高 健，孫朝碧

（中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院，云南 昆明 650051）

1 樞紐區(qū)的工程地質(zhì)條件

金安橋電站樞紐區(qū)金沙江總體呈向東凸起的弧形，主體建筑物布置地段河流近南北向，枯期河水面高程為1 294 m，水面寬60～100 m，水深約10 m。河谷呈 “V”形，為縱向單斜谷，兩岸地形基本對稱，山體雄厚，地形陡峻。因受流層產(chǎn)狀和順河向陡傾角結(jié)構(gòu)面影響，兩岸岸坡多為階梯狀地形。右岸為逆向坡，在高程1 320～1 350 m之間為長約1 500 m，寬100～170 m的平緩臺地。兩岸淺溝發(fā)育，左岸有5條，右岸有7條。

樞紐區(qū)分布的地層主要為二疊系上統(tǒng)玄武巖組上段，巖性有玄武巖、杏仁狀玄武巖夾火山角礫熔巖及凝灰?guī)r，樞紐區(qū)分布有數(shù)層連續(xù)性較好的凝灰?guī)r，其中對建筑物影響較大的有t1b、t1c、t2、t34層。受構(gòu)造影響，玄武巖較破碎，河床部位分布有較厚的裂面綠泥石化玄武巖巖體，杏仁狀玄武巖及火山角礫熔巖巖體相對較完整。凝灰?guī)r屬相對軟弱巖層，常發(fā)生順層擠壓并出現(xiàn)泥化現(xiàn)象，個別凝灰?guī)r有崩解現(xiàn)象。兩岸零星分布的坡積層厚度一般小于3 m。

樞紐區(qū)巖層呈單斜構(gòu)造。玄武巖流層呈舒緩波狀，其總體產(chǎn)狀近南北，傾向西，傾角12°～30°。樞紐區(qū)以堅硬的玄武巖為主，構(gòu)造形跡主要表現(xiàn)為斷裂構(gòu)造，斷層等破裂結(jié)構(gòu)面較發(fā)育。壩段內(nèi)無區(qū)域性Ⅰ級結(jié)構(gòu)面，分布的Ⅱ級結(jié)構(gòu)面斷層有3條，但均遠離主要建筑物。已發(fā)現(xiàn)的Ⅲ級結(jié)構(gòu)面斷層有47條，按產(chǎn)狀主要有以下兩組：①N50°～80°W，NE（少量 SW） ∠70°～90°； ②N10°～30°W， NE 或 SW∠60°～90°。它們多分布于樞紐區(qū)下游邊緣，對建筑物影響較大的有F63和F77，F(xiàn)63縱貫右岸壩基及溢洪道邊坡， 產(chǎn)狀 N10°E， SE∠87°或 N3°～5°E， NW∠80°～85°破碎帶寬0.5 m，主要由角礫巖、糜棱巖、片狀巖、構(gòu)造透鏡體及斷層泥組成，膠結(jié)差。F77橫穿溢洪道邊坡及泄槽， 產(chǎn)狀 N75°～85°W， NE∠75°～85°，破碎帶寬0.5～1.2 m，主要由碎裂巖、角礫巖、糜棱巖、斷層泥、片狀巖、透鏡體組成，膠結(jié)差。Ⅳ級結(jié)構(gòu)面包括小斷層 （f）、擠壓面 （g）及綠簾石、石英脈錯動面 （EP）。其中，f、g以近EW和近SN兩組陡傾角為主，EP為緩傾角硬性結(jié)構(gòu)面，已發(fā)現(xiàn)的延伸較長的EP有31條，主要分布在兩岸江邊，特別是左岸Ⅰ勘線至Ⅲ勘線之間。根據(jù)其產(chǎn)狀可分如下兩組： ①N20°～40°E， NW∠20°～35°； ②近EW，S∠20°～35°；屬Ⅴ級結(jié)構(gòu)面的節(jié)理裂隙發(fā)育，以陡傾角為主，按走向可分為近EW、近SN和NW向3組。

