黑河金盆水利枢纽大坝地基稳定性浅析

黄 兵

（汉中市灌溉试验站 陕西 汉中 723002）

1 黑河金盆水利枢纽地质概况

黑河金盆水利枢纽工程位于陕西省西安市周至县马召镇黑河干流秦岭峪口处，北距周至县城约12km，是西安市黑河引水工程的重要水源工程，是一项以西安城市供水为主，兼顾灌溉，结合发电、防洪等综合利用的大型水源工程。该工程设计大坝为混凝土重力坝，大坝地震基本烈度7度，坝顶高程607.33m，最高坝高140.33m，建基面高程476m，坝轴线全长404m，设计正常蓄水位594m，总库容18872万 m3。

大坝坝址区位于西骆岭—田峪北斜南翼，倾向上游，倾角30°～40°。据统计，区内有81条断层，大多属层间错动挤压形成的逆断层，断层破碎带宽度一般0.2m～5m，大者可达到10m～20m，主要为泥质角砾及碎岩组成。节理裂隙主要有NE、NW、近SN走向和一组缓倾角裂隙共四组。坝基下有砂卵石层、断层破碎带及互状溶洞区，均为渗漏通道。防渗体与基岩结合部的断层有 F4、F53、F61、F5、F15、F62等，走向基本与坝轴线平行，其中规模较大者为F4断层，走向90°～102°，倾向SW，倾角31°～58°，为顺层挤压断层，破碎带宽5m，其出露平面位置恰好与面板坝底座轴线河床部位相重合。

坝址基岩主要由片岩类组成。坝肩基岩以云母石英片岩为主，厚度达100m～122m，占基岩62.5%～73.9%，其余为绿泥石片岩、钙质石英岩、岩脉及构造岩等。其中坝基下十余米的云母石英片岩云母含量高，片理极为发育，较为软弱。

2 工程地质情况评价

工程地质条件是影响重力坝地基稳定性的重要因素，由于受地质构造变化及水文气候等的影响，天然地基往往存在不同形式和程度的缺陷，需要进行人工加固处理。为保证采取的加固处理措施科学规范，必须对坝体建设区域的环境地质情况进行深入调查，包括坝基主要持力层的承载力、岩土的组成与分布、地理水平面高差、断层和破碎带分布等。经调查分析，其坝址建设区域的工程地质情况主要存在以下问题可能影响大坝的安全稳定性：

（1）大坝坝址不平，表现为向上游倾斜，倾角达30°～40°，上下游高差较大，坝基开挖时须引起重视和注意。

（2）大坝坝址区内有80余条层间错动挤压形成的逆断层，断层破碎带最大宽度达10m～20m，易发生地基沉陷、断裂等问题。加之逆断层主要为泥质角砾及碎岩组成，承载强度和稳定性较差，安全问题突出，施工难度较大。

（3）大坝坝址区存在节理裂隙，并有缓倾角裂隙，可能构成不利组合的楔形块体，从而对大坝深层抗滑稳定产生不利影响。

（4）大坝坝基下埋有卵石层、断层破碎带及互状溶洞区，均为渗漏通道，必须进行防渗排水处理，防止水流引发冲刷塌陷等事故。

（5）坝基组成性质较差。坝址基岩主要由片岩类组成，坝肩基岩以云母、石英片岩为主，厚度达100m～122m，占基岩62.5%～73.9%，其余为绿泥石片岩、钙质石英岩、岩脉及构造岩等。坝基下十余米的云母石英片岩，云母含量高，透水性较小且呈层状分布，片理极为发育，较为软弱，岩土承载能力差。

3 工程处理措施

地基的质量是大坝安全可靠的根本保证，由于地质缺陷与问题的存在，必须根据不同地质条件、工程具体情况采取科学合理的措施和技术手段，改善和提高坝基的稳定性，使其具有足够的强度、整体性、抗渗性及稳定性，保障工程施工过程中和使用中的安全。针对本工程实际，建议在施工过程中采取以下处理措施意见：

3.1 坝基开挖与清理

该工程大坝坝高140.33m，属混凝土重力坝中的高坝，坝基的承重压力大，稳定性要求比较高。按照《混凝土重力坝设计规范》的要求，大坝基础应挖至新鲜或微风化的岩体，才能保证坝基的承载压力和稳定性要求。由于工程地质存在渗水通道、断裂层夹层等情况，开挖的同时必须做好排水工作，并要合理安排施工的程序，科学组织出渣运输，正确地选择开挖方法和技术，以防止渗水引发其他事故发生。

