月亮湾水库坝基处理设计

月亮湾水库的坝基处理设计
摘要：笔者分析了月亮湾水库的概况及地质概况进行了分析，确定了坝基断层、软弱夹层的处理方法，得出一套既安全经济, 又方便施工、行之有效的方案, 为该水库安全运行提供可靠保证。

关键词：水库坝基；软弱夹层；处理设计；断层；
月亮湾水库位于云南省昭通市鲁甸县城西部小寨乡小寨河上游月亮湾，距鲁甸县城7km，距离昭通市34km。

小寨河属金沙江水系牛栏江右岸一级支流，水库地理坐标：东经103°29′35″～103°31′13″，北纬27°13′17″～27°14′04″。

月亮湾水库坝区、库区及料场有村公路相通，交通较为方便。

月亮湾水库径流面积101.0km2，初拟坝高61.8m，坝址河床高程1572.8m，水库正常蓄水位1619.1m，总库容2327.2万m3。

水库枢纽设大坝、输水隧洞、溢洪道等建筑物。

灌溉渠道总长70.467km；其中沙坝干渠长43.7km；龙头山干渠长26.767km。

设计灌溉面积3.29万亩，解决3.75万人及1.69万头牲畜饮水困难。

该水库属以人、畜饮水和灌溉为主的中型水利工程。

1 地质概况
1. 1 地形地貌
该水库河床侵蚀高差25～30 m, 两岸谷坡基岩裸露, 左岸坡陡峻, 坡度35°～45°, 右岸坡宽缓, 地形坡度15～20°, 地形切割较强烈。

河床与漫滩漂卵砾裸露。

坝址区河谷发育二级阶地, 随凹凸岸阶地发育不对称, 其中i级阶地为堆积阶地, 阶地宽度10～
100 m, 高出河床3～5 m, 阶面平缓。

ii级阶地为基座阶地, 宽度25～60m 不等, 前缘基岩出露, 为陡坎状。

小寨河属金沙水江系牛栏江一级右支流，月亮湾水库位于小寨河上游，库区属于侵蚀低中山地貌，山脉走向与主构造线相同。

水库主要集蓄小寨河及右支流龙井沟河水。

河道呈“v”型，河床宽40～150m，最宽200m，河床纵坡14.8‰。

水库为山区峡谷型，河床高程1580～1635m，库岸山顶高程1700～2009m，相对高差120～370m。

由于库区地层平缓，河流下切强烈，两岸以陡坡、峻坡地形为主，少量斜坡及缓坡，局部峻坡或陡岩。

河床及漫滩堆积较厚，1720m高程左右发育ⅱ级阶地，大部分被剥蚀，仅水库右岸坪子～梨园一带保留稍完整。

1.2地层岩性
库区主要出露第四系全新统（q4）、三迭系飞仙关组（t1f）砂页岩、二迭系宣威组（p2x）砂页岩夹泥质粉砂岩。

1. 3 地质构造
水库处于小寨向斜轴部，小寨向斜轴向北27°东，轴长18km，两翼完整，基本对称，核部地层产状平缓，倾角5°～25°，翼部地层倾角较陡，倾角20°～50°。

水库坝址区位于向斜核部，地层缓倾向南西，库尾呼噜寨、红岩脚一带位于向斜南西翼，地层倾向北西，倾角20°。

库区未见断层，岩层倾角较缓，倾向由南西变化至北西，小的揉皱常见。

主要的节理有3组，一组产状：走向n30°～50°e，倾向se，倾角70°～90°，张性节理；另一组产状：走向n65°～85°w，倾向sw，倾角78°～88°，压性节理；第三组产状：走向n20°～40°w，倾向ne，倾角68°～90°。

第一、二组为主要节理，河道及冲沟走向多沿这两组节理发育。

2 断层、软弱夹层的性状、规模及特征
通过现场勘察, 沿水库坝址布置两勘探钻孔zk2、zk3, 分别深入基岩60 m, 探明沿上、下坝址河床坝基分布一条ne - sw 张性断裂f44- 1, 断裂产状: 50°se∠70～ 80°。

