兴贡水库坝基岩体风化分带特征及建基面确定

兴贡水库坝基岩体风化分带特征及建基面确定

李　竣

（昆明市水利水电勘测设计院）

摘要：坝基工程地质条件是决定坝型的重要条件，岩体风化分带是研究岩体工程地质特征的主要内容之一。通过对坝基岩体相对可靠的风化分带，可以更为准确地确定或选择建基面。

关键词：兴贡水库　坝基　岩体　风化分带特征　建基面

一、前　言

坝基稳定性分析与评价是以工程地质条件为基础，综合考虑各种有关参数选择。对刚性坝地基，需要查明构造破碎带、软弱夹层、泥化夹层、节理、裂隙特征等，除构造因素外，岩体风化是影响建基面设置深度的重要因素。

兴贡水库位于富民县北东方向，水库区控制径流面积62.3km²，拟建坝型为砌石拱坝，拟建坝高45.5m，坝顶弧长约154m，总库容322×10⁴ m³，正常蓄水位为1 763.50m。为年调节的小（一）型蓄水工程。

二、地质概况

拟建水库坝址位于河谷较窄处。总体延伸方向北东，河谷宽15～35m不等，为“V”形谷，右岸较左岸略陡，坡度30°～45°。坝址河谷段纵坡比降2.1%。属构造侵蚀剥蚀地貌。

工程区位于南岭东西构造、川滇南北构造与云南山字形构造交接带，为区域性活动断裂罗次—易门断裂与昆明西山断裂（普渡河断裂）所夹持的断块上，受区域构造的影响与制约，坝址上、下游均有次级断层横切河谷，使坝址区沿河流约600m段出露二迭系上统峨嵋山组（P2e）地层，岩性为致密状隐晶玄武岩、杏仁状玄武岩夹凝灰质玄武岩。而上、下游出露地层为侏罗系下统下禄丰群至中统上禄丰群（J1—J2）地层，岩性为泥岩、钙质泥岩、粉砂岩夹砂岩。坝址即建于峨嵋山组（P2e）玄武岩之上。

三、岩体风化分带特征

风化作用是受多种影响的复杂地质现象，主要包括物理风化、化学风化、生物风化。通常风化营力沿岩体空隙和矿物体侵入，岩体结构面是岩体抗风化能力最薄弱的位置，风化作用首先沿这些薄弱环节由表自里、由浅入深延伸，同时，从岩块边缘向中心风化。岩体的风化是由地表向深部逐渐减弱，直至新鲜岩体，其间并无明显界限，主要受岩性、构造、地下水等因数控制。根据岩体风化特征，自上而下划分为全风化、强风化、弱风化（中等风化）、微风化、新鲜等五个带。水利水电工程根据《规范》（GB50487－2008）附录H进行风化分带。

表1　岩体风化带划分

风化分带主要考虑工程地质特征以及各风化带具有明显的差异，通过对岩石的野外观察、对岩体的测试等方法加以区分。微风化岩体是母岩与风化营力相互作用的开始，是水工建筑物理想的建筑物地基。弱风化岩体是分化营力的重要过渡带，主要沿结构面风化，一般矿物成分未发生改变，经适当的工程处理，可作为水工建筑物理想的建筑物地基。强风化岩体是风化营力直接作用的岩体，大量抗风化能力弱的矿物已风化蚀变，而全风化岩体是母岩与风化营力作用的产物，具土体的工程地质特征，强风化岩体与全风化岩体一般只能作为土石坝等水工建筑物地基。中、小型水利水电工程，特别是小型工程常常将坚硬、较坚硬岩石构成的弱风化岩体作为建刚性坝的较好地基，因小型工程多为中、低坝，通过对弱风化岩体地基的工程改造，通常可满足工程的要求。

四、岩体风化带划分

（一）岩石的野外观察

兴贡水库坝基勘察显示，两岸及河谷全风化层已被剥蚀，两岸地表除局部分布有残坡积层外，均出露强风化玄武岩岩体，河谷冲洪积层之下为强风化玄武岩。

强风化岩体下限深度据钻孔揭露：左岸9.8～13.0m；右岸4.0～21.7m；河谷0.6～1.6m。岩体上部呈褐黄、灰黄色，下部灰、浅灰色，强度低，岩体完整性差，RQD值几乎为零，岩芯呈碎块、碎粒及岩粉，为散体碎裂结构。

