浅谈软弱夹层对关坝水库建坝影响分析

任兴隆，张 斌

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002)

0 前言

关坝水库工程位于贵州省遵义市道真县旧城镇关坝村，水库正常蓄水位823 m，相应库容1199×104m3，坝前抬高水头92 m；大坝为C20碾压混凝土拱坝，最大坝高107 m。

1 工程地质概况

坝址河流流向N20°～30°W，河床宽约10 m，地形坡度为43°～60°、局部近直立，总体上两岸较为对称。正常蓄水位高程823 m时，谷口宽160.9 m，对应的宽高比为1.77。

枢纽区出露地层为奥陶系桐梓组第一段第一层(O1t1-1)薄到中厚层灰岩，桐梓组第一段第二层(O1t1-2)的泥岩，桐梓组第一段第三层(O1t1-3)的泥质条带灰岩，桐梓组第一段第四层(O1t1-4)的薄到中厚层灰岩夹泥质白云岩及页岩，桐梓组第二段(O1t2)的灰岩与页岩不等厚互层，红花园(O1h)的中厚层灰岩夹白云质灰岩，湄潭组第一段(O1m1)的砂泥岩。

坝区无断层发育，横向河谷，岩层倾下游偏左岸、倾角40°～45°。在坝肩桐梓组第一段第四层(O1t1-4)中发育有连贯两岸规模较大的两大类夹层、夹层上下均为中厚层灰岩，其中一类是泥质白云岩夹层，另一类是含白云质水云母页岩。

2 软弱夹层的揭露及分布情况

(1)勘探平硐揭露情况

在勘察过程中，左右岸各布置3个勘探平硐，总进尺452 m；鉴于枢纽区为横向谷，下层勘探平硐采用了“T”字型布置，主洞长50 m，支洞向上下游各延伸20 m。根据平硐揭露，在坝肩桐梓组第一段第四层(O1t1-4)中发育有连贯两岸规模较大的两大类夹层、夹层上下均为中厚层灰岩，其中一类是泥质白云岩夹层(厚0.1 m～0.7 m)，另一类是含白云质水云母页岩(水云母80%，白云石10%～15%，方解石3%～5%，黄铁矿3%，炭质<1%，石英偶见)夹层(厚0.1 m～0.4 m)，见表1。

表1 坝区软弱夹层夹层统计表

(2)钻孔揭露情况

勘察过程中，在左岸布置2个勘探钻孔、右岸布置4个勘探钻孔、河床布置2个勘探钻孔，总进尺856.5 m。由于含白云质水云母页岩较软，钻孔岩心未揭露。仅左岸的1#钻孔的35.8 m～36.2 m，12#钻孔的49.8 m～50.5 m位置揭露了泥质白云岩夹层；右岸的4#钻孔的43.8 m～45.2 m、49.4 m～52 m、58.1 m～60.5 m和9#钻孔的31.7 m～34.8 m位置揭露为泥质白云岩。

(3)槽探揭露情况

勘察过程中，在左右岸各布置了一条垂直于河流方向的槽探，但受地形及覆盖层厚度等的影响，部分未完全揭露到基岩，仅在右岸槽探779 m、785 m高程分别揭露了0.4 m厚的泥质白云岩夹层，在左岸岸槽探770 m、777 m高程揭露了0.4 m厚的泥质白云岩夹层、799 m高程揭露了0.2 m厚的泥质白云岩夹层。

(4)软弱夹层的空间分布情况

现场地表地质调查、槽探及钻孔均未发现含白云质水云母页岩，仅在勘探平硐内被揭露5层含白云质水云母页岩。在内业资料整理过程中，结合槽探、钻孔、平硐等揭露的夹层，通过切剖面分析，对各夹层进行编号标注，将其空间位置表示于枢纽区的工程地质平剖面图之上。

