巴基斯坦卡洛特水电站混凝土骨料勘察研究

尹春明 肖东佑 张博

摘要：卡洛特（Karot）水电站位于巴基斯坦吉拉姆（Jhelum）河上，工程区位于巴基斯坦东北部新近系弱胶结碎屑沉积岩分布地区，坝址及周边可利用混凝土骨料匮乏，难以获取工程所需混凝土骨料。对坝址周边近100 km范围地层分布开展了大量详细的调查研究，初步确立了可用料源，并根据料源分布制定了完备的勘察方案，采取特殊的勘察方法，以确保可用料料场的选取及勘察储量的精准度。总结回顾了卡洛特水电站混凝土骨料勘察的研究思路和方法，可为此类特殊地质环境条件下大型水电站工程的混凝土骨料勘察研究提供借鉴。

關键词：骨料场勘察;混凝土骨料;勘察思路;勘察方法;卡洛特水电站;巴基斯坦

中图法分类号：TV422文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.03.005

1 工程概况

巴基斯坦卡洛特（Karot）水电站地处巴基斯坦东北部，是吉拉姆河（Jhelum）规划的5个梯级电站的第四级，其上一梯级为阿扎德帕坦（Azad Pattan），下游梯级为已建成的曼格拉（Mangla）。坝址位于旁遮普省境内卡洛特桥上游1.75 km，下距曼格拉大坝74 km，西距首都伊斯兰堡直线距离约55 km。从伊斯兰堡-卡胡塔-科特里路可通往坝址，交通较为便利。

电站主要建筑物由沥青混凝土心墙堆石坝、溢洪道、引水发电建筑物及导流建筑物组成。沥青混凝土心墙堆石坝布置在河湾湾头，溢洪道斜穿河湾地块山脊布置，出口在最下游，控制段布置泄洪表孔和泄洪冲沙孔;电站进水口布置在溢洪道引水渠左侧靠近控制段，厂房布置在卡洛特大桥上游;导流洞布置在电站与大坝之间。

根据设计需求，卡洛特水电站工程所需混凝土粗、细骨料共计112万m3，需规划开采天然砂砾石骨料273万m3（自然方）。

2 坝址及周边地区地质概况

卡洛特水电站坝址区属中低山地貌，两岸临江岸坡山顶地面高程一般510～870 m。吉拉姆河呈“几”字形流经坝址区，在右岸形成宽约700 m的河湾地块。吉拉姆河枯水期水面宽30～60 m，水面高程388～391 m，相应水深一般为6～8 m。坝址区左岸山体浑厚，右岸河湾地块高程461 m处宽380～700 m，不存在地形垭口。

区内出露基岩地层主要为新近系中新统纳格利组（N1na）以及多克帕坦组（N1dh）地层，岩性主要为中砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩等。不同岩性所占大致比例分别为：泥岩、粉砂质泥岩23.7%，泥质粉砂岩、粉砂岩32.2%，中粗砂岩38.0%，细砂岩6.1%，总体呈不等厚互层状。岩石胶结成岩较差，较软弱，属较软岩-软岩。

坝址区在构造上处于左岸卡拉托特（Karatot）向斜SW翼与右岸纳湾（Narwan）背斜NE翼之间的宽缓单斜岩层部位，岩层产状平缓且较稳定，岩层倾角7°～10°。坝址区断层、层间剪切带不发育，主要构造形迹为裂隙，主要发育两组裂隙，其中规模较大的第一组走向NE-NEE，倾向NW或SE，陡倾角为主，近岸坡受卸荷影响张开。另一组走向与第一组基本垂直，陡倾角，长度受第一组控制，多短小。

区内地下水主要为基岩孔隙裂隙水和第四系松散层孔隙潜水。基岩孔隙裂隙水主要赋存于砂岩中，一般为中等-贫含水，具多层状水文地质结构，并通过裂隙通道运移。区内各类岩石总体透水性较弱，中砂岩、细砂岩相对于其他岩类透水性稍大。

坝址区岩体强风化带厚度一般为0～10.7 m，弱风带厚度为0～28.3 m，总体上岩体风化带厚度不大。

3 混凝土骨料料源普查及料场选定

3.1 可用料源研究

根据相关资料显示，该项目区域出露的地层主要为新近系西瓦利克（Siwaliks）群地层，为一套典型的磨拉石建造的陆源碎屑沉积岩，岩性主要为砂岩（中至细粒长石砂岩、亚长石砂岩、亚岩屑砂岩、岩屑亚长石砂岩和岩屑长石砂岩）、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质黏土岩、黏土岩及页岩等，岩性较复杂，一般呈交互层状产出，砂岩单层厚度为数米至十余米。由于该套地层年代较新，一般表现为成岩程度较差，部分岩石甚至呈半成岩状态，岩石较软弱，根据前期勘察室内试验资料显示，砂岩、粉砂岩抗压强度一般小于30 MPa，属软岩-极软岩，不适宜作为混凝土骨料料源。