樞紐區(qū)物理地質(zhì)作用較強烈，主要物理地質(zhì)現(xiàn)象有崩塌、巖體風化和卸荷。崩塌作用以滑移型崩塌為主，底面受凝灰?guī)r層面控制。樞紐區(qū)左岸為順向坡， 1 360～1 600 m高程間從上游到下游分布有B1、B2、B20三個規(guī)模較大的崩塌堆積體，體積分別達 246×104、 84×104m3和 226×104m3。 一般厚度達20～40 m，最厚達60余m。其中，B2崩塌體表層為崩塌堆積，下部為一卸荷松動巖體。

樞紐區(qū)巖體風化不強烈，以物理風化為主，岸坡一般無全風化層，河床部位無強風化層且一般無弱風化上帶。兩岸強風化帶厚度一般小于15 m，局部可達20～25 m；弱風化帶厚度一般30～50 m。其中，上帶一般厚10～25 m，下帶一般厚20～40 m，但河床部位一般小于20 m。壩址左岸為順層坡，流層緩傾坡外，卸荷裂隙水平發(fā)育深度約30～48 m，最深達90余m。右岸卸荷裂隙的發(fā)育深度較左岸稍小，一般為24～30 m，最深為58 m。在右岸灘地部位發(fā)育有水平卸荷回彈裂隙，裂隙多沿流層理發(fā)育，張開0.5～3.0 cm，充填次生黃泥及巖屑，延伸長度一般為3～5 m，長者大于10 m，垂直發(fā)育深度15～30 m。

壩址區(qū)地下水以基巖裂隙潛水為主，巖體的透水性不均一，總的趨勢是自地表至深部逐漸減弱。相對隔水層 （q＜1 Lu）頂板埋深：河床部位30～50 m，兩岸一般為40～110 m。經(jīng)對地表水及地下水的水質(zhì)簡分析，樞紐區(qū)地下水和河水、溝水的化學類型主要為重碳酸鈣型水或重碳酸鈣鉀 （鈉）型水，屬弱堿性淡水，對混凝土無腐蝕性。

根據(jù)巖石的物理力學試驗，玄武巖、杏仁狀玄武巖、火山角礫熔巖等火山巖，平均濕抗壓強度在87.28 MPa以上；由于巖石中玄武質(zhì)含量不同，凝灰?guī)r表現(xiàn)出抗壓強度差別較大，除個別較純的凝灰?guī)r濕抗壓強度較低僅23 MPa，一般具有較高強度，平均濕抗壓強度達93.86 MPa。

除了裂面綠泥石化巖體及斷層破碎帶變形模量值偏低外，樞紐區(qū)巖體普遍具有很高的變形模量。弱風化下帶鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)巖體的平均變形模量為31.39 GPa；微風化及新鮮塊狀結(jié)構(gòu)巖體變形模量平均值高達40.79 GPa；次塊狀巖體變形模量平均值達36.93 GPa；裂面綠泥石化巖體變形模量偏低，塊裂 （鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)）裂面綠泥石化巖體變形模量平均值為11.75 GPa；碎裂 （碎裂結(jié)構(gòu)）裂面綠泥石化巖體變形模量平均值為4.29 GPa。

巖體抗剪的峰值強度隨巖體的完整性提高而增大，具有良好的對應關系，而殘余強度數(shù)值基本一致，與巖體結(jié)構(gòu)關系不大。此外，巖體的結(jié)構(gòu)類型對巖體與混凝土接觸面的抗剪參數(shù)的影響也不大。

2 壩基工程地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

壩基分布巖層有玄武巖、杏仁狀玄武巖夾火山角礫熔巖及t1c、t2凝灰?guī)r。兩層凝灰?guī)r均存在順層擠壓并有連續(xù)分布的泥化夾層，F(xiàn)63斷層縱貫右岸壩基上下游，并切穿t1c凝灰?guī)r，形成不利塊體，對局部壩段深層抗滑及變形穩(wěn)定不利；新鮮玄武巖、杏仁狀玄武巖夾火山角礫熔巖，巖石堅硬較完整，但河床壩基部位玄武巖受裂面綠泥石化影響，塊裂與碎裂裂面綠泥石化巖體交錯分布，巖體破碎，強度相對較低，對壩基變形及抗滑穩(wěn)定不利。根據(jù)壩基巖性、巖體結(jié)構(gòu)、風化等因素制定了一套壩基巖體質(zhì)量分類標準，將壩基巖體由好到差分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5個大類以及Ⅲa、Ⅲb、Ⅳa、Ⅳb4個亞類。其中，兩岸壩基巖體以Ⅲ類為主，占80%以上，具有一定的抗剪強度和變形模量，工程地質(zhì)條件一般；河床壩基分布的裂面綠泥石化巖體分屬Ⅲb類和Ⅳa類，分別占56%和44%，其中Ⅳa類巖體變形模量偏低，且開挖易受擾動，全部挖除又極為困難，必須采取妥善有效的工程處理措施并嚴格控制施工質(zhì)量以達到設計要求。

