四寨水库副坝基础F9断层的处理措施

陆勇先

(黔南州水利水电勘测设计院，贵州 都匀558000)

1 工程简况

四寨水库位于贵州省贵定县北部新铺乡境内石板河上，水库主要任务为灌溉及人饮，水库设计灌溉面积2.05万亩，并解决1.3万人/1.1万头牲畜的饮水问题，水库总库容456万 m3，水库大坝枢纽布置由拱坝(主坝)、重力墩、重力挡墙及混凝土面板堆石坝(副坝)组成，拱坝(主坝)为混凝土砌石拱坝，坝高41 m，拱坝右坝肩设置浆砌石重力墩(沿轴线方向长26.0 m)，右岸为混凝土面板堆石坝(副坝)，重力墩与堆石坝之间布置浆砌石重力连接墙。副坝坝顶高程1 343.0 m，坝高18.5 m，坝顶宽 4.0 m，副坝长 118 m，最大坝底宽62.27 m，趾板采用平趾板方案，趾板宽度4.5 m，趾板厚度0.8 m。

受地形地质条件限制，四寨水库挡水建筑物布置比较复杂，坝型较多。原初步设计阶段设计挡水枢纽为拱坝+重力墩+重力坝。施工开挖揭露出F9断层带后进行调整设计，将副坝由重力坝改为混凝土面板堆石坝。

施工开挖揭露右岸副坝基础F9断层带范围较宽，宽度为35 m，填充物质为紫红色、灰色页岩，黄色页岩，黑色炭质页岩等碎石，与梁山组(P1L)接触段大部分风化成泥，自身渗透系数较小具备良好的防渗性能，但遇水极易软化，软化后力学参数迅速降低，由于混凝土面板堆石坝对基础要求较低，原设计的右岸副坝重力坝方案不可行，从而改为混凝土面板堆石坝。但是混凝土面板堆石坝需要解决趾板过F9断层的基础处理问题，防止趾板基础及堆石体基础遇水软化。(见附图1)

2 F9断层

副坝基础主要出露地层为二叠统栖霞组上段(P1q2)灰色厚层灰岩，含燧石灰岩，厚度大于50 m，岩层产状走向N65～75°W，倾向 NE，倾角 15°;下二叠统梁山组(P1L)，为褐黄色薄至中厚层砂岩夹页岩、黑色炭质页岩，厚30～55 m;F9断层带顺河向发育。

根据探勘结果，F9断层破碎带及影响带段宽35 m，断层倾向右岸，倾角45°，布置于断层破碎带的勘探孔ZK6(孔口高程1 327.542 m)在1 320 m高程以上垮孔严重、岩芯呈碎石夹泥状;钻进至1 308.86 m高程依然未能取得柱状岩芯，岩体呈强风化状，坝基岩体为CⅣ，建基面高程1 327～1 329 m，抗剪强度 φ =14°c=11 kpa，变形摸量 E0=1.0 Gpa，饱和压缩摸量 Es=4.0 Mpa，渗透系数 k=5.5 ×10－8(cm/sec)，地基承载力f0=400 kpa。

根据对F9断层内充填物的取样实验报告，在天然状态下其渗透系数较小(6.09 ×10－8～5.47×10－9)，自身具备良好防渗性能;天然状态下其承载力及抗剪断参数均能满足工程要求，但遇水后极易软化，力学指标下降较快，因此需做好该部分的防渗处理，避免软化，保证其天然状态下的力学指标。

图1 F9断层带示意图

3 F9断层带处理措施

根据常规设计原则，混凝土面板堆石坝趾板应尽量避免不良地质条件，若无法避免断层、破碎带、软弱夹层等不良地质条件时，应根据其产状、规模和组成物质认真分析，尽可能全部置换基础设置混凝土塞并延伸到下游一定距离，加强趾板部位的灌浆。四寨水库副坝F9断层顺河向发育，横穿整个副坝基础，面板堆石坝趾板无法避开断层带;由于F9断层带影响范围较宽(35 m)，倾角45°，全部置换基础，开挖 F9断层填充物质后回填混凝土不现实不可行。

根据本工程实际情况，结合F9断层填充物质的特性，堆石坝对基础要求较低，只要承载力满足要求即可，而F9断层天然状态下不仅渗透系数小，而且物理力学指标还是比较高的，天然状态下承载能力完全满足堆石坝的要求。需要解决的是防止渗漏，以免F9断层遇水软化后迅速降低力学指标。本工程副坝高18 m，承受压力水头不高，只要解决趾板防渗问题，做好趾板上游防渗及铺盖，延长上游渗径，以确保趾板基础及大坝基础F9断层填充物质不遇水软化即可。

