二期围堰工程地质勘察研究与建议

1、二期围堰工程地质勘察研究与建议摘要：三峡工程二期围堰是三峡工程二期建立时期最关键的平安屏障，施工技术难度大，施工期短。为保证在一个枯水期完成一个土石方填筑总量达1032万3，混凝土防渗墙面积近9万2的工程，自1972年起至1997年间，长江委三峡勘测研究院对二期围堰枯水河床基岩深槽问题、堰基细砂层振动液化与浸透稳定问题、堰基岩土浸透问题、堰基块球体分布及对防渗墙造孔的影响等问题进展了详细勘察与研究，并据此提出了二期围堰设计思路上的关键点和施工难点作为设计根据，保证了二期围堰工程的成功建成。关键词：二期围堰工程地质勘察研究二期围堰是长江三峡工程重要的临时建筑物之一，由上游和下游两道围堰组成，分别

2、位于三峡大坝轴线上游200450及坝轴线下游400700。两道围堰呈折线横跨长江布置，与已建成的混凝土纵向围堰在长江河道内围成二期基坑，在二期施工期间担负着保护基境内平安施工及下游城乡居民生命财产的平安。围堰运行期间上游库内蓄洪容积达20亿3，万一失事，将造成工程及下游生命财产的重大损失，而且会严重推延三峡工程的工期。它是三峡工程二期建立时期最关键的平安屏障。二期围堰的施工技术难度大、施工期短。要想在一个枯水期完成土石方填筑总量达1032万3，混凝土防渗墙面积近9万2的二期上、下游围堰工程，首先必须对堰基工程地质条件作详细勘察与研究。自1972年起，长江委三峡勘测研究院就开场对二期围堰根底工程

3、地质条件进展勘察研究工作。到1992年提交初设报告。查明该处工程地质条件复杂，主要存在以下四个方面的工程地质问题：(1)二期围堰最大挡水水头85，水下填筑深度60，堰基下存在着较厚的细砂层，其承载力小，稳定性差，易产生管涌破坏，不利于二期围堰堰体的稳定。(2)河床深槽部位水深，基岩面形态复杂，特别是上游围堰河床深槽的左侧存在着6075的基岩陡坡，给防渗墙的嵌岩施工带来了较大的困难。(3)基岩内存在着透水较强的岩体，在高水头条件下可能引起集中渗漏，影响细砂层稳定，对堰体产生破坏作用。(4)二期围堰施工期短，防渗线路长达2516，堰体最大高度82.5，堰基下有强度在130Pa以上的块球体分布，防渗

4、墙必须通过此层，施工难度大。1992年以后至围堰施工前，着重针对上述工程地质问题又进展了详细的勘察研究，并提出了处理建议。1主要工程地质问题勘察研究l.1细砂层的工程地质特征勘察研究二期围堰堰基的细砂主要为葛洲坝水库新淤积细砂，局部为蓄水前沉积，二者特征与物理力学性质根本一样，呈灰或灰白色，松散均匀，具斜层理。由于细砂层在堰基下分布较广，工程地质性状较差，因此必须对细砂的分布、冲淤变化以及承载力、浸透稳定、动力稳定作细致的研究。1.1.1分布范围及冲淤变化的研究围堰范围内勘探网点间距为4060，通过勘探钻孔资料确定了砂卵石层顶面、基岩面等相对稳定的界面作为细砂的底界面。采用不同年份的实测水下地

5、形线进展比拟，可以判断河床的冲淤变化。再辅以钻孔和物探资料判断沉积物是细砂还是砂卵石层，编制细砂等厚线图。围堰施工前，细砂层在上游围堰枯水河床厚度一般为510，最厚16，两岸漫滩一般厚05，靠近中堡岛附近最厚为12；下游围堰枯水河床细砂层厚817，左岸漫滩315，右岸漫滩015，其冲淤变化与当年的来水量有明显的关系，来水量大时普遍以淤积为主，来水量小时，枯水河床及靠近枯水河床的两侧局部漫滩为冲刷区。图l为上游围堰施工前的细砂层等厚线图。1.1.2工程地质特征研究细砂由于构造松散，为研究细砂层的工程地质特性，勘察中特别着重要采取原状样土。为此在钻孔中采用取砂器、薄皮取样器；地表采用原位压样、方箱

6、取样等方法采取原状样。经取样分析，二期围堰堰基内细砂平均粒径为0.1770.233，级配均匀，不均匀系数为1.33.2，0.05以下的粉粒含量在213之间，属均匀的细砂。其比重在2.652.76之间，最大孔隙比为1.1161.128，最小孔隙比为0.6520.642。干容重为13.613.7kN/3，湿容重为17.118.2kN/3，含水量(24.033.5)，相对密度Dr0.290.32，属稍密中密状细砂。表1堰基细砂物理力学指标及浸透特征统计表实验工程力学指标标准贯入击数击N63.5浸透性质破坏形式液化应力比动剪力/有效法向应力压缩模量Es/Pa抗剪强度允许承载力R/Pa浸透系数K浸透破坏

7、比降J凝聚/Pa内摩擦角/度垂直程度范围值4.3325.12700.01472731.50.06170.09211154.0210-21.1910-34.6510-28.2510-20.841.150.660.83流土0.40.5平均值4.6260.0073529.25实验组数62244164124图l二期上游围堰细砂层等厚线图对细砂的力学试验，在野外现场进展了标准贯入、旁压等试验，并在河床深水处利用大功率潜水泵进展了抽水试验。取样在室内进展了抗剪、三轴仪等固结压缩试验，浸透破坏比降和液化应力比试验。通过上述工作获得了大量的试验资料，其物理力学指标及浸透特征见表1。不同年分与季节的钻孔资料和水

