卡河水库坝基受喀斯特和构造的影响及工程处理措施

周连海

(贵州中水建设管理股份有限公司，贵州 贵阳 550000)

卡河水库坝基受喀斯特和构造的影响及工程处理措施

周连海

(贵州中水建设管理股份有限公司，贵州 贵阳 550000)

在碳酸盐岩地区的水库建设过程中，必须要对喀斯特和构造对坝基持力层的影响进行分析，从而保证水库建设的质量和安全。本文主要阐述贵州省卡河水库坝基开挖后，发现建基面岩体发育数十个溶洞，通过打检查孔进行单(跨)孔声波测试、取岩样进行室内试验等方法，为坝基工程地质条件评价和地质缺陷的处理建议提供依据，希望能够为同类工程借鉴和参考。

坝基；持力层；岩溶；构造；灌浆

1 工程概况

卡河水库位于贵州省盘县鸡场坪乡境内，工程区位于北盘江右岸一级支流拖长江上游右岸鸡场河上，属珠江流域北盘江水系的二级支流，坝址以上集水面积60.70 km2，挡水建筑物为碾压混凝土重力坝，最大坝高69.00 m，正常蓄水位1675 m 时，相应库容1860万m3，工程规模为Ⅲ等中型水库[1]。

2 喀斯特及地质构造发育特征

2.1 喀斯特

2.1.1 地表喀斯特发育特征

坝址区出露地层岩性为三叠纪下统永宁镇组第一段(T1yn1)灰岩夹泥质灰岩，坝基地表喀斯特发育，形态主要有溶洞、溶槽、岩溶泉等，大多有黏土、砂卵砾石充填。坝址右岸TC3开挖时，在溶槽内可见砂砾石，厚1～3 m，粒径3～20 mm不等，磨圆度较好；f3断层上盘SZk4钻孔揭露，钙化堆积厚达6.5 m，堆积范围为1629 m高程以下至河床。根据坝基开挖所示，喀斯特主要发育在灰岩中，亦有沿小断层、节理裂隙密集部位或层面发育的规律，形态以管道型、溶隙型为主。如KS1溶洞，在断层裂隙密带发育。

2.1.2 建基面及以下隐伏喀斯特发育特征

坝基开挖完成后，发现建基面喀斯特发育。经统计，共发育24个溶洞，其中左坝段坝0+042～坝0+092之间的K23、K24溶洞规模最大，右坝段坝0+190～坝0+227之间溶洞发育最密集，共发育9个溶洞，除K20、K21两个溶洞充填砂砾石，其余多为无充填或半充填。

基础开挖完成后，为查清建基面以下隐伏喀斯特的发育情况，在建基面上实施多个补充勘察钻孔和近20个灌浆检查孔，其中有4孔遇溶洞，其特性为：①新增4#钻孔8.0～10.1 m(高程：1598.0～1595.5 m)孔深段为溶洞,泥沙充填；②新增6#钻孔9.6～12.9 m(高程：1596.4～1593.1 m)孔深段为溶洞，泥沙充填；③声波检查孔G1钻孔1.4～8.0 m(高程：1604.6～1598.0 m)孔深段为溶洞，淤泥质黏土夹碎块石充填；④声波检查孔G3钻孔5.4～8.0 m(高程：1606.6～1598.0 m)孔深段为溶洞，淤泥质黏土夹碎块石、卵石充填。

经统计分析，左坝段建基面溶蚀面积272.91m2，基础展开面积3229.585 m2，溶蚀率8.45%；右坝肩建基面溶蚀面积217.93 m2，建基面展开面积3954.88 m2,溶蚀率5.51%；基坑段建基面溶蚀面积是21.469 m2，基坑设计开挖面积2432.14 m2，溶蚀率0.883%。贵州省卡河水库大坝建基面工程地质平面图见图1。

图1 贵州省卡河水库大坝建基面工程地质平面图

2.2 地质构造及结构面

2.2.1 断层

坝基共发育两条小断层：①f1断层位于坝0+069.00～坝0+104.00右坝肩及下游坝坡，断层产状：N50°～60°E/NW∠65°～70°，无明显断距，两盘地层接触正常，破碎带宽约0.1～0.3 m；②f2断层位于坝0+059.00～坝0+227.00轴线附近，穿过左岸肩1635～1652 m平台之间斜坡面及右坝肩1613～1629 m平台之间，产状为：N8°E/SE∠33°，断层性质为正断层，断距20～50 cm，破碎带宽30～50 cm,局部大于80 cm，断层在左坝肩K1顶部段溶蚀宽1.2 m，断层影响带3～5 m。

2.2.2 节理裂隙

(1)地表。坝址区节理裂隙主要发育两组：①N60°～70°E/SE∠70°～80°，剪性裂隙、长度>5 m，裂隙宽5～10 cm，泥夹岩屑充填，裂面平直，裂隙间距1～3 m，该组裂隙在坝址两岸均有发育。②N10°～25°W/SW∠45°～65°，张性裂隙、长度1～3 m，裂隙宽0.1～0.5 cm，泥质充填，裂面起伏不平，裂隙间距0.1～1 m，该组裂隙主要在坝址左坝肩发育。

(2)建基面。坝基开挖完成后，建基面上共发育17条节理裂隙，根据性质特征差异进行统计，可分为3组：①N10°～65°E/SE∠8°～85°，剪性，宽度0.5～3 cm，起伏稍粗糙，充填泥质、岩屑等；②N5°～80°E/NW∠20°～74°，剪性，宽度1～5 cm，起伏稍粗糙，充填泥质、岩屑等；③N10°～40°W/NE∠12°～65°，剪性，宽度0.5～2 cm，起伏稍粗糙，充填泥质、岩屑等；④N40°～75°W/SW∠40°～75°，多为剪性，宽度0.5～2 cm，局部达3 cm，起伏稍粗糙，充填泥质、岩屑等。贵州省卡河水库大坝建基面典型地质剖面图见图2。