区内吉拉姆河沿河两岸未见冲积砂砾卵石分布，部分河段阶地表面有厚度不大的砂砾卵石分布，天然砂砾石料缺乏。坝址下游小支流汇合口附近见崩塌堆积物与冲积砂砾石混合堆积，其中以崩塌堆积物为主，主要为附近砂岩陡崖崩塌形成的大块石、漂石及少量块径达2 m以上的巨石，经短距离搬运，具一定磨圆度;砂砾（卵）石含量相对较少，成分主要为火成岩及变质岩。局部见有少量粉细砂堆积。该部位堆积物以新近系砂岩为主，岩石软弱，且分布有限，不宜作为混凝土骨料料源。

根据现场调查，坝址右岸下游吉拉姆河支流巴得利（Badli）沟中上游局部河段河床及两岸漫滩和阶地见有冲积砂砾卵石分布。调查表明，其物质来源主要为更新世（Q1）沉积的米尔布尔（Mirpur）组砾卵石层，经流水再次搬运、沉积，以砾、卵石为主，缺乏细粒组，分选较差，磨圆度较好，砾、卵石由火成岩、沉积岩和变质岩组成，成分较杂。可考虑将该支流河段砾卵石堆积物作为混凝土骨料料源。

根据对支流冲积砂砾卵石的向源追索发现，坝址西南距坝址直线距离8～20 km范围内分布的更新世（Q1）米尔布尔组砾岩（未胶结成岩的砾、卵石堆积），分布范围较大，厚度可达20 m以上。砾、卵石分选差，磨圆度较好，砾、卵石由火成岩、沉积岩和变质岩组成，成分较杂，局部夹细粒土层。由于受风化影响，部分抗风化能力差的砾卵石风化严重，成为软弱有害颗粒，部分地区细粒物质中含泥量较高，对砂砾料料源质量影响较大。根据初步分析研究，在无其他料源替代的情况下，米尔布尔组砾卵石堆积可考虑作为该工程混凝土骨料料源，但由于料源中含较多的软弱有害颗粒及含泥量较大，需要采取特殊的开采加工措施，存在泥块无法得到有效处理的可能性。

相关资料显示，坝址以北的新近系早中新统穆里（Muree）组中分布的Ⅰ类砂岩单轴湿抗压强度达40～80 MPa，可作为人工骨料料源，且有工程应用的先例。通过现场调查发现，这类砂岩与无用料岩层呈互层状产出，且单层厚度不大，受褶皱构造的影响，地表露头不良，开采条件差，且距坝址较远，交通运输条件差。

分布于项目区域NW侧外围距坝址直线40（穆里）～80km（伊斯兰堡）的寒武系穆扎法拉巴德（Muzaffarabad）组白云质灰岩是理想的混凝土骨料料源，其出露厚度满足规模开采的条件，有公路相通，距離坝址约106 km，开采及运输条件较好。

3.2 料场的初步选定

基于上述可用料源的普查研究，综合考虑混凝土骨料的需求、产地地质条件、开采、运输、加工条件等因素，初步选定了比珥（Beor）料场和那拉（Nara）料场为混凝土骨料勘察料场（见图1）。

4 技术路线与方法

4.1 料场概况及特点

对初步选定的比珥和那拉两个砂砾石料场开展了详查工作，初步选定料场主要分布于狭长的支流巴得利沟，沟谷延伸长约25 km。料源主要分布于相对较平缓的中上游段，主沟及汊沟累计长约27 km。由于沟谷较为狭窄，有用料分布范围有限。巴得利沟中下游段常年流水，枯期水量较小，上游部分断流，洪水期流量增大，具有突发性，水位涨落均较迅速。沟内沉积物主要为洪水携带的附近山岗的米尔布尔组砾卵石堆积，经再次搬动沉积，由于流量总体不大，水动力条件有限，沟内砂砾卵石沉积物具有分布不均匀，不同部位沉积物粒径、级配等极不均匀，沉积物厚度极其不稳定等特点。此外，有用层厚度不大，不利于规模化开采，开展条件差。

4.2 主要技术路线

根据勘察料源的特点，确定料场的复杂程度及勘察重点，结合规范[1-2]勘察深度要求确定勘察工作布置及勘察手段运用[3]，编制详细的勘察作业计划，按计划开展现场勘察及相关试验工作，并在过程中根据实施情况进行适当调整，以满足计划进度及质量要求。

