相当长距离内穿过原1289m高程交通排水洞，且斜穿过原1340m高程交通排水洞，所以自该二洞向F3打孔固结灌浆是比较方便的)。自原1289m高程交通排水洞则可直接向F3内打孔进行固结灌浆，向上灌5～7m，向下灌10～12m。如果对3000m2的F3进行加固，则该部分F3内碎裂岩体的密实度、抗滑能力、抗渗性及凝结力等均能有所提高。

f.由于F5在下游山坡出露部位不明显，自左岸原1325m高程的F5探洞内已发现的F5部位起，跟踪F5打一斜向上方的地质探洞以确定F5在山坡出露位置，然后向上下挖探槽以确定上下两洞的F5在山坡出口处的位置，以此作为两洞施工开挖的进口。

3 加固处理后左坝肩抗滑稳定情况

在上述各项基础处理措施完成后，作用在F5、F3上的地下水位有所降低，部分滑面采用的力学参数稍有提高，J3根据实际情况考虑有30%的面积为胶结层面。用三维刚体极限平衡等K值计算出左坝肩山体在基础处理后的抗滑稳定安全系数为:

F5～J3组合:用纯摩公式计算，左坝肩抗滑稳定安

全系数K=1.36;

用剪摩公式计算，左坝肩抗滑稳定安

全系数K=2.80

F3～J3组合:用纯摩公式计算，左坝肩抗滑稳定安

全系数K=1.30;

用剪摩公式计算，左坝肩抗滑稳定安

全系数K=2.63

左坝肩F5断层增加加固措施后，又在1350m高程F5断层抗滑洞的上下游断层两侧布置4个测压管、1289m高程F5断层抗滑洞沿断层两侧布置4个测压管、1289m高程排水洞上下游布设两个测压管、左岸1289m高程交通洞下坡段穿过J3夹层以下10m布设1个测压管;布设了4支大量程测缝计，分别在1289m高程和1350m高程抗滑灌浆洞内按上下游分别布置两支，均垂直于F5断层面而安装。一支所测开合度变化范围在 -4.54 ～ -4.35mm 之间，变幅0.19mm;另一支所测开合度变化范围在-1.33～-0.82mm之间，变幅0.53mm;整体开合度的变化非常小，且不受温度和库水位的影响，说明F5断层目前非常稳定。

4 结语

本拱坝工程等级为二级，坝高超过百米，是设有新型构造措施的碾压混凝土高拱坝。坝基岩体为软化系数不高的含有泥质胶结成分的棕红色砾岩，右坝肩岩体中有F6断层切割，左坝肩岩体中有F10断层切割，对坝肩稳定有影响，此外，坝址处于寒冷地区及强地震区。通过对主坝左坝肩基础进行加固处理后，工程运行10年以来，外观检查和内部观测仪器所测得的观测数据显示，工程运行良好，为塔西河灌区工、农、牧业经济跨越式发展提供了水利基础保障。