任夢寧,楊聚利,任培琦

(1.機械工業(yè)勘察設計研究院有限公司,陜西 西安 710043; 2.西安理工大學,陜西 西安 710043)

老撾南俄4水電站壩址工程地質條件及壩型比選

任夢寧1,楊聚利1,任培琦2

(1.機械工業(yè)勘察設計研究院有限公司,陜西 西安 710043; 2.西安理工大學,陜西 西安 710043)

老撾南俄4水電站位于川壙省南俄河中游干流之上。初步確定壩型為混凝土面板堆石壩和碾壓混凝土重力壩。根據(jù)壩址區(qū)工程地質條件,基本滿足兩種壩型的建設要求,對于壩基條件較為寬松的混凝土面板堆石壩,附屬建筑物和施工場地的布置可滿足要求,建筑材料也可滿足建壩需求。碾壓混凝土重力壩對壩基要求較高,建筑物的布置相對簡單,建筑材料也可滿足需求,但壩基存在數(shù)層泥質板巖,對壩基抗滑穩(wěn)定不利,需進行相應的缺陷處理。

壩基條件;壩型比選;抗滑穩(wěn)定;缺陷處理

老撾南俄4水電站位于川壙省南俄河中游干流之上。距首都萬象390 km左右,距川壙省省會豐沙灣35 km左右。南俄河為老撾境內湄公河左岸的一級支流,全長430 km,流域面積約16 000 km2,河流蜿蜒曲折。規(guī)劃階段選定上壩址建設樞紐壩址。初步確定壩型為碾壓混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩進行比較。設計最大壩高74 m,水庫總庫容1.07×108m3,調節(jié)庫容47.7×106m3,裝機容量240 MW[1]。目前已有簡易進場道路,交通較為便利。

1 地質概況

1.1 地形地貌

工程區(qū)位于云南高原南部,屬于橫斷山脈的南緣部分。西部為老撾高原西北部的湄公河斜坡地帶,地勢北高南低,東部為老撾東北部高原及越南西部中山地貌,由北向南急劇降低,最低為湄公河流域。受構造影響同時還具有自西北向東南傾斜的特征。區(qū)內主要發(fā)育三級夷平面。其中Ⅱ級平面分布最廣,海拔1 200～1 250 m,地形開闊平坦,普遍有紅土發(fā)育,為典型的殘積紅土高原地貌。

壩址區(qū)位于南俄河中上游狹窄河谷段,班賽村以南7 km處。該處河水流向在壩軸線上游200 m左右處由SW向變成SE向,在壩軸線下游350 m左右處又轉為SW向。壩軸線附近河道寬度20～30 m,河床高程約987 m,河水深度0.5～6.0 m。壩軸線附近河谷呈“U”型,兩岸1 080 m高程以下地形基本對稱,岸坡坡度40°～50°。高程1 080 m以上坡度20°左右?；鶐r在河床及兩岸坡腳均有出露,在兩岸溪溝處也局部出露。

壩軸線河谷兩岸坡腳及河床中分布有大量崩積巖塊堆積,崩積層下多為基巖出露。壩軸線下游左岸有少量河漫灘沖積堆積,長度50 m左右。右岸下游300 m處分布一級階地,階面高程983.0 m左右。山梁可見零星殘留三級階地。兩岸壩肩植被茂盛。

1.2 地層巖性

壩址區(qū)出露地層主要有第四系(Q)坡積、沖洪積、崩積、泥盆系(D)礫巖、砂巖、泥質粉砂巖及泥質板巖等。

(4) 泥盆系(D),巖性為灰綠色—紫灰色巨厚層狀礫巖、中厚層狀砂巖夾薄層狀泥質粉砂巖、紫紅色泥板巖及灰?guī)r。分布于壩軸線以上210 m至壩軸線以下330 m范圍內。巖層產狀N35°～55°E,NW∠60°。巖層傾向河谷上游。

1.3 地質構造與地震

工程區(qū)構造以差異性上升為特征,河流下切,新構造運動活躍,構造活動一直延至第四紀晚更新世,由于構造的影響使得庫壩區(qū)基巖揉皺發(fā)育。壩址區(qū)均無區(qū)域構造形跡和大斷裂通過。工作區(qū)相應地震烈度在0.3～4.7度,最高烈度情況下基巖峰值加速度為0.02～0.04g,參考相關抗震規(guī)范[2],可按Ⅵ度設防。

壩址附近發(fā)育中、高傾角斷層和擠壓面,以Ⅲ、Ⅳ級結構面為主,根據(jù)本工程規(guī)模及地層特征,對壩址樞紐區(qū)分布及揭示的結構面,依據(jù)規(guī)模大小,對工程的影響程度進行分級。Ⅲ級結構面長50～500 m,寬0.2～1.0 m;Ⅳ級結構面長度<50 m,寬0.05～0.2 m,表現(xiàn)形式為斷層(F)和擠壓帶(G)。出露及揭示斷層19條,擠壓帶4條。其中F1、F1′斷層于壩軸線下游85 m處右岸相交,F1寬1.0～2.0 cm,F1′寬1.0～1.5 m;F2斷層位于壩軸線下游240 m處,影響帶寬度50～90 m;F3、F3′斷層位于壩軸線下游190～230 m處,寬0.3～0.9 m;F4斷層于F2斷層下游100 m處,于右岸與F2′相交,兩斷層寬0.5～1.0 m;F5、F5′斷層分別位于壩軸線上游85 m處左岸和70 m處右岸,寬0.2～1.0 m;長度一般50～200 m,產狀一般N40°W、SW;N25°E,NW,主要由角礫巖和斷層泥等組成。F6～F15斷層為F2斷層的派生小斷層,長度一般<10 m,寬度0.03～0.6 m,對壩基無影響。壩軸線兩岸平硐揭示F101-1、F101-2、F102-1產狀N5°E～N40°W,SW,寬度0.25～1.0 m,由斷層泥和擠壓片狀巖、糜棱巖等組成。

