“分区、分层”勘察评价方法在高堆石坝心墙料勘察中的应用

吴章雷，胡秋爽

（中国电建集团成都勘察设计研究院有限公司，四川成都 610072）

“分区、分层”勘察评价方法在高堆石坝心墙料勘察中的应用

吴章雷，胡秋爽

（中国电建集团成都勘察设计研究院有限公司，四川成都 610072）

对300 m量级的高堆石坝，心墙填筑需要大量的土料，心墙质量的优劣将决定大坝的安危，因此，对心墙材料的勘察评价尤为重要。本文以两河口水电站为例，对高堆石坝心墙材料工程地质勘察进行了探讨。在心墙筑坝材料工程地质勘察方面做了大量的工作，总结和提出了“分区、分层”勘察评价的方法，并在工程实践中应用。

勘察评价；高堆石坝；心墙料；两河口水电站

0 前 言

随着水电开发西移，目前正在开工或即将开工建设的水电主要集中在西部的大渡河、雅砻江及金沙江上。区域上位于青藏高原到四川盆地过渡的斜坡地带上，这一地区区域地质背景复杂，谷坡陡峻，河谷深切，滑坡、泥石流、倾倒变形体等不良物理地质现象发育。上述地区交通不便，主要为县、村级公路，物资运输困难。因此，修建水电不仅要面对复杂的工程地质问题，还要面对困难的交通条件。

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，坝址距雅江县城约25 km，距成都约500 km。两河口水电站是雅砻江中下游的控制性水库电站工程，对整个雅砻江梯级电站的开发影响巨大。电站采用坝式开发，最大坝高295 m。水库总库容约110亿m3，水库消落深度为80 m，调节库容65.6亿m3，具有多年调节能力；电站装机容量3 000 MW，多年平均发电量110亿kW·h。拦河大坝为直心墙堆石坝，大坝坝剖面为中央直立心墙布置形式，心墙两侧为反滤层，反滤层以外为过渡层及堆石体坝壳。上、下游坝坡坡度分别为1∶2.0、1∶1.9。砾石土心墙堆石坝防渗心墙顶宽为6.00 m，河床心墙底基座顺河向宽度为124.00 m；心墙上、下游坡均为1∶0.2，心墙与两岸坝肩接触部位的岸坡基岩表面设厚度为1m的混凝土盖板（见图1）。

图1 两河口水电站拦河大坝直心墙堆石坝典型剖示意（1∶2000）

拦河大坝砾质土心墙堆石坝需防渗土料约430万m3，预可及可研阶段对坝址上、下游白孜、脚泥堡、西地、瓜里、普巴绒等13个土料场进行了勘察。坝址上、下游分布的土料场有以下特点：

（1）土料场主要分布在雅砻江沿岸较为宽缓的Ⅲ、Ⅳ级阶地上；

（2）由于雅砻江沿岸河谷谷坡陡峻，因此沿岸少有的宽缓的平台既是土料场分布的地方也是当地耕地及居民集中的地方，移民搬迁难度大；

（3）土料场分布分散，距坝址1～40 km范围内均有分布，单个土料场储量不大，需几个土料场才能满足储量要求；

（4）各土料场或相同土料场内土料质量不均一，粒径变化较大，物理力学指标差异较大；

（5）土料场的成因以冲、洪积为主，个别为残积土，各土料后期均遭受过坡面及浅沟内小规模泥石流的改造。

1 工程实例

针对两河口土料场特点，采取怎样的勘察评价方法以便查明土料的储量及质量，是工程地质勘察工作的难点和重点。经过两河口水电站土料场大量的勘察试验工作，不断的探索、总结，提出了“分区、分层”的勘察评价方法，以解决对土料需求量大，料场产地分散及成因复杂等问题。该方法的具体描述是：“分区”是指在地表测绘中根据土料的粒径、厚度、颜色等并结合室内颗分实验，把不同性状的土料划为不同的区，并编号在工程地质平面图上表示出来；“分层”是根据勘探揭示资料，把不同性状的土料在剖面上区分出来，并编号在工程地质剖面图上表示出来；根据“分区、分层”及试验情况，并结合工程对土料的质量和储量等进行综合评价的方法。下面以亚中土料场为例，具体论述“分区、分层”的勘察评价方法在实践中的应用。