2.2 壩基抗滑、變形穩(wěn)定分析

壩基巖石以玄武巖為主，夾火山角礫熔巖及凝灰?guī)r。玄武巖及火山角礫熔巖巖石堅硬，強度高，濕抗壓強度在80 MPa以上。凝灰?guī)r在新鮮完整狀態(tài)下具有較高的強度，屬硬巖或中硬巖，t1c、t2凝灰?guī)r順層擠壓明顯，具泥化、軟化現(xiàn)象，為軟弱夾層，巖層走向與河流近平行，緩傾右岸偏下游，傾角12°～30°，對壩基抗滑、變形穩(wěn)定不利。t1b位于河床壩段壩基以下20～30 m，總體完整性較好，強度高，對壩基抗滑及變形穩(wěn)定影響不大。分布于左岸壩肩部位的t1c，順層擠壓強烈，泥化夾層厚度大，抗剪強度、變形模量均很低，且埋深淺，有順河向陡傾角結(jié)構(gòu)面?zhèn)认蚯懈?，下游t1c又被沖溝切割臨空，已構(gòu)成十分不利的組合，在工程荷載下對左岸壩肩抗滑及變形穩(wěn)定很不利，進行工程加固處理難度很大，建議對其進行挖除處理。分布于右岸壩基部位的t1c、t2凝灰?guī)r受順河向陡傾角結(jié)構(gòu)面切割，對局部壩段抗滑及變形穩(wěn)定不利，建議對壩基出露地段采取槽挖并置換混凝土，在壩基內(nèi)部設置抗剪洞等工程措施，以提高其抗滑穩(wěn)定性，并滿足工程要求。除凝灰?guī)r夾層及不太發(fā)育的玄武巖流層外，壩基范圍內(nèi)分布的少量斷層及Ⅳ、Ⅴ結(jié)構(gòu)面以陡傾角為主，對壩基抗滑穩(wěn)定一般不起控制作用。對延伸較長且緩傾上、下游的綠簾石、石英錯動面應分析其對局部壩基抗滑穩(wěn)定的影響及處理措施。分布于河床壩基下的裂面綠泥石化巖體，特別是Ⅳa類巖體，抗剪強度及變形模量較低，對壩基抗滑及變形穩(wěn)定不利，應進行專門研究，采用調(diào)整上部結(jié)構(gòu)，并進行有效的工程處理以提高其整體抗滑穩(wěn)定性及抗變形能力。

2.3 壩基滲透穩(wěn)定分析

壩基巖體以玄武巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，但延伸長度有限且多閉合，巖體透水性較弱，不存在發(fā)生化學管涌及機械管涌的問題。分布于右岸的t1c、t2凝灰?guī)r及斷層F63貫穿整個壩基，需注意斷層破碎帶及凝灰?guī)r順層擠壓泥化帶的滲透穩(wěn)定問題。根據(jù)左岸t1c凝灰?guī)r泥化夾層試驗資料，滲透系數(shù)在2×10-5～3×10-5cm/s之間，臨界水力坡降達1.3。分析顯示，貫穿右岸壩基上下游的t1c、t2凝灰?guī)r及斷層F63，在水庫蓄水后的實際工程水力坡降均小于凝灰?guī)r泥化夾層的臨界水力坡降，沿凝灰?guī)r和斷層產(chǎn)生滲透變形的可能性不大；但從安全考慮，需對其進行必要的防滲處理。

