高摩赞坝基岩体工程特性与加固处理效果分析

方海艳, 陈书文, 郭育琳

(中水北方勘测设计研究有限责任公司,天津　300222)

1　工程概况

高摩赞大坝枢纽工程位于巴基斯坦南瓦兹里斯坦地区,坝址区主要建筑物包括133 m高碾压混凝土曲线型重力坝、发电引水系统和厂房等,坝顶高程763 m,于2011年3月蓄水。

高摩赞地区干旱少雨,坝址两岸基岩裸露,岸坡陡立,河谷呈“V”字型,主要由侏罗系薄层灰岩夹砂质页岩组成。受多期构造运动影响大,风化卸荷作用强烈,且范围广、深度大,岩体破碎、变形模量低,天然状态下的岩体质量不能满足混凝土曲线重力坝的建设,只有经过坝基岩体加固处理,才能满足建造混凝土坝的要求,基础处理的质量和效果能否达到设计要求是大坝稳定和安全的关键。

2　坝基岩体特性

2.1　构造特性

坝址区位于靠近背斜核部的西翼,呈薄层状单斜构造,岩层倾向上游,倾角30°～70°。据施工开挖揭露,坝基岩体断层、裂隙、节理密集带和层间剪切带为主要的构造行迹,发育大小断层40多条,以陡倾角为主,多集中在左右岸坝肩;建基面编录裂隙3 000余条。受各种构造结构面的影响,坝基岩体完整性较差,多呈镶嵌碎裂结构(照片1、照片2)。

2.2　岩石(体)物理力学性质

坝基灰岩室内、外试验成果如表1、表2,岩石饱和抗压强度平均值44 MPa,为中硬岩[1];岩体试验应力应变曲线主要为近直线型,受压后变形大,变形模量小。坝基岩体具有岩石强度高、岩体模量低的特点。

照片1　左岸坝肩岩体

照片2　右岸坝肩岩体

2.3　岩体纵波速度及质量分类

据勘探平硐地震波对穿测试,水平测试深度64 m范围内,坝肩岩体纵波速度为800～3 000 m/s,多数介于1 000～2 300 m/s;开挖后建基面岩体纵波速度为730～2 950 m/s。测试数据表明,坝基岩体纵波速度较低,坝基岩体质量较差,深部岩体稍好于浅部。

表1　岩石物理力学特性

表2　岩体力学特性

开挖后的建基面岩体按RMR分类法[2],左坝肩Ⅳ类为主,约占85%,Ⅴ类和Ⅲ类分别占10%和5%;右坝肩Ⅳ类占60%,Ⅴ类占30%,Ⅲ类占10%。

3　坝基岩体加固处理措施

工程除采用常规开挖置换、固结灌浆和帷幕灌浆外,鉴于大坝建基岩体构造发育、完整性差和变形模量低的特点,除结合坝型在坝基两岸设置重力墩外,还将固结灌浆范围扩大至坝体上下游5～10 m和在坝体形成后进行多期加密灌浆的加固处理措施。

针对发育于右坝肩的近顺河向断层F2、F3,在坝基范围内的660 m、675 m和690 m高程,布置了混凝土水平置换洞和垂直置换井,断层之间由混凝土传力洞连接,在混凝土回填完成后进行了接触灌浆和固结灌浆处理。

4　加固处理效果分析

4.1　纵波速度

一、二期加固处理后检查孔声波纵波速度如表3,灌浆前后地震波纵波速度如表4。

表3　孔内声波检测

表4　地震波检测

从声波和地震波检测成果看,坝基岩体经加固处理后,纵波速度总体提高幅度较大,灌浆处理效果明显。

4.2　变形模量

坝基固结灌浆处理后进行的原位变形试验[3]检测成果如表5,试验方法和应力条件与灌浆前相同。从检测成果与表2相比较,灌浆后岩体的变形模量得到明显提高,平均值提高了3.39倍,说明经处理后,岩体力学性质得到了较大改善。

表5　固结灌浆后原位变形试验

4.3　处理效果评价

现场检测表明,坝基岩体经加固处理后,变形模量和纵波速度均有提高,岩体质量得到了明显改善。依据加固处理后检测成果提出的坝基岩体变形模量建议值如表6,设计复核后可以满足变形稳定要求。

表6　处理后坝基岩体变形模量地质建议值

4.4　大坝运行后坝肩基岩位移监测

两岸坝肩基岩位移计观测数据变化不大(图1),目前已处于较稳定状态,这从侧面说明坝基岩体经处理后稳定性得到了改善。目前大坝运行和监测基本正常,大坝和基岩位移变形量均不大。

图1　坝肩岩体位移监测过程线

5　结语

高摩赞坝基岩体以薄层灰岩为主,受区域多期构造影响,岩体中结构面发育,具有岩石强度高、岩体模量低的特点。

本工程主要存在坝基岩体不均匀变形、抗变形能力差等工程地质问题。通过对坝基岩体工程特性的研究,工程采取了加密和多期灌浆、增设重力墩、断层混凝土置换等工程加固措施,提高了坝基岩体的抗变形能力和稳定性。大坝枢纽工程于2011年下闸蓄水以来,运行和监测基本正常,对类似工程建设具有一定的参考意义。

参考文献:

[1]陆兆溱.工程地质学[M].第二版.北京：中国水利水电出版社，2001.

[2]BIENIAWSKI，Z.T.Eegineering rock mass classiqieations[M].New York:Wiley,1989.

[3]SL264-2001,水利水电岩石试验规程[S].