亚中土料场位于坝址上游22 km的雅砻江左岸，料场分布高程2 680～2 790 m，顺河长约1 200 m，垂河宽约500m，面积约22.8万m2，地形坡度5～10°，为Ⅱ～Ⅳ阶地，地形完整性差，被数条冲沟切割，从上游到下游共计发育5条冲沟。

1.1 平面分区

地质测绘表明，亚中土料在地表及天然露头上，土料的颜色和粒径极不均一。料场的成因主要为阶地堆积的冲洪积物，但由于料场内冲沟发育，料场后缘地形坡度较陡，后期坡面及冲沟内小规模泥石流与阶地上冲洪积物混杂，导致土料不均一，在颜色或粒径方面变化均较大。根据工程特点及需要，把亚中土料场分为A、B、C、D四个区，并分别建立了三维地质模型以辅助勘察（见图2、表1）。

图2 亚中料场三维建模平面分区示意

表1 亚中土料场物理实验成果

A、B、C区为Ⅲ～Ⅳ阶地，D区为Ⅱ级阶地。A区位于3号冲沟上游，面积7.1万m2，土料的颜色为褐黄～褐红色，A区小于5 mm颗粒含量平均为95.06%，小于0.075 mm细粒含量80.36%，黏粒含量平均为24.45%，土料偏细。

B区位于3号冲沟与5号冲沟之间，面积3.2万m2，土料的颜色为褐黄～褐灰色，小于5 mm粒径含量平均为51.34%，小于0.075 mm细粒含量30.29%，黏粒含量平均为10.36%，土料颗粒较粗。

C区位于5号冲沟下游，面积9万m2，土料的颜色为灰～浅灰色，土料颗粒介于A区与B区之间，C区小于5 mm粒径含量平均为61.28%，小于0.075 mm细粒含量37.9%，黏粒含量平均为13.15%。

D区位于A、B、C区下部为Ⅱ级阶地，面积3.59万m2，颜色为灰～浅灰色，土料厚度较薄，小于5 mm粒径含量平均为66.10%，小于0.075 mm细粒含量43.39%，黏粒含量平均为12.98%。

1.2 剖面分层

亚中土料场的勘探按25 m×65 m的间距呈网格状布置，共完成勘探浅井76个，深度678.25m，钻孔62个，总进尺659.16 m。根据勘探揭示情况，亚中土料场在剖面上分为①、②、③层。①层为表层耕殖土，厚0.3～0.4 m，植物根系发育。②层A区厚2.2～20.4 m，以细颗粒为主，为沙壤土～壤土（见图3）；B区厚1.4～14.4 m，为块碎石土；C区厚2.8～17.1 m，为碎砾石土；D区厚1.3～5.4 m，为碎砾石土。③层为砂卵砾石层。

1.3 分区、分层”评价

亚中土料场的物理力学试验按“分区、分层”取样，试验成果见表2。用平行断面法及三维建模等计算方法，对各区储量进行计算，结果见表3。

图3 B、C区土料三维建模分层示意

表2 防渗土料室内（修正普氏）力学性试验成果

表3 亚中防渗土料场计算

亚中土料A区：①层为根植土，植物根系发育，不满足规范要求，为剥离层；②层地质储量57万m2，物理力学试验表明：A区小于5 mm颗粒含量平均为95.06%，以细粒土为主，凝聚力C值为10.0 kPa，摩擦角φ值为13.0°，抗剪能力较低。渗透系数k为2.07×10-7cm／s，破坏比降if值大于15，满足规程对抗渗要求，但力学性指标较低，难以满足高坝要求，需掺砾改性，方可使用；③层砂卵砾石层，防渗性能差，不满足规范要求，为无用层。