8、下地形测量说明，大江淤砂的厚度变化频繁，说明是不稳定的沉积物，其中一局部可能经常发生新旧更替，因此其密度更低，容易产生浸透破坏。在围堰施工时，细砂上部将被风化砂、砂卵石或石渣覆盖，试验说明.其间如无适当反滤层，淤砂可能发生流土型浸透破坏。二期围堰挡水水头高，基岩中可能存在集中渗漏通道，与细砂相结合，可能发生浸透破坏危及围堰平安。为了防止这种情况发生，必须保证防渗墙与帐幕本身的可靠性，控制堰内抽水速度，及时做好细砂层的反滤构造与反压设施。1.2河床深槽基岩面形态特征研究河床深槽基岩面形态主要是根据钻孔资料作为实物资料，物探资料再根据钻孔资料进展解译，以准确地获得更多点位基岩面高程，再根据各点高程

9、制作基岩面等高线图。可行性阶段已初步查明了河床深槽基岩面形态特征，围堰轴线选定后，在防渗轴线上将钻孔孔距加密到1230，更加准确确实定了河床深槽的位置及上游围堰左侧陡壁的几何形态。上游围堰河床基岩深槽位于原枯水河床，顺水流长270，宽180，岩面形态呈不对称“V字型，防渗轴线处基岩面高程由两侧漫滩的40高程向河床中心降至0左右，截流战体处基岩面最低为-6.7。上游围堰河床深槽左侧基岩面有6075的基岩陡坡，其中围堰防渗轴线处基岩陡坡面与轴线夹角40，坡面倾向右及下游(如图2)；河床深槽右侧呈2030缓坡。下游围堰河床深槽基岩面根本对称，基岩面呈缓坡，左侧为30，右侧为20，最低基岩面高程3.6

10、1。基岩深槽控制了防渗墙与堰体的最大高度，是围堰施工的难点；又是深沉细砂分布区，墙下帐幕施工质量非常关键，也是围堰的险段。上游围堰河床深槽左侧有高达30约70的陡壁，走向与防渗墙斜交，倾向下游，不仅防渗墙施工嵌岩困难，而且在防渗墙挡水向下游位移时，可能形成墙体与岩壁间的张拉缝。除采取特殊工艺嵌岩外，应用多层钻孔喷浆加强防渗墙与陡壁的连接面，减少墙体变形量，增大防渗体宽度。1.3根底渗漏与防渗砂卵石和块球体夹砂层浸透系数一般为12120/d，最大达182.17/d，为较强一极强透水层；细砂层浸透系数1.1710-34.6510-2/s为弱强透水层；全风化带为14/d，最大26.68/d；强风化为

11、16/d，最大为11.66/d，全、强风化带为较严重一极严重透水岩体。以上各带均需以防渗墙作为防渗措施。由于河床垂向与侧向卸荷作用及风化影响，弱风化带中局部断层、裂隙有不同程度张开，有集中渗漏可能。压水试验说明，弱风化带中等一严重透水试段占68，下带中占38；但弱风化带以坚硬岩石为主，防渗墙造孔困难，建议嵌岩深1。防渗墙施工后，堰基渗漏主要为墙下弱风化及微新岩石的裂隙性渗漏。其中在墙下基岩35范围内存在渗漏较大的风化层、卸荷后裂隙张开，一局部裂隙张开宽度较大为35，水蚀作用明显，裂隙连通性较好，透水量大，易形成集中渗漏。因此墙体下一定深度内应以灌浆帐幕封堵集中渗漏通道，增加渗径，降低水头梯度。

12、图2二期上游围堰河床深槽立体透视图l.4块球体块球体指残留在河漫滩或保存在冲积层或全强风化带岩体内风化程度较轻的坚硬岩块。经漫滩地质测绘与钻孔勘察，堰基下的块球体的分布有三个层次：(1)夹于原枯水河槽砂砾石层中下部的零星漂石，铅直向尺寸0.3以上；(2)广泛分布于两侧漫滩、零星分布于枯水河槽基岩面的残积块球体夹砂层，块球体一般l3，最大57，叠置厚度一般26，最厚810。(3)强风化带中下部的半坚硬一坚硬块体，自上而下含量增加，块体增大。由于块球体坚硬，尺寸大，是制约防渗墙施工的关键因素，是二期围堰施工的主要难点之一。因此围堰防渗线路选择时，根据原地表测绘资料已尽可能地避开了残积块球体分布区。

13、最终选定防渗线上残积块球体分布总长173，占轴线长的15。强风化带中的块球体分布总长度达663，占轴线长度的58，因此防渗墙在此层中造孔施工难度很大。转贴于论文联盟.ll.2处理建议通过对上述主要工程地质问题的勘察研究，长委会三峡勘测研究院在1996年6月的技术报告中提出了二期围堰设计思路上的关键点和施工难点作为设计根据：(1)由于细砂层分布广，河床深槽段较厚，物理力学性质指标低，不能满足堰基承载力要求，且二期围堰水深大、防渗墙高，建议去除或加固细砂层。(2)二期围堰根底岩体大多为强透水岩体，基岩中可能存在有集中渗漏通道，二期围堰水头又高，为确保施工期平安，必须建立可靠的防渗体，防渗墙应嵌入弱风化带1，墙下应普遍设置灌浆帐幕以堵塞集中渗漏通道。(3)河床基岩深槽，防渗墙造孔深度达7