余 雷

(貴州省大壩安全監(jiān)測中心，貴陽 550001)

雙江水電站拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定分析

余 雷

(貴州省大壩安全監(jiān)測中心，貴陽 550001)

雙江水電站拱壩建于板巖地區(qū)，壩址區(qū)地層古老，經(jīng)歷多次的地質(zhì)構(gòu)造運動，巖體斷裂，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體風化強烈，地質(zhì)情況十分復(fù)雜，其壩肩抗滑穩(wěn)定同樣是一個比較復(fù)雜的問題。文章主要介紹復(fù)雜地質(zhì)條件下拱壩基礎(chǔ)采取的工程處理措施，采用剛體極限平衡法計算壩肩穩(wěn)定，就雙江水電站大壩壩肩抗滑穩(wěn)定性進行分析。

雙江水電站；拱壩；基礎(chǔ)處理；壩肩抗滑穩(wěn)定；分析

0 引 言

經(jīng)開挖揭露，雙江水電站大壩壩基肩主要發(fā)育斷層11條，較大節(jié)理裂隙9條，主要軟弱夾層18層，壩肩受斷層影響，巖體破碎，局部呈強風化狀態(tài)。右壩肩發(fā)育對抗滑穩(wěn)定極不利結(jié)構(gòu)面有F39、F40斷層。施工中經(jīng)采取一系列工程措施對地質(zhì)缺陷進行了處理后，工程蓄水運行20a至今，期間經(jīng)歷了漫壩洪水考驗，大壩仍運行正常，表明基礎(chǔ)處理是有利的，是成功的。

文章結(jié)合原設(shè)計資料、壩址區(qū)工程地質(zhì)條件及建設(shè)過程中基礎(chǔ)處理措施等，對拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定滑移模式進行分析選取，復(fù)核壩肩穩(wěn)定計算參數(shù)，分析計算壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，對大壩壩肩穩(wěn)定作出了科學(xué)評價。

1 工程概況

雙江水電站位于貴州省東南部珠江流域柳江水系都柳江一級支流雙江河上，壩址座落在黎平縣雙江鄉(xiāng)境內(nèi)，距雙江鄉(xiāng)政府駐地3.7km，距黎平縣城區(qū)65km。壩址以上流域集水面積864km2。工程主要任務(wù)為發(fā)電，電站裝機容量8800kW。

工程分為一、二期工程實施，一期工程于1987年3月動工，1997年5月完工；2003年12月至2004年12月二期工程建成完工。水庫總庫容3798萬m3，水庫規(guī)模屬中型，工程等別為Ⅲ等，大壩等主要建筑物級別為3級。

工程樞紐由攔河大壩、溢洪道、泄洪兼沖沙放空底孔、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房等建筑物組成。大壩為150#埋石混凝土拋物線雙曲拱壩，壩頂高程288.80m，壩頂寬度3.6m，最大壩高65.8m，拱冠梁厚高比為0.228，壩頂弧長214.2m，最大中心角為92.4°。溢洪道布置于壩頂中部，堰頂高程280.00m，為帶胸墻有閘控制，堰型為WES型實用堰。

2 雙江水電站拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定性分析

2.1 基本地質(zhì)條件

1)地形地貌及巖層產(chǎn)狀。

壩址位于雙江河中下游河床較狹窄處，河流走向與巖層走向近垂直，兩岸地形坡度45°-50°。壩址地層主要為下江群清水江組第三段第一層(Pt3q3-1)砂質(zhì)絹云母板巖，為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀為N40°E/SE∠16°-30°。

2)壩肩斷層、裂隙分布。

壩基開挖后，左肩平均嵌深11m，右肩平均嵌深19m，河床嵌深5-6m。經(jīng)開挖揭露，壩基肩主要發(fā)育斷層11條，較大節(jié)理裂隙9條，主要軟弱夾層18層，各結(jié)構(gòu)面大部分在建基面處夾泥現(xiàn)象基本尖滅。

左壩肩：有F7、F1斷層和FJC4、FJC2、FJC20、FJC5鐵錳夾層等結(jié)構(gòu)面，在255.00-265.00m高程，受F23、F24、F25、 F26和 F27等斷層影響，巖體破碎，局部呈強風化狀態(tài)。

右壩肩：從下至上有F2、F11斷層和J4、J3、J2裂隙等結(jié)構(gòu)面，在248.00-264.00m高程，受F3、F14、F15、 F9和 F10等斷層影響，巖體破碎，局部呈強風化狀態(tài)。對右壩肩抗滑穩(wěn)定極不利結(jié)構(gòu)面有F39、F40斷層。

