坪底水库重力坝坝基建基面稳定性简析

王二文

（山西省水利水电勘测设计研究院山西太原030024）

1 工程概况

山西省坪底水库属小（Ⅰ）型工程，是一座为当地火电厂提供生产用水，年供水量为500 万m3的水库工程。其中大坝拟选坝型为混凝土重力坝，最大坝高为37 m，坝顶长136 m，水库正常蓄水位为832.5 m，校核洪水位838.45 m，总库容640 万m3。2012年底大坝建基面岩体开挖工作完成后，对建基面岩体进行了工程地质分析，认为建基面岩体工程条件良好、稳定性强且承载力满足设计要求，可作为各坝段坝基建基面。

2 坝基建基面稳定性分析

大坝坝基共分为四个坝段，按桩号依次为右岸挡水坝段、溢流坝段、冲砂底孔坝段、左岸挡水坝段。

2.1 右岸挡水坝段建基面工程地质分析

右岸挡水坝段桩号为0+000～0+022.5 m，建基面高程为804.1～843.5 m。开挖建基面岩体岩性为三叠系中统二马营组第三岩组（T2er-3）暗灰绿色中细粒薄-厚层砂岩夹薄层暗紫红色、灰绿色泥岩，岩层倾向左岸偏下游（图1）。可知砂岩岩体完整较好，局部发育泥质填充节理裂隙（图2）。据试验可知，砂岩的单轴饱和抗压强度为52.6～107.4 MPa，多为坚硬岩；软化系数为0.62～0.96，软化性较弱（表1），岩体坚硬且整体稳定性良好。

野外作业过程中对右岸挡水坝段岩体进行回弹试验，砂岩岩体回弹值为32～56。设计要求地基岩体承载力1.0～1.2 MPa，根据岩体基本质量定性特征和试验资料确定基岩承载力标准值（fk）为1.0～1.2 MPa（表2）。可知岩体承载力满足设计要求，该岩层可以作为右岸挡水坝段坝基建基面。

2.2 溢流坝段建基面工程地质分析

图1 右岸挡水坝段建基面开挖图

图2 右岸挡水坝建基面地质编录展示图

溢流坝段桩号为0+022.5～0+070.5 m，建基面高程为803.2～804.8 m，开挖建基面岩体岩性为暗灰绿色中细粒薄-中厚层砂岩，岩层倾向左岸偏下游（图3）。可知砂岩岩体完整较好，局部发育泥质填充节理裂隙（图4）。砂岩岩体中局部不连续夹10～20 cm 厚紫红色泥岩。砂岩为坚硬岩，软化性较弱，岩体坚硬且整体稳定性良好。

根据实际开挖情况，坝基建基面整体为弱风化基岩，主河槽位于溢流坝段处，长约21 m，宽2.2～3.5 m，开挖底高程为801.8～802.5 m，主河槽底部可见弱风化基岩。施工过程中对主河槽壁面光滑部位进行了人工凿毛增大摩擦力，同时对表层的松散、裂纹较大的岩体进行了清除。砂岩岩体回弹值为44～60，承载力标准值（fk）为1.0～1.2 MPa。岩体承载力满足设计要求，该岩层可以作为溢流坝段坝基建基面。

2.3 冲砂底孔坝段建基面工程地质分析

冲砂底孔坝段桩号为0+070.5～0+098.5 m，建基面高程为804.1～804.9 m，开挖建基面岩体岩性暗灰绿色中细粒薄-中厚层砂岩，岩层倾向左岸偏下游（图5）。砂岩岩体中发育泥岩填充节理裂隙，大多闭合（图6）。砂岩岩体完整较好，为坚硬岩，软化性较弱，岩体坚硬且整体稳定性良好。

根据坝基实际开挖情况，坝基建基面整体为弱风化基岩。砂岩岩体回弹值为37～48，基岩承载力标准值（fk）为1.0～1.2 MPa。岩体承载力满足设计要求，该岩层可以作为冲砂底孔坝段坝基建基面。

2.4 左岸挡水坝段建基面工程地质分析

左岸挡水坝段，桩号为0+098.5～0+136.0m，建基面高程为805.5～854.0 m。开挖建基面岩体岩性暗灰绿色中细粒厚层砂岩夹厚层暗紫红色、灰绿色泥岩，岩层产状倾向左岸偏下游（图7）。砂岩呈薄-中厚层状，岩性较坚硬，单层厚度2.0～7.0 m。砂岩岩体中夹层灰绿色、紫红色砂质泥岩，泥岩厚一般为0.4～3.8 m，该厚层泥岩分布于桩号0+105～0+109 段，高程809.8～814.5 m 之间。砂岩岩体中节理裂隙较发育，其中在桩号0+105～0+119 段，高程806.5～832.1 m 的下游壁发育一条长约31 m 的宽大贯通性裂隙，该裂隙产状为N55°W/SW∠78°（见图8）。

表1 右岸挡水坝段砂岩物理力学试验成果统计表

表2 右岸挡水坝段砂岩强度检测成果统计表

图3 溢流坝段基坑开挖图

图4 溢流坝建基面地质编录展示图

图5 冲砂底孔坝段基坑开挖图

图6 冲砂底孔坝建基面地质编录展示图

图7 左岸挡水坝建基面开挖图

图8 左岸挡水坝段下游壁长节理图

勘察过程中对泥岩进行了取样分析（表3），可知蒙脱石含量为3%～5%，伊利石含量为32%～37%，绿泥石含量为21～29%；以蒙脱石含量为控制指标，按天津院在山西引黄工程的分类标准，泥岩属于无膨胀性岩石。结合现场勘察和施工地质大坝基坑开挖情况看，该泥岩夹层不存在泥化现象，泥岩性状稳定。

表3 左岸挡水坝段泥岩矿物成份试验成果统计表

砂岩岩体回弹值为46～55，泥质砂岩岩体回弹值为23～28。基岩承载力标准值（fk）：砂岩为1.0～1.2 MPa、砂质泥岩为1.0～1.2 MPa。岩体承载力满足设计要求。施工过程中对表层松散、裂纹较大的岩体进行了清除，对贯通大裂隙进行了固结灌浆，该岩层可以作为左岸挡水坝段坝基建基面。

3 总结

坪底水库大坝建基面岩体整体为坚硬的暗灰绿色中细粒薄-中厚层砂岩，局部夹较软弱的泥质砂岩，且大部分属于基岩弱风化带上部。开挖工程中对建基面上的龟裂及松动的岩体予以清除，同时对岩体中节理裂隙，特别是左岸挡水坝的贯通裂隙进行固结灌浆及帷幕灌浆后，岩体整体稳定性增强。坝基承载力满足设计要求，可以作为大坝坝基建基面。建议大坝填筑完成后，对大坝坝体各部位的沉降变形进行观测，对有泥岩层发育的坝段进行位移监测，以确保工程安全运行。