设计在堆石坝上游侧设置土工膜防渗铺盖，范围从覆盖右侧梁山组至F9断层及其影响带，向上游延伸30 m，与堆石坝趾板采用连接板相连，铺盖总面积2 800 m2，在铺设土工膜之前应对铺设面进行清理，将铺设面范围内的草皮、树根、含有植物的表土、蛮石、垃圾及其它废料清除，并将清理后的表面压实，同时对清理面喷设一层水泥砂浆。此铺盖能较好地延长渗径，同时利用F9断层填充物自身较好的防渗性能，使其软化部分仅在防渗铺盖外缘，而不致向深部发展影响工程安全。

3.1 堆石坝基础F9断层及其影响带处理

(1)趾板上游侧沿现地表向下开挖至1 327.0 m高程，堆石坝基础开挖至1 325.0 m高程，开挖后对该部分基础碾压密实;

(2)喷设一层水泥砂浆封闭碾压后的开挖面;

(3)在基础面铺设土工膜防渗体，防止天然降水从坝体渗漏进入F9断层内使断层充填物软化，土工膜上游与堆石坝趾板采用连接板相连，该部分土工膜工程量为1 400 m2;

(4)土工膜上部铺设厚0.5m碎石保护层，在其上进行堆石坝填筑。

(5)在下游坝坡与地面交接处设置排水沟，截住坝内渗水。

坝基面铺设的防渗土工膜均与趾板相连，与趾板下防渗帷幕共同构成了对该部分基础良好的防渗保护，使基础不致遇水软化，从而能保证工程的安全。

3.2 F9断层及其影响带趾板设计

根据对F9断层内填充物所做实验，可知断层填充物在不被破坏时为不透水体，是极好的防渗材料，只是遇水后极易软化。因此对趾板通过F9断层及影响带采用了以下处理措施:

(1)趾板常规处理措施:对趾板基础应先进行固接灌浆及帷幕灌浆，后采用锚筋与基岩进行锚固，锚筋直径为25 mm，间距1.5 m，伸入基岩3 m，全长4 m，顶端弯成180°弯钩与趾板底座内钢筋相钩连。

(2)趾板特殊段处理措施:对开挖后的趾板基础面铺没厚0.5 m碎石，碾压至中密度后，在碾压面上制作C20钢筋砼趾板，并设置3.4 m长的拖板;F9断层区趾板宽度设计为6.5 m，比其他部位常规4.5 m宽趾板宽2 m，增加渗径;F9断层区趾板进行满仓浇筑，在趾板上游侧设置8 m长的铺盖，也是起增加渗经长度;

4 处理效果

四寨水库于2012年竣工，水库已经蓄水运行。本工程副坝为一个堆石坝低坝，承受水压力较小，副坝基础发育范围较宽的F9断层带，趾板基础无法避开断层带，设计对F9断层的宽度范围、断层走向、倾角、填充物质的特性、堆石坝的受力特点等进行针对性的分析研究，确定采用封闭断层开挖面，增加趾板上下游渗径长度的方法进行处理。处理方法简单明了，针对性强，经过蓄水运行的检验，四寨水库副坝运行良好，不存在渗漏现象，堆石坝沉降较小，属正常情况，处理方法有效。

5 结语

趾板是整个混凝土面板堆石坝防渗系统“承上启下”的部位，趾板基础若处理不好，易造成趾板变形滑动挤压面板，从而破坏周边缝，破坏整个防渗系统。所以趾板基础处理应采用最安全最可靠的处理方式，尽量避免不良地质条件，若无法避免断层、破碎带、软弱夹层等不良地质条件时，应根据其产状、规模和组成物质认真分析，尽可能全部置换基础设置混凝土塞并延伸到下游一定距离，加强趾板部位的灌浆。

本工程F9断层走向呈顺河流方向发育，影响范围宽度达35 m，趾板无法避开F9断层;F9断层填充物质为紫红色、灰色页岩，黄色页岩，黑色炭质页岩，风化成泥，天然状态下，物理力学参数较高，遇水易软化，力学参数迅速降低，断层填充物质自身渗透系数较小，防渗性能较好。作为堆石坝基础或趾板基础，主要针对其遇水软化的特点，增加渗径长度，加宽趾板宽度，趾板后设置托板，趾板上游采用铺盖增加渗径长度，堆石坝基础采用土工膜封闭基础，从而保证趾板基础和堆石坝基础断层填充物质天然状态的力学参数，达到工程设计的要求。从工程蓄水运行检验的情况看，处理方法有效。可供类似工程借鉴。

［1］曹克明.混凝土面板堆石坝.中国水利水电出版社.2008.

［2］SL228—98混凝土面板堆石坝设计规范.北京:中国水利水电出版社.1998.

［3］DL5016—93混凝土面板坝设计导则.北京:中国电力出版社.1993.