由于该工程的大坝坝址不平，向上游倾斜，上下游高差较大。因此，坝基开挖的形状宜开挖成大台阶状，略向上游倾斜，以保证坝基的稳定。对坝基下的卵石层、浅层溶洞断层破碎带及互状溶洞区，必须尽量予以挖除，不留破损和软弱岩土，以保证开挖面的坚硬、完整，并达到设计要求。根据本工程实际，建议挖除砂卵石覆盖层及强风化岩石的深度要在10m～20m，不留渗流通道。由于地基下有片岩，挖至片岩时，应留0.2m～0.3m的保护层，待浇筑混凝土前再挖除，防止施工中片岩坍塌。

由于节理和软弱夹层的存在，开挖爆破须采取相应保护措施，避免造成新的裂隙或扩大裂隙。保护层分层开挖挖至第二层时，炮孔设在不穿入建基面以上0.7m的范围。当开挖至距离利用基岩面0.5m～1.0m时，应采取手风钻钻孔，小药量爆破，以防止对建基面的损坏。

3.2 固结灌浆和帷幕灌浆

本工程的坝基地质条件较差而坝体较高，应采取坝基全面固结灌浆的方法，在坝基以外上、下游一定范围内都进行固结灌浆；对断层破碎带及其两侧影响带，适当加强固结灌浆；基础下埋藏的溶洞等，除必要的部位进行回填处理外，也应对其顶部及周围岩石回填固结灌浆，这样才能尽量降低地质缺陷的影响，全面提高坝基的整体性和弹性模量，全面提高基岩的抗压、抗剪强度，降低坝基的透水性。

由于地质条件较差，固结灌浆设计须注意：钻孔灌浆次序宜采用三序孔施工；对大裂隙、大断层部位的灌浆采用纯压式灌浆方法。钻灌方法宜采取自上而下分段钻灌法。对缓倾角层面发育的基岩，灌浆压力应进行现场试验确定。为保证灌浆质量，须在灌浆结束后采取多种方式对灌浆的质量进行认真检查。由于坝基地质条件特殊，存在断层、破碎带等，采用普通的水泥浆液灌浆难以达到工程要求，可采用化学灌浆，即灌注以环氧树脂、聚氨酯、甲凝类等高分子材料为基础制成的浆液，辅助加强灌浆效果，提高灌浆质量。

为进一步提高坝基的整体性和稳定性，可对坝基进行帷幕灌浆。帷幕灌浆可布置在坝基的迎水面，设置在坝体灌浆廊道下的基础内，形成一道连续而倾斜的幕墙。

3.3 断层破碎带和软弱夹层处理

本工程坝基断层破碎带数量多、宽度大，主要为泥质角砾及碎岩组成，破坏性强，需要认真处理和对待。由于断层破碎带断层泥较多，须对其采取混凝土塞进行加固处理，混凝土塞的高度可取断层破碎带宽度的1.0倍～1.5倍。如F4断层，其带宽5m，混凝土塞的高度可取5m～7.5m。而且须将断层面上的氧化物及风化松散的岩石彻底清除，用高压水冲刷断层带中的岩屑及泥沙，彻底清洁后用凿毛钢筋混凝土堵塞加固。

对宽度较大的断层，如F4，必须进行更加全面深入的加固处理。可采取混凝土拱加固处理的方法，考虑到其地质组成性质较差，可采取浇筑钢筋混凝土垫层的措施进一步进行加固强化。防渗体与基岩结合部的断层处，均应按规范开挖回填混凝土塞，以延长渗径。在断层带中，还应设观测孔，检验灌浆质量和观测地下水动态。

坝基软弱夹层主要是坝基下面十余米的云母石英片岩软弱夹层，其云母含量高，片理极为发育，较为软弱。采用将夹层挖除，回填混凝土的明挖换基方法难以达到处理效果，须通过设置深齿、大型钢筋混凝土抗滑桩或预应力锚固等措施进行加固，增加软弱结构面抗剪能力，防止破坏和滑动，提高坝基的稳定性。

4 结语

随着近年来重力坝建设的不断增多，加之水利工程建设不断向中西部地质复杂地区推进，重力坝地基稳定性分析研究显得更加重要和必须。对重力坝地基，特别是其地基稳定性进行分析研究，找出坝基地质的缺陷与问题，从而采取科学的坝基开挖、固结灌浆、软弱岩层处理、防渗处理等工艺方法对地基的物理力学性能予以改善和加强，才能够有效防止大坝事故发生，保证大坝及人民生命财产安全。陕西水利