新疆某水利枢纽坝址工程地质问题及施工处理

蒋小军，曹荣国

（1.新疆富蕴县水利管理站，新疆 富蕴 836100；2.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

随着工程建设的发展，工程地质勘察与研究也进入高潮，前期勘察设计得出的结论，正在接受实践检验，对施工中不断出现的新问题，需要深入研究和分析论证，为设计和施工提供准确的地质资料。

1 工程地质条件

坝址位于剥蚀低山区、乌伦古河上游，地面高程970 m～1110 m，高差约140 m。河谷呈不对称“U”型谷，总体走向NE向，谷底宽约150 m，两岸山体基岩裸露，右岸岸坡较陡，坡度约30°～36°，左岸岸坡稍缓，坡度30°～34°，局部见有陡壁。

坝址基岩主要为华力西期（γ42f）侵入体，以岩基形式在坝址范围分布，平面上呈长椭圆形，长1.95 km，宽1.15 km，岩性主要为钾长辉长岩、二长辉长岩及石英正长岩岩脉，外围主要为石炭系地层，河床、沟谷等分布有第四系松散堆积物。石炭系中统巴塔马依内山组（C2b）岩性主要为玄武岩、凝灰岩及砂岩，局部夹泥质粉砂岩、凝灰质砂岩，分布于坝基外围。第四系主要为全新统冲积（Q4al）、冲洪积（Q4al+pl）、坡洪积（Q4dl+pl）及崩坡积（Q4col+dl）砂砾石和碎石。分布于河床、河漫滩、冲沟及坡脚处，厚度一般小于5 m。

华力西期（γ42f）侵入岩中断层发育较少，侵入体周边石炭系地层断层较发育。主要有区域性乌伦古河断裂F11，左岸单薄山脊断层f27，左岸上游断层f34，侵入体南侧与石炭系接触面断层f37 及小断层f⑴～f⑶，侵入体中发育小断层f⑷～f⑻等。乌伦古河断裂（F11）是区域性构造，断裂距坝址最近600 m，基本沿乌伦古河的西南岸展布，长约130 km。总体走向NW，倾向SW，倾角60°～80°，为右旋走滑逆断层。断裂在乌伦古河被第四系覆盖，为晚更新世活动断裂，未发现全新世活动迹象。

岩体风化以物理风化为主要特征，化学风化微弱。两岸风化深度一般随高程的增加逐渐变大，在河床部位无强风化带或强风化带较薄，断层带和节理密集带中风化作用加剧。

坝址区地下水类型主要有松散层孔隙潜水和基岩裂隙潜水。松散层孔隙潜水主要赋存于河床及两侧的第四系冲积砂卵砾石、坡洪积碎石中，基岩裂隙潜水主要赋存于凝灰岩及侵入岩中，地下水位略高于同期河水位。

2 岩体物理力学性质

2.1 室内岩石试验

钾长辉长岩侵入体的颗粒密度2.75 g/cm3～2.83 g/cm3，孔隙率0.29%～1.86%；弱风化岩石饱和单轴抗压强度65.4 MPa～102.0 MPa，属坚硬岩；微风化～新鲜岩石饱和单轴抗压强度63.10 MPa～121.00 MPa，属坚硬岩。

二长辉长岩侵入体的颗粒密度2.76 g/cm3～2.82 g/cm3，孔隙率0.19%～1.75%；弱风化岩石饱和单轴抗压强度68.0 MPa～145.0 MPa，属坚硬岩；微风化～新鲜岩石饱和单轴抗压强度92.2 MPa～142.0 MPa，属坚硬岩。

2.2 岩体地球物理特性

坝基辉长岩声波波速一般超过3000 m/s，弱风化及微风化～新鲜岩体超过4000 m/s。泥质粉砂岩岩体声波波速1700 m/s～5500 m/s，微风化～新鲜岩体平均值2600 m/s。岩体的声波波速主要受结构面发育程度、岩石风化程度及岩性控制。

左右岸平洞强风化岩体的纵波速度2200 m/s～3030 m/s，动弹性模量7.78 GPa～16.72 GPa，弱风化岩体的纵波速度3030 m/s～4250 m/s，动弹性模量16.72 GPa～39.01 GPa，微风化岩体的纵波速度4040 m/s～4450 m/s，动弹性模量33.62 GPa～42.69 GPa。

