王國香 錢 剛（貴州中水建設管理股份有限公司，貴州貴陽　550002）

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下屯拱壩右壩肩K6溶洞影響分析及處理方案研究

王國香 錢 剛
（貴州中水建設管理股份有限公司，貴州貴陽550002）

【摘 要】下屯水電站右壩肩在1140～1160m高程發(fā)育K6溶洞，洞內黏土夾塊石充填，溶洞規(guī)模較大，對拱壩壩肩的穩(wěn)定不利。經分析溶洞對拱壩壩肩及下游巖體穩(wěn)定的影響較小，但為了提高壩肩的安全可靠性，對溶洞進行了清挖，并回填混凝土及設置了混凝土重力墩。本文對此加以介紹。

【關鍵詞】拱壩壩肩；溶洞；重力墩

1 工程概況

下屯水電站位于珠江流域西江水系南盤江的一級支流馬別河中游，為馬別河梯級開發(fā)中第五級電站，距盤縣縣城約126km。水庫總庫容970萬m3，正常蓄水位1173m，電站裝機容量20MW，多年平均發(fā)電量6460萬kW·h。大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高69m，壩底寬16m，壩頂寬5m，拱壩厚高比為0.24，屬中厚拱壩。電站為Ⅳ等?。?）型工程，大壩為4級建筑物。

2 壩址區(qū)工程地質條件

2.1 地形條件

壩址河谷呈不對稱的“V”形，兩岸地形相對平整，河流方向在壩線下游由SE折向SW，兩岸地形淺切溶蝕型沖溝較發(fā)育，正常蓄水位1173m時，河谷寬117m，河谷寬高比為2～2.1。右岸1142m高程以下地形坡度65°～80°，1142～1210m高程地形坡度30° ～35°，1210～1260m高程地形坡度5°～20°，1260m高程以上地形坡度45°～60°。

2.2 工程地質條件

右岸發(fā)育一條斷層（F1），產狀為N15°～20°W/SW∠73°，為張性斷層，破碎帶寬10～15m，成分為碎塊石夾砂質土，斷距20m。

右壩肩基巖出露，地層為二疊系茅口組（P2m）灰色、灰白色厚層塊狀灰?guī)r，根據(jù)勘探和施工開挖揭露，在緊貼右拱肩下游1140m～1160m高程發(fā)育K6溶洞，該溶洞寬約15m，高20m，為黏土夾塊石充填，充填量約2000m3。溶洞下游為一凸出山脊，山脊下游面有一切割深約5～6m的溶槽，溶蝕裂隙發(fā)育，黏土半充填，溶洞及溶槽是右壩肩抗滑穩(wěn)定的不利條件。壩址區(qū)地質條件見圖1。

3　K6溶洞對拱壩右壩肩抗滑穩(wěn)定影響分析

3.1 計算方法及計算模型

壩肩穩(wěn)定采用極限剛體平衡法［1］，內力采用ADASO多拱梁分層計算，考慮基本組合（正常蓄水位+相應尾水位+設計正常溫降+自重+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力）和特殊組合（校核洪水位+相應尾水位+設計正常溫升+自重+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力）兩種荷載組合，計算模型見圖2。

圖2　拱壩壩肩穩(wěn)定計算模型

3.2 計算公式及參數(shù)取值

壩肩抗滑穩(wěn)定計算公式［2］如下：根據(jù)開挖揭露的地質條件進行取值：f1= 0.45，

fb=0.65，c1=0.10MPa，cb=0.2MPa，α=0.5。

3.3 抗滑穩(wěn)定計算

經計算，右壩肩最小抗滑安全系數(shù)：基本荷載組合K1=4.18，特殊荷載組合K2= 5.32，計算成果均滿足SL 282—2003規(guī)范中穩(wěn)定控制標準，壩肩抗滑穩(wěn)定是安全的，K6溶洞對壩肩影響較小（見表1）。但考慮溶洞已開挖揭露及下游溶槽的影響，需對溶洞及下游溶槽進行處理。

表1　壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果

4　K6溶洞對右壩肩下游巖體穩(wěn)定影響分析

根據(jù)開挖揭露，右壩肩在1160～1140m高程，K6

溶洞溶蝕水平寬度向下逐漸收窄，垂直方向與導流洞內溶洞相通，且充填黏土，影響右壩肩穩(wěn)定。

4.1 計算模式

壩肩穩(wěn)定計算方法為采用單位高度的水平拱計算各個高程的最小穩(wěn)定安全系數(shù)，分別設定側滑面與拱座徑向面夾角為θ，每隔10°計算一個斷面，底滑面仍同前，搜索壩肩抗滑穩(wěn)定的最小安全系數(shù)。計算簡圖見圖3。

圖3　壩肩穩(wěn)定巖體線計算簡圖

4.2 計算方法及參數(shù)取值

采用與壩肩相同的抗剪斷公式進行計算，根據(jù)開挖揭露的地質條件按弱風化巖體進行取值：f1=0.45，fb=0.65，c1=0.10MPa，cb=0.10MPa，α=1。