3 壩后廠房及尾水渠地基的工程地質(zhì)條件

廠房布置于壩后河床，建基高程1 255 m，基礎置于微、新巖體中，巖性以玄武巖為主夾火山角礫熔巖及t1b凝灰?guī)r，玄武巖流層及凝灰?guī)r夾層走向與廠房軸線近垂直，緩傾右岸。除揭露有兩條順河向陡傾角小斷層外，未見Ⅲ級以上斷層分布。t1b出露于廠基部位埋深6（左邊墻）～46 m （右邊墻）位置，巖性已相變?yōu)槟屹|(zhì)火山角礫熔巖，巖石堅硬完整，強度高。巖體裂面綠泥石化不強烈，巖體類型以Ⅲb類為主，少量Ⅳa類。尾水渠部位為弱風化下部及微、新巖體，工程地質(zhì)條件與廠基相似。總體上，廠基及尾水渠工程地質(zhì)條件一般，將局部裂面綠泥石化強烈的Ⅳa類巖體挖除，并對Ⅲb類巖體適當處理后，基礎可以滿足要求。

4 溢洪道的工程地質(zhì)條件

4.1 地基的工程地質(zhì)條件

溢洪道布置于右岸邊，底板寬88 m，長394～594 m，前后泄槽段開挖深度相對較淺，開挖深度一般10～20 m，地基巖體為玄武巖，部分火山角礫熔巖及t1c凝灰?guī)r夾層。巖體為強風化～弱風化上帶，巖體完整性差。由于強風化巖體呈散體～碎裂狀結(jié)構(gòu)，抗剪及抗變形能力低，地基條件較差，將地基內(nèi)強風化巖體全部挖除并對t1c凝灰?guī)r夾層、F50、F27及F77斷層及小斷層破碎帶進行處理后，地基可滿足設計要求；但需注意，t1c凝灰?guī)r及水平卸荷回彈裂對溢洪道基礎抗浮穩(wěn)定的影響。消力池布置于溢洪道中后段，長約210 m，底板開挖高程1 278.5 m，開挖深度40～60 m。地基巖體為玄武巖及火山角礫熔巖，t1c凝灰?guī)r在右側(cè)邊墻腳出露。巖體以微風化及新鮮為主，部分弱風化下部巖體，完整性較好。對t1c凝灰?guī)r夾層進行處理后，地基可滿足設計要求。

4.2 邊坡的工程地質(zhì)條件

溢洪道布置于右岸臺地部位，前后泄槽段開挖邊坡高度較小，里側(cè)邊坡高度小于40 m。消力池部位底板開挖高程1 278.5 m，里側(cè)邊坡高達80～100 m。溢洪道外側(cè)與右岸沖沙底孔泄槽相鄰，向外為廠房及尾水渠邊坡。溢洪道外側(cè)不存在邊坡穩(wěn)定問題。

內(nèi)側(cè)邊坡位于緩坡臺地與陡坡交接處，除在10號沖溝部位分布有5～10 m厚的洪積物外，絕大部分為巖質(zhì)邊坡。其中，前后泄槽段邊坡主要由弱風化上部及強風化巖體構(gòu)成，消力池部位坡頂由弱上及強風化巖體構(gòu)成，中下部為弱風化下部及微～新巖體。t2凝灰?guī)r出露在邊坡頂部，t1c出露在消力池邊坡底部，巖層緩傾坡內(nèi)，對邊坡穩(wěn)定影響不大，但應注意凝灰?guī)r泥化夾層的壓縮變形問題。邊坡頂部發(fā)育F63斷層，同時邊坡中順坡陡傾節(jié)理較發(fā)育，有產(chǎn)生傾倒變形破壞的條件。邊坡強風化巖體較破碎，巖體完整性差、強度低，邊坡開挖后有沿其底界面產(chǎn)生 “脫殼”滑移失穩(wěn)或沿最大剪應力面發(fā)生局部類似圓弧形塌滑的可能。

5 結(jié)語

金安橋水電站樞紐區(qū)以堅硬的玄武巖、杏仁狀玄武巖及火山角礫熔巖為主。河床部位分布有大量的裂面綠泥石化巖體，相對軟的凝灰?guī)r夾層在后期構(gòu)造變動過程中多發(fā)生順層擠壓并出現(xiàn)軟化、泥化現(xiàn)象，對壩基抗滑、變形及邊坡穩(wěn)定影響較大，從而使得樞紐區(qū)工程地質(zhì)條件較為復雜。針對樞紐區(qū)主要工程地質(zhì)問題，采取了相應的工程處理措施，在保證工程安全的前提下，壩基充分利用了裂面綠泥石化巖體，節(jié)省了投資，在工程地質(zhì)技術(shù)上取得了成功。