F39斷層：位于右壩肩下游，產(chǎn)狀N87°E/NW∠84°，破碎帶一般寬0.4-1.6m，夾泥嚴重，上游端與F10斷層斜接，下游端延至河床。

F40斷層：產(chǎn)狀N75°E/NW∠6°，在基坑與F2斷層相交，高程248.00m；向下交F41斷層，高程在251.00m，斷層面光滑平直，具摩擦鏡面，破碎帶寬0.1m，影響帶寬1-2m，延伸70m。

2.2 壩肩抗滑穩(wěn)定采取的處理措施

對左壩肩F7、F1、F26、F25斷層和鐵錳夾層及泥化夾層，河床F5斷層；右壩肩F2、F15、F9、F10、F11斷層和裂隙及鐵錳夾層等仍有夾泥現(xiàn)象結(jié)構(gòu)面，采用深挖回填混凝土處理。

對左壩肩252.00-263.70m高程和264.00-270.00m高程，右壩肩249.00-264.00m高程，受斷層和鐵錳夾層及泥化夾層影響，巖體破碎，局部呈強風化狀態(tài)的地帶；受斷層和鐵錳夾層影響，采用深挖后建基面上鋪裝鋼筋網(wǎng)并回填混凝土處理。

大壩左壩段下游壩肩巖體對應(yīng)拱端厚度5倍的范圍內(nèi)進行固結(jié)灌漿處理。灌漿孔深度為計算抗滑巖體底滑面以下5m，孔距3m，梅花形布置。

大壩右壩段下游壩肩巖體對應(yīng)拱端厚度五倍的范圍內(nèi)進行固結(jié)灌漿處理。灌漿孔深度為計算抗滑巖體底滑面以下5m，孔距3m，梅花形布置。并在孔底以上10m段內(nèi)埋設(shè)Φ32螺紋鋼筋。

整個拱形基礎(chǔ)設(shè)計布置五排固結(jié)灌漿孔，均勻分布。

對右壩肩F39斷層采取30MPa高壓旋噴沖洗，常規(guī)灌漿處理。

對右壩肩F40斷層采取混凝土硐塞處理。在右壩肩下游側(cè)高程248.00m、251.00m沿F40斷層開挖兩個抗剪平硐，含進口明挖段，中部采用長傳力硐連接，布置為“工”字型?？辜羝巾蠑嗝娉叽鐬?m×3m，洞內(nèi)回填鋼筋混凝土，并作回填灌漿和接觸灌漿。

2.3 滑移模式選取及計算公式

結(jié)合工程實際，在計算中對地質(zhì)結(jié)構(gòu)面按如下原則考慮：

1)壩基巖石緩傾，根據(jù)初設(shè)階段平硐揭露，壩肩存在軟弱夾層，與巖層產(chǎn)狀一致，軟弱夾層與層面構(gòu)成壩肩巖體滑移的控制結(jié)構(gòu)面，因此取軟弱夾層和層面為底滑面。

2)壩肩發(fā)育的幾組陡傾角裂隙與岸坡斜交，對壩肩穩(wěn)定不利，故以側(cè)向切割的陡傾角裂隙面為側(cè)滑面，以通過各拱端上游面的陡傾裂隙面為滑塊上游拉脫面。若在拱端處巖體無裂隙面或裂隙面對抗滑無不利影響時，則可假定幾組側(cè)滑面，按巖體非結(jié)構(gòu)面參數(shù)取用。①左壩肩：以巖層層面為底滑面，以N35°W陡傾角裂隙為側(cè)滑面，以N70°W陡傾角裂隙及小斷層為拉裂面，向下游臨空面剪出的滑移破壞模式。左岸260.00m高程以上，裂隙連通率按60%計，f′=0.67，C′=0.38MPa；左岸260.00m高程以上，裂隙連通率按55%計， f′=0.70，C′=0.41MPa。底滑面參數(shù)f′=0.45、C′=0.1MPa。②右壩肩一：以巖層層面為底滑面，以N70°W陡傾角裂隙為側(cè)滑面，以N35°陡傾角裂隙及小斷層為拉裂面，向下游臨空面剪出滑移破壞模式。右岸260.00m高程以上，裂隙連通率按60%計，f′=0.59，C′=0.35MPa；右岸260.00m高程以上，裂隙連通率按55%計，f′=0.62，C′=0.38MPa。底滑面參數(shù)f′=0.45、C′=0.1MPa。③右壩肩二：以F40斷層為底滑面，以N70°W陡傾角裂隙為側(cè)滑面，以N35°陡傾角裂隙及小斷層為拉裂面，向下游臨空面剪出的滑移破壞模式。取底滑面參數(shù)(F40斷層)f′=0.35、C′=0.05MPa，側(cè)滑面參數(shù)(N70°W陡傾角裂隙)f′=0.59、C′=0.35MPa，加入有效抗剪力635.4t。④ 右壩肩三：以F39斷層或巖層層面為底滑面，以拱端及與拱端下游面相接的F39斷層為側(cè)向滑裂面，向下游臨空面剪出的滑移破壞模式。側(cè)滑面拱端厚度段取混凝土與巖石抗剪斷強度f′=1.0、C′=0.9MPa，F(xiàn)39斷層取f′=0.45、C′=0.1MPa。