4.3 主要勘察方法

为达到详查精度，根据料场特点，对勘察工作进行了精心策划和布置。该料场属于地形地质条件介于Ⅱ类与Ⅲ类之间的复杂料场。在勘探布置上，按照100 m间距布置勘探线，勘探点间距按50 m控制，局部根据实际情况适当加密。

勘察中，首先对料源区进行全面的1∶1 000地表地质测绘，测绘面积4.1 km2，初步了解有用料的分布;采用高密度电测深物探方法进行料场普查，完成高密度电测剖面18条计2.6 km，基本了解了有用料的分布及厚度。根据测绘及物探成果分析，鉴于有用层厚度不大且变化大，在勘探手段上采用大型挖掘机开挖探坑（探井）代替钻孔的更直观方法，同时便于取样试验。共完成425个大型探坑开挖及编录，总计开挖方量达9 670.3 m3;开挖大型探槽4个。为确保成果的可靠性，满足储量计算的准确性，对勘探线进行了实测地质剖面213条，共计31.7 km。为揭示那拉料场有层厚度，布置了1个钻孔，孔深11 m，有效揭露该料场最大堆积厚度。

根据料场的分布范围广、均一性差的特点，采取21组大样进行材料质量的试验研究，对粗骨料开展了堆积密度、表观密度、吸水率、针片状颗粒含量、软弱颗粒含量、含泥量、硫酸盐及硫化物含量、有机质含量等试验;对细骨料开展了堆积密度、表观密度、含泥量（黏、粉粒）、硫酸盐及硫化物含量、水溶盐含量、有机质含量、细度模数、平均粒径等试验研究。同时，还开展了骨料碱活性反应试验及混凝土性能等相关试验研究。

项目部专门成立了质量控制（QC）小组开展勘察布置、质量、储量计算等工作，取得了良好效果。此外，为确保满足用料要求，还开展了备用料源的勘察与研究工作。勘察结果表明，料源除局部细骨料含泥量偏高、细度模数小，料骨料缺少小粒径粒组，为不良级配砾外，质量基本满足规范要求。施工开采揭示与前期勘察结果一致。

5 结 论

卡洛特水电站坝址及周边处于软岩地区，可用天然建筑材料料源匮乏，导致工程所需建筑材料较为紧缺。通过充分了解勘察研究对象，采取合适的技术路线和方法与手段，效果较好，具体如下。

（1）充分了解和把握现场及周边可用料源的分布和特点，通过深入、有序地开展可用料源排查研究，最终找出合理的解决方案。

（2）根据勘察料场的特点，制定详细、可操作的勘察方案是确保达到勘察深度、精度的质量要求的重要环节，必须多花时间和精力，精心策划才可事半功倍。

（3）充分、合理地应用先进技术手段是成功的保障。如航天和航空遥感技术及地理信息系统在大范围的料源普查调查中起到的重要作用;在料场勘察中，物探手段对有用料分布及厚度等的初步了解及勘察方案制定起到了重要作用;选择大型设备开挖大量探坑的方法，其效率高，对勘探点达到计划的数量要求。

（4）虽然选定的料场狭窄、分布范围大、有用料厚度较小，无法大规模集中开采，但却是唯一经济合理、可操作的料源解决方案。后期实施结果表明，料源质量、储量及开采的经济性都得到保证，也得到了项目业主及料场运行单位的肯定。

参考文献：

[1] GB 50287-2006 水力发电工程地质勘察规范[S].

[2] DL/T 5388-2007 水电水利工程天然建筑材料勘察规程[S].

[3] 彭土标.  水力发电工程地质手册[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2011.

（编辑：唐湘茜）

Survey and research on concrete aggregate of Karot Hydropower Station in Pakistan

YIN Chunming， XIAO Dongyou， ZHANG Bo

（Changjiang Survey， Planning， Design and Research Co.， Ltd.， Wuhan  430010， China）

Abstract： Karot Hydropower Station is located on the Jhelum River in Pakistan， and the project is in the distribution area of the Neogene System of weak gum-linked debris sedimentary rock in north-eastern Pakistan， and the dam site and surrounding areas are short of available concrete aggregates， making it difficult to obtain the available concrete aggregates required by the project. Through a large amount of detailed investigation and study of the formation distribution of nearly 100km around the dam site， the available sources were initially determined， and a complete survey scheme was formulated according to the source distribution， and some special survey methods were adopted to ensure the selection of available material slots and the accuracy of the survey reserves. This paper summarizes the research ideas and methods of concrete aggregates survey of Karot Hydropower Station， and provides a successful example for the exploration and study of concrete aggregates for large hydropower projects under such special geological environment.

Key words： aggregate field survey;concrete aggregate;  survey ideas; survey means; Karot Hydropower Station; Pakistan