钻孔录像显示，坝基岩体中裂隙局部发育，以陡倾角裂隙为主，缓倾角裂隙局部发育，呈闭合～张开状，裂隙张开度一般小于2.0 mm，地表个别可达6 mm～81 mm，多无充填，部分张开较大者有方解石或岩屑充填，部分裂隙的裂隙面粗糙或有黄色锈膜。

3 坝基岩体分类与物理力学指标建议值

根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487 2008）及前面的分析成果，考虑坝基岩性、岩体风化与卸荷程度、岩体结构类型、岩体完整性和结构面发育特征等因素，以及岩石饱和单轴抗压强度、岩体纵波速度、完整性系数等定量指标，建立了坝基岩体进行工程地质分类标准，见表1。

表1 坝基岩体工程地质分类

综合分析场地地质条件、岩（石）体试验及测试成果，并结合岩体工程地质分类、霍克－布朗准则，类比相似工程经验，提出坝址区岩体强度指标建议值，见表2。

表2 坝址区岩体（石）强度指标建议值

4 工程地质评价

4.1 坝基可利用岩土体

坝址地层主要为第四系松散堆积物和华力西期（γ42f）侵入岩。两岸斜坡地段基岩出露，松散覆盖层主要分布在河床及两侧滩地。第四系松散堆积物厚度不大，结构松散，成分复杂，砾石粒径大小不均，渗透性强，不能满足混凝土坝坝基要求，需要全部挖除。

强风化岩体因结构面发育，多张开，岩体破碎，不满足高混凝土重力坝对坝基的要求，建议挖除，以弱风化带中下部～新鲜岩体为坝基。

坝基岩体中节理裂隙较发育，为提高坝基岩体的整体性和抗变形能力，采用固结灌浆技术。

4.2 坝基抗滑稳定问题

坝基岩体为块状、次块状结构，虽然局部有缓倾角结构面发育，但很难形成连续的滑动面，因此坝基不存在深层抗滑稳定问题。大坝抗滑稳定主要取决于混凝土与基岩接触面，施工开挖过程中，必要时可进行局部处理。坝基岩体及结构面抗剪强度指标建议值见表2。

4.3 坝基渗漏与渗透稳定性

（1）坝基及绕坝渗漏量。坝基为华力西期（γ42f）辉长岩侵入岩，坝基范围无断层发育，节理裂隙为主要含水透水通道，坝基渗漏为裂隙式渗流。

根据钻孔压水试验成果，坝基岩体渗透性不均一：上部岩体渗透性强，随深度增加，岩体渗透性逐渐变弱。左岸孔深30 m以下岩体透水性有减弱趋势，岩体以弱透水性为主，局部呈中等透水性；河床孔深40 m 以下岩体透水性减弱，多为弱透水性；右岸孔深50 m 以下岩体透水性减弱，多为弱透水性。

水库蓄水后，坝区存在坝基和绕坝渗漏问题，渗漏类型以基岩裂隙渗漏形式为主。经计算，在不考虑防渗措施的前提下，坝基及两岸绕坝渗漏总量为0.516 m3/s[2]。

（2）坝基岩体渗透稳定性。坝基岩体中未发现大的断层，结构面以构造裂隙为主，规模不大，多呈闭合状态，连通性差，且多无充填物。因此，坝基岩体的渗透稳定性良好。

（3）坝基岩体可灌性分析。坝址河床及两岸钻孔中进行的355 段压水试验结果显示，岩体透水率0.5 Lu～170 Lu，总体以弱透水为主。岩体渗透性不一，渗透性主要受裂隙发育情况控制。

钻孔录像显示，坝基岩体中裂隙局部发育，以陡倾角裂隙为主，呈闭合～张开状，裂隙张开度一般小于2.0 mm，个别较大，多无充填，部分裂隙的裂隙面粗糙或有黄色锈膜，张开较大者有方解石或岩屑充填。因此，可以通过灌浆可有效降低岩体的渗透性，提高岩体的整体性和抗变形能力。

（4）坝基渗流控制措施建议。综上所述，坝基岩体渗透稳定性好，坝基渗漏为裂隙散流形式，不存在大的集中渗漏问题。建议坝基渗流控制以降低坝基扬压力、减少渗漏量为主要目标。

钻孔压水试验表明，随深度增加，岩体透水率降低趋势明显。坝轴线处岩体透水率小于3 Lu 埋深40.00 m～85.00 m，相应高程905.33 m～989.03 m。考虑到岩体渗透性不均一，建议防渗帷幕进入透水率小于3 Lu 岩体以下一定深度；坝址两岸地下水位低缓，无相对隔水层，不具备完全封闭条件，建议防渗帷幕长度根据绕坝渗漏量综合考虑；坝基岩体渗透性不均匀，局部结构面发育，建议加强帷幕灌浆和适当加密坝基排水孔。