B、C区：①层为根植土，植物根系发育，不满足规范要求，为剥离层；②层地质储量83.6万m2，物理力学试验表明；小于5 mm颗粒含量平均为51.34%～61.28%，凝聚力C值为55.0～60 kPa，摩擦角φ值为29.9°～31.0°，抗剪能力较高。渗透系数k为6.53× 10-7～6.36×10-6cm／s，破坏比降if值8.35～13.66，满足规程对抗渗及强度等指标要求，有直接利用的可能；③层砂卵砾石层，防渗性能差，不满足规范要求，为无用层。

D区：①层为根植土，植物根系发育，不满足规范要求，为剥离层；②层地质储量11.5万m2，A区小于5 mm颗粒含量平均为66.1%，凝聚力C值为75 kPa，摩擦角φ值为34.5°，抗剪能力较高，渗透系数k为6.13×10-5cm／s，破坏比降if值7.78，③层砂卵砾石层，防渗性能差，不满足规范要求，为无用层。D区抗渗及强度基本满足规程要求，但储量小，有用层厚度薄，不利于机械作业，为无用区。

2 结 语

“分区、分层”勘察评价方法是在两河口水电站堆石坝心墙防渗土料的勘察中总结提出，并在实际工程中运用，通过工程应用有以下几点认识：

（1）“分区、分层”勘察评价方法适用于西部高山峡谷、地质条件复杂地区进行的工程地质勘察评价工作；

（2）“分区、分层”勘察评价方法是一种精细化的勘察方法，通过实际工程运用，能较客观准确地反应勘察对象的特性，从而对勘察对象的利用及改造具有较强的针对性；

（3）“分区、分层”勘察评价方法为我们对地质体的探索和认识提供了一种思路和方法。

［1]张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理［M］.地质出版社，1994.

［2]陈仲颐，周景星，王洪瑾.土力学［M］.清华大学出版社，1994.

［5]杨英华.土力学［M］.地质出版社，1986.

表2 地质灾害危险性分级

（2）系统理论及其分析方法，把研究区工程地质环境作为一个开放、动态的整体进行系统分析与综合评价是其理论的基本思路，采用综合评判与聚类分析的方法论证其工程场地的安全性及改造场地的经济合理性。

（3）模糊数学评判模型，影响地质灾害的因素是多方面的，工程地质和环境地质学家一般选择若干个对某地区较敏感的定性或定量指标进行综合评判，其中不少定性指标具有模糊性或不确定性。

（4）敏感因子分析法，在人类活动与地质灾害这一矛盾关系中，最先受到人类活动影响的是质量最差或者对人类活动比较敏感的那些因素，从而诱发地质灾害。对地质灾害发生和发展具有决定性制约作用的环境因子叫敏感因子；对地质灾害的发生及发展具有重要影响作用的环境因子叫重要因子；对地质灾害的发生及发展只具有一般性影响对其只具极小影响的环境因子叫一般因子。通过分析区域敏感因子，进行灾害危险性评价。

综上所述，地质灾害危险性评价是一个复杂多信息源的综合分析过程，地质灾害研究工作已经进入了一个新的数字化、信息化、定量化的阶段，合理使用多种分析评价方法，阐明工程建设区和规划区的地质环境条件基本特征，对地质灾害危险性进行评价，并做出建设场地适宜性评价，对水利水电建设有着重大的指导和借鉴意义。

参考文献：

［1]贠小苏.国家重大工程建设地质灾害危险性评估理论与实践［M］.地质出版社，2008.

［2]黄润秋，许向宁.地质环境评价与地质灾害管理［M］.科学出版社，2008.

［3]陈祥军，王景春.地质灾害防治［M］.中国建筑工业出版社，2011.

TV641.41

B

1003-9805（2015）04-0100-04

2014-08-15

吴章雷（1977-），男，四川康定县人，工程师，从事水电勘察设计工作。