花岗岩地质特性及相关工程问题研究

■吴大成宋求明

（1中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 云南 昆明650041；2中国水利电力对外投资公司 北京100120）

花岗岩地质特性及相关工程问题研究

■吴大成1宋求明2

（1中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 云南 昆明650041；2中国水利电力对外投资公司 北京100120）

南椰Ⅱ水电站枢纽区花岗岩具有全风化层深厚的地质特性，构造蚀变作用形成了不均匀风化的特点。在工程施工中，出现了全风化岩体高边坡稳定、坝基不均匀风化以及隧洞开挖稳定等与花岗岩特性相关的工程地质问题。

花岗岩深厚风化地质特性边坡稳定坝基处理洞室开挖稳定

南椰Ⅱ水电站位于老挝川圹省中南部、省会风沙湾东南约30km的南椰河流域。工程等级为二等大（2）型，水库库容1.58× 108m3以发电为主，总装机容量为180MW。主要枢纽建筑物由粘土心墙主坝、泄洪冲砂兼导流洞、溢洪道、引水隧洞、厂房等组成。

1 工程区地质条件简述

工程区属中、低山侵蚀、剥蚀地貌区，地形起伏，沟谷深切，山体凌乱发育，未有明显山体走向。物理地质作用以岩体风化为主，泥石流和滑坡零星发育，且规模都较小。水文地质条件简单，地下水类型主要为地表潜水和基岩裂隙水。地下水主要受大气降水补给，总体上自两岸山体向河床方向运移。

2 花岗岩工程地质特性

南椰Ⅱ水电站前期勘察中，揭示了区内花岗岩风化深厚及不均匀风化的地质特点。

2.1 花岗岩的深厚风化特性

花岗岩体的深厚风化特性是电站的主要工程地质问题。枢纽区花岗岩风化剧烈，但总体遵循从地表向深处风化程度逐渐减弱的趋势，具有全风化岩体厚度大、强风化较薄且断续发育的特点。

根据勘探成果以及开挖揭露的情况分析：两岸风化埋深与高程呈正比关系，高程越高，风化埋深相应增大。依据表中内容，两岸风化深度大体相当，弱风化垂直埋深均在73.0m左右，且均随钻孔孔口高程的增大，风化埋深增大。枢纽区内深厚风化岩体的形成主要受岩石的结构及矿物组成和当地湿热气候有关。

2.2 花岗岩的构造蚀变特性

花岗岩蚀变主要表现为长石的高岭土化、蒙脱石化以及钾长石的粘土化等。蚀变作用主要沿构造带、节理密集带和岩脉分布，其形成主要受构造及风化等多项因素的影响。岩石蚀变后，岩体遇水软化，蚀变物质易与水流失，导致岩体强度降低，岩体质量变差。在引水隧洞开挖中，沿断层带花岗岩普遍具有轻微~中等的岩石蚀变，部分构造带中蚀变物质开挖暴露后，在基岩裂隙水和空气作用下，很快会产生膨胀、崩解及泥化，影响洞室稳定。

花岗岩构造蚀变是造成不均匀风化的主要原因。在坝址区开挖过程中，多见隔层风化，主要集中在全风化下段发育。风化应力沿蚀变形成的软弱带，向岩体内部侵蚀，是造成隔层风化的主因。

3 花岗岩岩体特性相关的工程地质问题

花岗岩的深厚风化特性，给工程带来了全风化岩体高边坡、隧洞开挖和全风化岩体坝基等工程地质问题。

3.1 全风化花岗岩岩体高边坡稳定问题

枢纽区全风化层厚度一般为30~49m，最深处达到53.7m。由全风化岩体构成的边坡，属散体结构，易产生圆弧滑移失稳，稳定性差。鉴于枢纽区全风化深厚的地质特性，考虑到对全风化岩体边坡进行支护的工程量较大，枢纽区边坡以开挖后能够维持自稳为原则，地质建议全风化岩体边坡开挖坡比1:1.2~1:1.4。以此原则，进水口开挖形成110~120m的全风化高边坡，其综合坡比为1:1.37。因边坡采用较缓的开挖坡比，边坡开挖后能维持整体稳定，但坡面岩体松散，受雨水冲刷等因素影响可能导致局部失稳，所以支护原则以坡面保护为主，辅以深层防护，主要工程处理措施为：①设置边坡顶部截水沟，马道排水沟与周围截水沟封闭；②坡面正常蓄水位以上采用网格梁支护，节点位置设土锚钉，在正常蓄水位以下使用贴坡砼防止库水淘刷，并预留排水孔；③在边坡中下部间隔10m做60t锚索防护，锚索水平下俯5~15°。边坡支护处理后，经过近两个雨季的考验，目前监测位移量在允许范围内，并趋于收敛，边坡保持稳定。