3)側(cè)滑面巖體結(jié)構(gòu)考慮巖橋的作用。根據(jù)施工階段槽探、硐探、鉆孔等揭露的裂隙統(tǒng)計資料，強風化帶連通率為43%-59%，弱風化帶連通率為40%-45%。

5)本工程設(shè)置有帷幕灌漿及壩肩排水孔，計算中考慮帷幕及排水孔的作用，滲透壓力折減系數(shù)取為0.5。

按照《混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范》(SL282-2003)的規(guī)定，拱座穩(wěn)定按剛體極限平衡法計算，拱肩穩(wěn)定按平面分層核算，具體采用由潘家錚主編、黎展眉編著的《拱壩》壩頭穩(wěn)定分析一章中剛體極限平衡分析法公式進行計算，計算公式如下：

(1)

2.4 計算成果

拱壩壩肩穩(wěn)定計算中，只計算了“正常+溫降”、“校核+溫升”和“過壩洪水位+溫升”三種情況。

經(jīng)采用剛體極限平衡法分析計算，基本組合工況下，左壩肩分層抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為3.34，右壩肩分層抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為2.85，除右壩肩260.00m和240.00m高程安全系數(shù)小于規(guī)范要求外，其余各層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求；特殊組合工況下，左壩肩分層抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為3.16，右壩肩分層抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為2.45，除右壩肩260.00m高程安全系數(shù)小于規(guī)范要求外，其余各層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。經(jīng)按平面分層累計法核算，各種荷載組合工況下，右壩肩整體穩(wěn)定滿足要求。壩肩抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

3 結(jié) 語

雙江水電站大壩基礎(chǔ)地質(zhì)條件復(fù)雜，節(jié)理裂隙、斷層及軟弱夾層發(fā)育，幾組陡傾角裂隙與岸坡斜交，右壩肩又存在緩傾發(fā)育的斷層，對壩肩穩(wěn)定不利。經(jīng)查閱有關(guān)資料，在大壩基礎(chǔ)開挖中，兩壩肩已基本開挖至弱風化-微風化巖體，局部處于強風化的巖體已采取混凝土置換等處理，并對壩基存在的地質(zhì)缺陷進行了工程處理，特別是針對右壩肩F39、F40斷層分別進行了高壓旋噴沖洗和固結(jié)灌漿、抗剪平硐處理等，這些措施對于提高壩肩的整體性，增強拱座的抗滑穩(wěn)定安全性是有利的。對兩壩肩可能存在的滑動模式進行分析，特別針對右壩肩因F39、F40斷層影響可能存在的滑動模式進行了分析，經(jīng)復(fù)核計算，壩肩抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

雙江水電站大壩建于地質(zhì)條件復(fù)雜的板巖地層，該壩的成功設(shè)計和基礎(chǔ)地質(zhì)缺陷處理為設(shè)計單位在板巖地區(qū)修筑高壩積累了寶貴的經(jīng)驗。

[1]潘家錚，黎展眉.拱壩[M].北京：水利電力出版社，1982：12.

[2]蘇衛(wèi)強，吳志波，何力.復(fù)雜地質(zhì)條件下拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定分析及處理研究[J].水利水電技術(shù)，2015(03)：61-64.

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1007-7596(2017)09-0068-02

文章編號：1007-7596(2017)09-0055-04

2017-08-16

余雷(1982-)，男，貴州貞豐人，工程師，從事水工結(jié)構(gòu)工作。