三河口水库河谷坝段建基面优化研究

蒋 锐，宋文搏，张兴安，王 栋

(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 咸阳 712000)

三河口水库河谷坝段建基面优化研究

蒋 锐，宋文搏，张兴安，王 栋

(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 咸阳 712000)

三河口水库河谷坝段建基面原定为501.0 m，开挖中发现地质条件好于预测，建基面高程有优化的可能。采用地质编录、钻孔取芯、孔内电视、波速测试、跨孔电磁CT，获得了501.0～506.0 m范围内的坝基岩体地层岩性、风化特征、结构面、岩体完整程度等工程地质特性，据此进行了岩体工程地质分类。综合岩体工程地质分类及爆破影响深度，得出建基面可优化到504.5 m的结论。

三河口水库；坝基岩体；建基面优化

1 工程概况

三河口水库为陕西省引汉济渭工程的两个水源之一，工程地处陕西省汉中市佛坪县与安康市宁陕县交界的子午河中游峡谷段，枢纽坝址位于佛坪县大河坝乡上游约3.8 km处，拦河大坝为碾压混凝土拱坝，最大坝高145 m，水库总库容为7.1亿 m3。

河谷坝段原定建基面高程为501.0 m，施工开挖过程中，坝基地质条件好于前期的预测，为节省工期及节约投资，业主方要求对河谷段坝基建基面高程进行优化。

根据设计整体方案布置，河谷建基面可调整的高程上限为506.00 m，因此研究的对象主要为高程501～506 m间的坝基岩体。

2 主要勘探工作布置

为查明坝基岩体的各项工程地质特性，开挖至515.0 m高程时在上下游边界共布置钻孔8个，编号为ZK1～ZK8,孔内开展取芯、孔内电视、单孔声波测试。开挖至506.0 m高程时，对上述钻孔进行了第二次单孔波速测试及跨孔电磁CT测试，另外布置了15组跨孔声波测试。

河谷坝段建基面优化钻孔平面布置示意如图1所示。

图1 建基面优化钻孔平面布置图

3 河谷坝段基本地质条件

3.1 地层岩性及地质构造

河谷坝段基岩为志留系下统梅子垭组变质砂岩段(Smss)，岩性以变质砂岩为主，大理岩呈条带状从左岸到右岸横穿河谷坝段，宽1.8～2.0 m。岩层产状235°～250°∠60°～82°。

根据现场地质编录及钻孔揭示，坝基发育有断层四条，均为逆断层，各断层主要特征如表1所示。坝基主要发育一组裂隙，产状170°～200°∠60°～70°。

表1 河谷坝基断层带特征表

3.2 岩体风化及地应力特征

根据钻探揭示，河谷段坝基岩体弱风化下限高程一般在503.6～509.5 m之间，11个勘探点中有7个孔的弱风化下限高程在503.6～506.7 m之间。风化主要受构造影响，断层构造发育的地段风化深度相对较大，如ZK6附近；变质砂岩和大理岩无明显的风化差异。

根据前期地应力测试成果，河谷段坝基应力场以水平应力为主导，最大水平主应力方位与子午河及山体走势大角度相交，501～506 m高程范围内的最大主应力为9.0～12 Mpa，属中低应力水平。

4 河谷坝段岩体工程地质特征

4.1 钻孔岩石质量指标(RQD)

对钻孔岩石质量指标RQD进行统计显示：河床坝基503.5～506.2 m高程以上，钻孔岩芯RQD指标普遍偏低，该高程以下的RQD值在56%～83%之间，相对较高，局部受断层带影响岩体完整性差，RQD偏低。

4.2 岩体结构特征

根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)标准，对各钻孔岩体结构进行了划分，河谷坝段506m高程以下岩体结构以厚层状、中厚层状结构为主，局部断裂构造及裂隙发育区段为互层结构。

4.3 岩体声波波速特征

根据单孔声波波速测试成果，河谷坝段506 m高程以下岩体波速整体较高，波速普遍大于4 300 m/s，岩体较完整。局部受断层带及裂隙发育，波速值偏低，如ZK5号钻孔503～502 m高程发育2条裂隙，497.2～496 m高程受断层f45影响，波速低；ZK6号钻孔501.0高程以下受断层f44、f45影响形成低波速区。

河床开挖至505.5 m附近时，河床进行了15组跨孔波速测试，各测线上部均存在低波速区，分析为爆破松动带，大部分测线下部波速值高且稳定，表明坝基下部岩体完整性较好；部分测点下部受构造影响波速较低，与跨孔电磁CT成果吻合。部分跨孔波速与高程曲线如图2所示。

图2 部分跨孔测试波速与高程曲线

4.4 岩体渗透特征

根据勘察阶段河谷段坝基范围内及附近的钻孔压水试验资料，河谷段坝基岩体透水率普遍小于5 Lu,呈弱～微透水性，在高程495～510 m之间没有明显的垂直变化及分带，这与坝基岩性的完整性也是基本吻合的。