3 坝基岩体质量评价

坝基岩体共分为11层，其中T1yn1-1、T1yn1-3、T1yn1-5、T1yn1-7、T1yn1-9、T1yn1-11为中厚层灰岩，总厚度32.34 m；T1yn1-2、T1yn1-4、T1yn1-6、T1yn1-8、T1yn1-10为薄层泥质灰岩夹泥灰岩，总厚度11.28 m。根据试验成果，薄层泥质灰岩单轴饱和抗压强度25～28 MPa，中厚层灰岩单轴饱和抗压强度49～60 MPa。

坝基开挖后，在建基面上共选取F、I、J(共3组9孔)检查孔作单孔声波及穿透声波检测，检测结果见表1[2]：

根据9个声波测试孔的曲线成果和声波测试数据，结合地质资料，取测孔范围新鲜完整岩块进行声波测试，测试结果：①坝基F区饱和波速为6007～6147 m/s，平均值为6086 m/s；②坝基I区饱和波速为6021～6145 m/s，平均值为6079 m/s；③坝基J区饱和波速为6001～6122 m/s，平均值为6083 m/s。

根据，根据坝基岩体单孔声波测试(竖直方向)和穿透声波测试(水平方向)成果，参照《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)岩体完整程度评分对坝基各区岩体完整程度进行评价，详见表2。

图2 贵州省卡河水库大坝建基面典型地质剖面图

孔号测试深度/m最小波速/(m·s-1)最大波速/(m·s-1)平均波速/(m·s-1)检测部位平均声速/(m·s-1)临界声速/(m·s-1)F10～76301251684552F20～76265751244554F30～76267851994578F区546351865414517655704852I10～75275151414556I20～75251755474619I30～75265753214586I区550844165598463656425480J10～70251950114568J20～70265751474576J30～70284750884559J区557852215484490255385283

表2 坝基各区岩体完整程度评价汇总表

根据上述声波检测及试验结果综合分析，结合《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)坝基岩体工程地质分类[3]：坝0+000.0～坝0+051.0、坝0+227.0～坝0+256.8段坝基岩体为BIV1夹CⅢ，坝0+051.0～坝0+077.0段坝基岩体为BIV2夹CⅢ，坝0+077.0～坝0+103.0、 坝0+175.0～坝0+227.0段坝基岩体为BⅢ2夹CⅢ，坝0+103.0～坝0+175.0段坝基岩体为BⅢ1夹CⅢ。

4 主要工程地质问题及坝基处理建议

坝基地层岩性为T1yn1-1～T1yn1-11薄至中厚层灰岩与泥质灰岩、泥灰岩互层；有f1、f2两条断层发育，节理裂隙多闭合；建基面上和隐伏喀斯特发育，主要形态为溶洞，其中坝0+042～坝0+092之间的K23、K24溶洞规模最大，单个最大面积为258 m2,坝0+190～坝0+227之间溶洞发育最密集，共发育9个溶洞，除K20、K21两个溶洞充填砂砾石，其余多为无充填或半充填，隐伏喀斯特亦较发育，如声波检查孔G1钻孔1.4～8.0 m(高程：1604.6～1598.0 m)、G3钻孔5.4～8.0 m(高程：1606.6～1598.0 m)孔深段均为溶洞，充填淤泥质黏土夹碎块石、卵石；河床基坑为微风化至新鲜岩体，两岸岩体呈弱风化至微风化状态；根据坝基岩体物理力学试验成果及岩体声波测试资料，坝基岩体强度较高。

处理建议：①根据两条断层的发育宽度、断层带成分等性质，在固结灌浆过程中需适当加密灌浆孔即可；②将溶槽(如K6、K18等)内深度为1倍宽度的充填物清除，回填C15混凝土至设计建基面，垫层混凝土浇筑时在溶槽发育带建基面布置φ20钢筋，间距200 mm，两侧超出溶槽宽度1 m；③对发育较浅、规模较小的溶洞(如K1、K3、K7等)充填物全部清除，如充填物为软～流苏塑状黏土的位置需用高压水枪将其冲洗干净，用C15混凝土回填至设计建基面；④发育面积较大的、深度较浅、有一定充填物的大型溶蚀区域，须将其充填物全部清理干净，用C15混凝土回填至设计建基面，在部分倒悬位置回填混凝土时须振捣密实，在溶蚀区域边界附近岩体完整性差的区域，随机增设部分锚杆；⑤在明显溶蚀带和溶槽附近需进行无压重固结灌浆，固结灌浆间排距2 m×2 m，深度5 m，两侧超出溶蚀带发育宽度6 m，灌浆压力以≤0.3 MPa为宜；⑥在检测孔(或灌浆孔)范围内揭露的隐伏溶洞及附近，需适当加密固结灌浆孔，在灌浆过程中通过试验获取最合适的灌浆压力进行固结灌浆。

[1] 贵州中水建设管理股份有限公司.盘县卡河水库工程地质勘察报告(初步设计阶段)[R].贵阳：贵州中水建设管理股份有限公司，2013.

[2] 贵州中水建设管理股份有限公司.盘县卡河水库工程蓄水安全自检报告[R].贵阳：贵州中水建设管理股份有限公司.2016.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.水利水电工程地质勘察规范：GB 50487-2008[S].北京：中国计划出版社，2009.

周连海(1983-)，男，贵州兴义人，工程师，从事工程地质与水文地质勘察工作。E-mail:316611299@qq.com。

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