进入弱风化岩体后，颜色呈灰、深灰、灰黑色，强度明显较强风化玄武岩高，岩体完整性较差—较好，RQD值多在10%～93%，岩芯呈短柱状或碎块状。在弱风化岩体中很难观测到弱风化上带与下带的明显区分。

（二）裂隙发育特征

从平硐观测，强风化岩体与弱风化岩体颜色区别相对明显，与钻孔揭露相一致，同时，强风化岩体裂隙发育，多呈张开—半闭合状，裂隙普遍夹泥，岩体完整性差。进入弱风化岩体后裂隙较发育或少量发育，多呈闭合状—半闭合状。平硐强风化带下限与钻孔强风化带下限对比，埋深基本一致。从平硐勘察情况，弱风化岩体上带与下带可相对区分，在弱风化带内，岩石颜色无明显区别，但裂隙发育程度不同，弱风化上带约5～15m。在弱风化上带，裂隙较发育，裂隙面常见钙质薄膜，或具强风化色泽，而弱风化下带，裂隙少量发育，呈闭合状，延伸较短。

图1　坝轴线工程地质剖面图

（三）波速测试

据钻孔波速测井资料：左岸8.6m以上岩体VP为1 299～2 133m/s，划为强风化带；8.6～28mVP为2 241～2 945m/s，局部达3 081～3 313m/s，划为弱风化上带；28m以下VP大于3 313m/s，局部为2 409～2 850m/s，可划为弱风化下带。河谷砂（卵）砾石及岩体埋深小于9.6m，其纵波速VP为921～1 621m/s，划为强风化带；9.6～16m岩体波速VP为2 432～2 800m/s，划为弱风化上带；16～52mVP为3 000～3 991m/s，局部大于4 000m/s，可划为弱风化下带。右岸9.0m以上岩体VP为1 115～1 979m/s，划为强风化带；9.0～18mVP为2 458～2 868m/s，划为弱风化上带；18～40mVP为2 868～3 769m/s，可划为弱风化下带，而40m以下VP3 957～4 677m/s，已接近或达到微风化。

图2　代表性钻孔波速测井直方图

五、清基开挖深度确定

根据上述坝基岩体风化分带结果，对弱风化带岩体取岩样试验，其湿抗压强度为25.2～81.1MPa，平均48.0MPa，离散性较大的主要原因一是由于邻近构造造成岩体微裂隙发育，二是由于岩性不均一造成强度差异，同时，造成波速测试结果也偏低。而弱风化岩体顶部岩石湿抗压强度可达到中硬岩标准。因此，选择弱风化上带作为建基面具备条件，即清除第四系覆盖层以及强风化带岩体，清基深度为左岸：11.0～14.0m；河床：10.5m；右岸：9.8～22.0m。考虑到弱风化岩体顶部裂隙较发育，岩体相对破碎，清基深度一般进入弱风化岩体1～2m，为加强坝基弱风化岩体的完整性，可对坝基采取固结灌浆处理，使岩体强度进一步提高，确保坝基稳定。

六、结　语

由于地形地貌、岩性、断裂、水文地质等差异，造成不同地区同类岩性风化特征不同，在岩体风化分带中，通过钻孔、平硐野外观察分析，并利用声波等测试手段进行相互验证，以达到相对准确的反映岩体风化带特征。通过兴贡水库坝基勘察实践，并在清基开挖后得以验证，特别是河谷左岸，当清基深度进入弱风化底界0.5m后，岩体明显表现为弱风化特征，说明其风化分带是可靠的。

中小型水利水电工程的中、低坝，选择弱风化带作为刚性坝建基面是可行的，对建基面岩体地质缺陷进行工程处理后，可提高岩体强度，达到利用弱风化岩体上部作为建基面而减小开挖量，以降低工程造价的目的。