据zk2、zk3 揭露, 断裂所经过的地方岩体破碎、软弱, 采取率低下, rqd值为零, 钻孔取芯呈碎块、碎屑状。

该断裂呈“之”字状延伸长5km 左右, 断带宽10～ 20 m, 两侧影响带宽20 m, 尾部沿左坝肩山体延伸, 渐尖灭在左坝肩山体中, 形成垭口宽约5～ 10 m, 两侧岩体碎裂, 沿垭口处隐约可见牵引痕迹, 但断面不明显, 带内角岩化、糜棱岩化和碎裂岩化; 端部呈波状延伸, 消失在3 km 之外。

f44- 1断裂它切割了区域压扭性7、22 号断裂,该断裂对坝址区防渗及下坝址左坝肩稳定影响较大。

现场压水试验, 测得钻孔zk2、zk3 岩体不同部位透水率存在较大差异, 尤以断层破碎带最为明显, 透水率高
达68.7～75lu, 随着深度的增加, 岩体完整渐趋完整, 渗透性也
随之减小。

见表1。

钻孔声波测井数据表明, 坝基强风化岩体纵波速vp=1500～3000m/s, 弱风化岩体纵波速vp= 3000～ 5500 m/s, 在破碎带处岩
体纵波vp出现异常,vp= 1500～ 2000 m/s之间, 与强风化岩体波速相近。

依据《水利水电工程地质堪察规范》gb50487- 2008之附录,该段坝基岩体为aiii类, 断层破碎带岩体为b类, 建议清基后对坝基固结灌浆、帷幕灌浆防渗处理。

表1 钻孔压水试验成果
综上所述, f44- 1断裂对坝基岩体完整性影响较大, 沿断裂带易产生渗透破坏和不均匀沉陷, 为避免不良地质现象的发生, 对坝基断层、软弱夹层、节理裂隙密集等地质缺陷进行加固处理, 加固处理的断面形态可根据数据断层、夹层的规模、性状、产状及所在建筑物部位受力条件确定。

3 坝基断层、软弱夹层的处理方法
坝基断层及软弱夹层处理方法有多种, 坝型不同所采取的方法不同, 常见的有: ①以提高地基岩土体强度(承载力)为主的混凝土塞、混凝土梁、混凝土垫层等;②以提高地基抗渗透变形破坏为主的固结、帷幕灌浆、截水墙等。

不论是以混凝土置换为主的处理, 还是以防渗透破坏为主的灌浆, 我们已有成熟的理论和实践经验。

本次勘察结合当地地形、地貌地质条件, 因地制宜, 就地取材, 设计推荐采用堆石面板坝和沥青混凝土心墙坝型进行方案比选, 两种坝型均为柔性坝体, 最大坝高小于70 m, 对基础的强度和压缩变形影响不是很大, 对于工程区地震设防烈度小于ⅷ度区, 其断层破碎带处理可适当降低。

综
合分析, 坝基处理主要考虑沿断层破碎带集中渗流产生的渗透破坏。

因此, 该水库坝基断层及软弱夹层的处理上主要采取以防渗为主, 混凝土置换为辅的处理方式。

首先, 在坝基表层5 m 范围内强风化变质砂岩上固结灌浆, 对f44- 1断层带因其破碎软弱无法固结的, 可采用混凝土置换, 置换时沿破碎带开挖出一定的倒梯形槽, 清除其中破碎物及两侧破碎岩石, 然后回填混凝土, 其作用是使坝体荷载经混凝土塞传递到两盘新鲜基岩上, 置换深度不低于3 m。

其次, 对5m以下至50m范围(防渗下限, 透水率小于5lu) 内基岩采用帷幕灌浆, f44- 1断层破碎带内设3排灌浆孔,中间排主孔直达设计下限50 m,上、下游排孔深为主孔深2 /3, 为33 m; 破碎带以外的其它坝基、左右坝肩设中间一排帷幕钻孔,坝基灌浆钻孔伸入基岩35 m; 左右坝肩各伸入基岩30 m 为宜。

(注: 防渗下限是指通过现场压水试验测得基岩一定深度范围内透水率满足设计要求的深度)。

4 处理过程注意事项
在灌浆过程中, 随时检测浆液比, 严格控制水泥掺量, 注意灌浆前后的序次, 防止漏浆、跑浆等现象; 灌浆孔是否到位, 达到设计防渗下限; 清基是否彻底, 对于局部因破碎夹泥等无法固结部位, 采用混凝土置换处理。

5 结语
在对月亮湾水库工程地质勘察中, 笔者理论结合实际,准确、及
时地发现工程中存在不利地质因素和潜在的危险, 对坝基断层及软弱夹层的处理提出合理化建议和措施, 保证了水库建成后今后的安全运行。

参考资料
[1]工程地质手册第四版[m ]. 北京: 中国建筑工业出版
社.2007
[2]水利水电工程地质勘察规范[m ](gb50487 - 2008). 北京: 中国计划出版社, 2009
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。