3.2 全风化花岗岩岩体坝基处理

电站粘土心墙基础设计上要求挖到强~弱风化。根据前期勘探结论：两岸坝肩岩体风化强烈，垂直埋深最深到54m；两岸坝肩强风化层范围都不大，其中右岸较厚，最大15m，左岸较薄或无分布；河床冲洪积层以下即为弱风化基岩，个别部位夹有强风化。

在右坝肩实际开挖过程中，发现在前期勘探到强风化层以下为间隔全风化层，且为全风化下段，此段主要物质为粘质砾砂。渗透系数取值在1.16×10-3~6.77×10-5cm/s，总体属于中等~弱透水层。室内渗透变形试验显示全风化层渗透破坏为典型的流土型。因此，全风化下段岩体在高水头作用下可能发生流土及接触冲刷等渗透破坏。在进行坝基处理时，考虑到全风化段灌浆只能充填张性裂隙，而岩体空隙不能有效充填，处理后的基础极难达到防渗标准要求，因此采用挖除强风化层及间隔全风化下段。现场全风化层挖除后，直接揭露为弱风化基岩，且基岩岩体完整，满足心墙基础要求。

3.3 花岗岩隧洞开挖稳定问题

根据实际开挖情况，全风化岩体呈散体状，为Ⅴ类围岩洞室，开挖后应及时支护；而弱、强风化围岩，在洞室开挖后存在不稳定或局部不稳定，为Ⅳ~Ⅲ类围岩；微新风化岩体，洞室围岩坚硬，岩体完整，为Ⅱ~Ⅰ类围岩。在地下隧洞开挖过程中，构造带岩体主要为碎裂岩、糜棱岩、片状岩等，岩性软弱，加之地下水作用，最易形成塌方。在现场开挖过程中，揭露到的构造带部位多采用超前锚杆＋工字钢支撑＋系统锚杆挂网喷锚进行支护处理，取得较好的效果。在构造带较宽或是与洞轴向小交角时，围岩垮塌较严重，垮落的构造物质在洞内堆积，在支护中暂不清理，在拱顶做钢支撑并与锚杆固定，采用回填灌浆，待强度上升后小尺寸开挖，在确保拱顶安全前提下，对洞渣进行清理，并及时在两侧树边拱，与拱顶钢支撑组成完整的拱形防护。该方法在现场施工中保证了人员安全，取得了良好效果。

本工程地下隧洞总长超过20km，施工支洞较多，宜选择全风化水平埋深较薄的部位作为进口，可以避免土洞段过长。在现场实际施工中，施工支洞进口多选择在处于发育期的冲沟内侧或是附近，开挖后容易进入弱风化及微~新基岩中。施工中引水隧洞的1#，2#，3#施工支洞均是如此，其中1#和2#洞进洞口就在冲沟旁边，入洞即为强~弱风化，而3#洞洞口两侧附近各有一条常年流水沟，土洞段仅37m左右就进入弱风化基岩。

4 小结

南椰Ⅱ水电站花岗岩的地质特性在前期已经基本掌握，但仍对不均匀风化现象预估不足，在右岸坝基开挖过程中，挖除隔层风化层后坝基比原设计高程平均降低约10m，相应坝肩边坡坡比过陡，致使在雨季上、下游坝肩边坡发生垮塌，虽然规模均不大，但仍对后续坝基施工造成不利影响，因而建议在类似存在不均匀风化地区时，应对关键部位的勘探进行加密，尽可能查清下伏地质情况。

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-12-24-1

吴大成（1985～），男，硕士，研究方向为水利水电地质和工程地质。