4.5 岩体电磁波CT特征

根据跨孔电磁波CT成果及地质编录，506.0 m高程以下坝基岩体具有如下特征：

(1)大部分测线衰减系数较小，衰减系数值大的区域仅局部有分布，表明坝基岩体完整性整体较好。衰减系数值大的破碎岩体区域主要分布高程为498.5～500.7 m ，对建基面的优化不构成制约。

(2)垂直河流方向上，河谷坝段上游边界的坝基岩体完整性要好于下游边界，表现为ZK1-ZK4钻孔的衰减系数整体较ZK5-ZK8要低。分析认为发生这种现象的原因在于下游边界地表距断层f44、f45较近，断层又倾向下游，受构造影响较大。

(3)平行河流方向上，靠近左右岸的坝基岩体完整性要好于中间的岩体，表现为左岸边界ZK1-ZK5、右岸边界ZK4-ZK8衰减系数明显低于河床部分的ZK2-ZK5、ZK3-ZK6。

4.6 开挖爆破对坝基岩体的影响深度评价

坝基开挖至高程515.0 m左右，对坝基钻孔进行了第一次波速测试；在大坝开挖至506.0 m时，对坝基钻孔进行第二次波速测试，通过对比同一高程两次波速测试成果的对比，即可得出各钻孔的开挖爆破影响深度。

根据15组跨孔波速测试的波速孔深曲线，大部分曲线上部波速较低，某孔深以下波速突然增加，分析认为波速突变处即为爆破影响下限。

爆破影响深度汇总如图3所示，由图3可知开挖爆破对坝基岩体的影响深度一般为0.5～1.8 m，根据各钻孔孔口高程确定爆破影响下限高程在504～504.5 m左右。

图3 部分跨孔测试波速与高程曲线

5 河谷坝段建基面选择的标准

勘察阶段建立了三河口水库波速与岩体变形模量的关系如下：

E0=1.124 8e0.0006VP

变形模量E的单位为(Gpa),波速VP的单位为(m/s)[2]。

在此基础上确定本阶段建基面岩体分类标准如表2所示。

表2 建基面岩体分类定量标准

根据相关规范及类似工程经验根据，三河口水库河谷坝段建基面应以AⅡ类岩体为主，允许局部的为AⅢ1类，但需要固结灌浆处理，AⅢ2及以下类别的岩体不能利用，需置换挖除处理。

6 建基面高程地质建议

根据风化程度、RQD、纵波速度、完整性系数、岩体结构特征，对各钻孔高程505.5～501.0 m高程段的岩体进行工程地质分类。

根据分类结果：当建基高程选择504.5 m高程时，33个测点中AⅡ、AⅢ1、AⅢ2、BⅣ类分别为16个(48.5%)、2个(6.1%)、3个(9.1%)、12个(36.3%)；当建基高程选择504.0 m高程时，33个测点中AⅡ、AⅢ1、AⅢ2、BⅣ类分别为21个(63.6%)、4个(12.1%)、2个(6.1%)、6个(18.2%)。

根据各测试点波速成果，绘制504.5 m、504.0 m高程的波速分区图，统计各波速岩体面积百分比如下表3，由表可知504.5 m、504.0 m高程坝基岩体Vp≤3 400 m/s的区域占比较小，为相对较好的建基面高程。

表3 坝基岩体波速分布面积百分比

根据爆破影响下限高程，32个点中，爆破影响下限低于504.5 m高程的点有16个，低于504.0 m高程的点有6个。

综合上述条件，当建基高程选择504.0～504.5 m高程以下时，建基面以下岩体整体较完整，以厚层状结构为主，声波波速Vp≥4 300 m/s，岩体透水率<5 Lu，RQD56%～83%，岩体大部分为AⅡ类，且大部分位于目前开挖爆破影响范围以外，为相对较好的建基面高程。建议建基高程选择在504.5 m高程以下。

7 结语

通过研究坝基岩体工程地质特性，对坝基岩体进行了工程地质分类，综合岩体分类及爆破影响范围，最终得出建基面可优化到504.5 m高程的结论，相对勘察阶段建基面高程提高了3.5 m，可减少坝基开挖和混凝土浇筑工程量，适当提前工期。同时，本次通过研究确定的爆破松动范围，可为同一地区类似工程在缺乏实测数据时作为参考。

[1]蒋锐，焦振华. 三河口水库岩体变形模量与声波纵波速度关系[J].资源环境与工程.2013,27(4)：560-562.

2016-10-17

蒋锐(1986-)，男，四川开江人，工程师，主要从事水利水电工程地质勘察工作。

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1004-1184(2017)01-0109-03