4.3 計算結果

根據(jù)壩肩不同高程的平切圖，右壩肩1160m、1150m、1140m高程最小抗滑安全系數(shù)為：基本荷載組合K1= 7.43，特殊荷載組合K2= 2.70，均滿足SL 282—2003規(guī)范中穩(wěn)定控制標準，壩肩巖體抗滑穩(wěn)定是安全的，K6溶洞對壩肩巖體穩(wěn)定影響較?。ㄒ姳?）。

表2　抗剪斷安全系數(shù)

5 溶洞處理設計方案

根據(jù)K6溶洞開挖揭露的分布情況，經多方案比較決定對K6溶洞分1177～1162m和1162～1140m高程上下兩部分進行處理，上部加設混凝土重力墩，下部清挖并回填混凝土。

5.1 混凝土重力墩

考慮與右肩壩拱壩體形的銜接，重力墩墩頂高程為1177m，頂寬10m，上游面直立，下游面坡比為1∶0.7，建基面高程為1162m，采用C20混凝土（外摻MgO）填筑（見圖4）。

圖4　重力墩及溶洞回填處理方案（單位：mm）

5.2 混凝土回填

1162m高程以下基巖受溶洞、溶槽、溶溝切割呈石林狀，黏土充填其間。為了提高基礎的承載力，一是清除溶洞或溶槽內充填物，沖洗、鑿毛洞壁后回填C20混凝土（外摻MgO）；二是將基礎進行固結灌漿，鉆孔深入基巖20m，在進行混凝土回填時預埋PVC管［3］，待混凝土達到設計強度50%以上時，在1162m高程進行固結灌漿。同時，為了右壩肩下游面整體效果以及增加下游抗滑巖體的安全儲備，對壩肩下游1162～1144m高程的溶槽及溶溝進行清挖后回填混凝土護坡。

5.3 混凝土重力墩抗滑穩(wěn)定及應力復核

5.3.1 抗滑穩(wěn)定復核

考慮基本荷載組合（1）為：正常水位的拱端合力+正常水位上游水壓力+正常水位揚壓力+自重基本荷載；基本荷載組合（2）為：設計洪水位的拱端合力+設計洪水位上游水壓力+設計洪水位揚壓力+自重；特殊荷載組合為：校核洪水位的拱端合力+校核洪水位上游水壓力+校核洪水位揚壓力+自重。

抗滑穩(wěn)定穩(wěn)定驗算公式［4］如下：

式中，由于重力墩基礎面1160m高程溶蝕發(fā)育較為顯著，取f′= 0.8、c′巖= 0.7MPa［5］；滑移面的面積因巖溶影響，有效面積降低，總有效滑移面面積按實際面積的0.7倍予以折減。

經計算，基本荷載組合（1）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為7.79，基本荷載組合（2）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為3.05，特殊荷載組合抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.85，均滿足規(guī)范規(guī)定，重力墩是安全穩(wěn)定的。

5.3.2 應力復核

在各種荷載組合作用下，各計算斷面應力值均大于零，為壓應力，未出現(xiàn)拉應力，滿足規(guī)范規(guī)定要求，且小于地基允許承載力［6］（見表3）。

表3　重力墩應力計算值表單位：10-2MPa

6 結 語

下屯水電站為混凝土拋物線雙曲拱壩，根據(jù)勘探及施工開挖發(fā)現(xiàn)右壩肩在1140～1160m高程發(fā)育K6溶洞，洞內黏土夾塊石充填，充填量約2000m3，溶洞規(guī)模較大，對拱壩壩肩的抗滑穩(wěn)定不利。由于溶洞處于拱壩中上部，與壩肩基礎有一定距離，經過對拱壩壩肩及下游巖體的穩(wěn)定影響分析，溶洞對壩肩及下游巖體穩(wěn)定影響較小。為了提高壩肩的安全性，經比較后對溶洞進行了清挖，并回填混凝土及設置了混凝土重力墩。

參考文獻

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簡 訊

Research on the impact analysis of Xiatun arch dam right abutment K6karst cave and treatment plan

WANG Guoxiang，QIAN Gang
（Guizhou Zhongshui Construction Management Co.，Ltd.，Guiyang 550002，China）

Abstract：K6karst cave is developed in 1140～1160m elevation of Xiatun arch dam right abutment.The cave is filled by clay and stones.The karst cave has larger scale，which is not beneficial for the stability of dam abutment.The karst cave has lower influence on the stability of dam abutment and downstream rocks according to analysis.The karst cave is excavated in order to improve the safety and reliability of the abutment.Concrete is backfilled，and concrete gravity pier is set.The above measures are introduced in the paper.

Key words：arch dam abutment；karst cave；gravity pier

DOI：10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.03.016

中圖分類號：TV642.4

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8241（2016）03-0066-04