4.4 左岸近坝单薄山脊渗漏与渗透稳定性

坝址左岸近坝地段（距坝轴线约60 m～460 m）山体单薄，可能存在永久渗漏问题。经计算，预计水库蓄水后左岸单薄山体的渗漏量约为0.035 m3/s，乌伦古河多年平均径流量为33 m3/s，则左岸单薄山体渗漏量约占入库径流量的1‰。渗漏量虽不大，但渗漏段较为集中且山体单薄，岩体中结构面发育，较为破碎，建议采取防渗处理措施，并进行必要的监测工作。

5 施工期针对工程地质问题的处理

5.1 坝基岩体质量评价及验收标准

坝基岩体主要为华力西期（γ42f）弱风化中下部～微风化钾长辉长岩及二长辉长岩。岩体大部分呈块状～次块状，坝基岩体中节理裂隙较发育。

根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）要求，结合本工程实际特点及前期勘察成果，提出适合本工程的坝基岩体质量验收标准建议值，见表3。

表3 坝基岩体验收标准

在工程施工过程中，根据坝基的岩体结构、岩体完整性、结构面发育程度及其组合情况、岩体和结构面的抗滑、抗变形能力，结合坝基岩体弹性波测试验收标准，对坝基岩体进行类别划分。综合萨尔托海水利枢纽工程坝基岩体质量评价，坝基岩体以AⅢ-1 类为主，部分为AⅡ类，局部为AⅢ-2 类。对不满足AⅢ-2 类的坝基岩体需进行工程处理。利用以上验收标准，很好地解决了本工程的坝基岩体验收问题，为设计及施工提供了准确的坝基岩体质量评价资料。

5.2 坝基岩体差异风化问题

工程区岩体裂隙风化在裂隙发育部位程度较高，裂隙及周边岩体大部分呈强风化～弱风化上部，不满足建基岩体要求。对此，设计专门出台了《坝址区裂隙及断层处理设计通知》，针对裂隙发育的不同规模采取相应的处理方案。在坝基联合验收时，针对局部密集发育的裂隙采取现场定位，根据定位调整固结灌浆钻孔孔位的处理方式，取得较好的效果[3]。

在15～16# 坝段，沿顺河向构造破碎带（断层f、裂隙L15-J2）因差异风化作用形成了风化深槽。深槽在平面上为顺河向展布，呈上游（坝踵）宽、下游（坝趾）窄的“y”形；剖面上呈浅部宽、深部窄的“V”形。风化深槽上游宽度7 m～8 m，下游宽度1.5 m～2.5 m，揭露深度12 m～13 m（层底高程951 m～952 m）。风化深槽以全～强风化状辉长岩为主，力学性质和水理性质差。为提高风化深槽及其周边岩体的整体性和抗变形能力，设计采取对风化深槽内风化岩体挖除置换三级配C25 混凝土回填处理方案，并加强风化深槽下部的固结灌浆施工。

5.3 坝基抗滑稳定问题

河床10#、12#坝段局部有缓倾角结构面发育，大部分为岩屑岩块型，部分为岩屑夹泥型及泥夹岩屑型，结构面抗剪强度较低，对大坝基础抗滑稳定有不利影响。对表层缓倾角结构面采取挖除方式，对埋深较大的缓倾角裂隙采取锚筋束处理方式，保证坝基不产生深层抗滑稳定问题。

5.4 左岸近坝单薄山脊渗漏与渗透稳定性

针对前期勘察过程中查明的左岸近坝单薄山脊渗漏问题，在施工期采取1～2 排帷幕灌浆的处理方式，取得良好的效果。

6 结语

该水利枢纽工程坝址区地层岩性为华力西期（γ42f）侵入钾长辉长岩及二长辉长岩。坝址区靠近乌伦古河断裂，坝基岩体节理裂隙较为发育，辉长岩岩体在裂隙发育部位产生差异风化，与小规模断层组合形成风化深槽，对坝基稳定及变形产生不利影响。坝基岩体局部发育的缓倾角裂隙，对重力坝坝基抗滑稳定产生不利影响。通过对上述地质现象进行深入的勘察研究，查明存在的工程地质问题，并提出相应的解决方案，为设计及施工提供了可靠的地质基础资料。