根据勘探平硐、槽探及钻孔等的综合统计分析，枢纽区白云质水云母页岩及泥质白云岩在左右岸呈基本对称分布，均分布有10层，仅在层厚上不一致。

3 物理力学参数

(1)物理力学参数试验值

鉴于本工程为百米级的拱坝，软弱夹层对坝的抗滑稳定及变形等均起到不可忽视的作用，在勘察过程中，针对泥质白云岩和含白云质水云母页岩均进行现场试验见表2～表3。

表2 岩体变形试验成果统计表

表3 抗剪断和抗剪(摩擦)强度成果统计表

(2)物理力学参数建议值

表4 物理力学参数建议值表

4 夹层工程地质评价及影响分析

根据钻探、平硐揭露，在坝基肩范围内主要分布有泥质白云岩原生夹层和含白云质水云母页岩原生夹层，次生夹层主要分布在强风化岩体内。根据平硐及钻孔声波，弱风化～新鲜岩体内的原生夹层声波未见明显的突变；根据平硐内原生夹层的暴露情况，勘探平硐于2018年8月完成，截至2020年5月，经历了近两年的裸露，枢纽区勘探平硐内的泥质白云岩和含白云质水云母页岩原生夹层均未见泥化现象，最为重要的是泥质白云岩原生夹层和含白云质水云母页岩原生夹层的上下均为强度较高的灰岩。

虽坝肩抗力岩体的层间发育有厚度为0.02 m～0.7 m的含白云质水云母页岩、泥质白云岩软弱夹层(未发现泥化现象，同时层间具一定强度粘结力)，但层面及层间软弱夹层不成为滑移控制面，只起切割面作用，对坝肩抗滑稳定起控制作用的是比较平缓、延续性较强的扭性及反倾向压性节理裂隙，坝基抗滑稳定主要受混凝土与基岩接触面的控制。

在设计过程中，根据含白云质水云母页岩、泥质白云岩软弱夹层的空间分布情况及地质参数，采用了拱坝三维整体有限元分析，结论为坝体应力极值均可满足规范要求[1]；结合超载法及强度储备系数法，计算分析得到关坝拱坝整体超载安全度：K2=3P0～4P0，K3=4.5P0。K2为非线性变形超载系数；K3为极限超载系数；P0为正常蓄水位下产生的荷载。

图2 坝体-地基整体横河向变形云图

综合分析认为，枢纽区的泥质白云岩和含白云质水云母页岩原生夹层对岩体的承载力、变形、抗滑等综合影响较小。

5 处理建议

鉴于上述分析结果，从地质的角度，建议对坝肩的泥质白云岩夹层建议进行局部深挖及在垫层砼内增加钢筋等处理，针对含白云质水云母页岩夹层建议采取刻槽深挖(半窑洞式开挖)、增加基础垫层砼及在垫层内增加钢筋等处理措施；鉴于坝区岩体层间夹层较多，建议针对坝区采用高压固结灌浆也提高基础的完整性。

6 结语

关坝水库作为一个中型水库工程，大坝为百米级的高拱坝。由于枢纽区为横向谷，在勘察过程中，采用了多手段的综合勘察方法，利用了较多的“T”字型勘探平硐、槽探、钻探、大剪实验等查明了枢纽区软弱夹层的空间分布、结构面性状、物理力学性质等，为设计提供了可靠的地质依据及参数。

查明枢纽区的工程地质条件，特别是软弱夹层的空间分布、结构面性状、物理力学性质等尤为重要，决定了所选择的坝型是否成立。鉴于本工程岩层陡倾，软弱夹层对坝的抗滑稳定不起关键性作用，仅对变形有一定的影响，通过工程措施处理后，具备较好的建坝地质条件。

通过本文的论述分析可知，在复杂地质条件软弱夹层发育的情况下，亦可建高拱坝，关键在于地质需查明枢纽区地质条件及软层夹层的空间分布、物理力学性质等，可供后期同类项目借鉴参考。