擠壓帶G2、G4分別位于壩軸線上游右岸引水洞進口附近,由擠壓片狀巖、透鏡體及少量糜棱巖等組成,帶內巖體擠壓破碎明顯,局部強烈擠壓后呈片理化。產狀N30°～40°E,傾向NW,傾角43°～70°,寬6～15 m;G3產狀N5°W,傾向SW,傾角75°,分布右岸平硐內,寬約16 m;G5產狀N40°E,傾向NW,傾角58°,位于壩軸線下游,斷層F3、F3′之間通過,寬1.1～1.5 m,規(guī)模較小。

1.4 物理地質現(xiàn)象

壩址區(qū)物理地質現(xiàn)象主要表現(xiàn)為崩塌、風化卸荷等地質作用?；?guī)r條帶地層中存在溶蝕、溶洞等現(xiàn)象,規(guī)模小。

1.5 水文地質特征

壩址地下水類型為基巖裂隙水和第四系孔隙水。水源補給以大氣降水及殘坡積孔隙水為主。水位埋深受地形坡度與裂隙發(fā)育深度控制。基巖裂隙水以潛流形式向河谷排泄,補給地表水。

2 壩址區(qū)工程地質條件

壩址區(qū)清除覆蓋層后,壩基巖性由泥盆系中統(tǒng)(D2)灰綠色—灰紫色礫巖、砂巖、粉砂巖組成,夾3～5層紫紅色泥板巖,薄層—中厚層狀,一般真厚度0.5～6.8 m。左壩肩PD103平硐揭示最大水平厚度達8.3 m。主要分布在壩軸線上下游及其兩岸,巖層產狀為N35°～55°E,NW∠60°～80°,傾向上游。如圖1所示。巖石風化強烈,兩岸全、強風化層較厚。

壩基砂巖、礫巖干抗壓強度73.3～115 MPa,濕抗壓強度一般為40.9～65.9 MPa,軟化系數(shù)為0.56～0.57,屬中硬—堅硬巖,如表1。泥質板巖為極軟巖。

圖1 壩址壩軸線地質剖面圖Fig.1 Geological profile of the dam site axis1.沖積層:孤石混泥卵礫石、砂;2.坡積層:碎石質粘土混塊石;3.崩積層:塊石夾碎石;4.石炭系—二疊系;5.砂巖、礫巖;6.泥巖;7.實測、推測斷層編號及產狀;8.實測、推測巖層界線及產狀;9.全風化巖體底界線;10.強風化巖體底界線;11.透水巖體下帶頂界線。

表1 巖石(室內)物理力學試驗成果匯總表Table 1 Summary of rock(indoor) physical mechanics test results

壩址樞紐區(qū)地下水位垂直埋深一般為2.4～33 m。其中,壩址左岸地下水水位一般2.4～20 m;右岸因山坡較陡,巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,水位埋深受地形坡度與裂隙發(fā)育深度控制。右岸一般3.6～33 m。弱風化及微風化巖體滲透性均以弱透水上帶(10>q≥5 Lu)為主。

3 壩型比選

勘察階段初步選定混凝土面板堆石壩和碾壓混凝土重力壩兩種壩型[3]。

3.1 混凝土面板堆石壩

設計壩頂高程1 045.0 m,最大壩高71.0 m,壩頂長度210.0 m,正常蓄水位1 040.0 m,死水位1 025.0 m,正常蓄水位以下庫容80.4×106m3,調節(jié)庫容47.7×106m3,裝機容量240 MW(3×80 MW),電站引用流量109.4 m3/s,電站加權平均水頭283 m,電站額定水頭255 m。樞紐工程附屬建筑物為導流洞、沖沙洞、溢洪道。

3.1.1 建筑物特征

(1) 趾板?；炷撩姘宥咽瘔沃喊迦L342.4 m。從左岸壩肩經河床至右岸壩肩,根據(jù)巖性特征可分左岸坡積堆積斜坡段、左岸坡腳基巖出露段、河床段、右岸坡腳基巖出露段、右岸坡積堆積斜坡段5部分。兩岸堆積斜坡覆蓋層厚度1～5 m,下部為強風化基巖,層厚5.0～10 m。兩岸坡腳弱風化基巖裸露。河床覆蓋層厚度3 m左右,下部為強—弱風化基巖。

防滲帷幕線深度一般左岸40～50 m,右岸45～60 m,河床47 m左右;壩肩防滲帷幕深度一般左岸80～95 m,右岸55～62 m。如防滲帷幕的底板按q>5 Lu,則趾板線防滲帷幕線深度一般左岸17～26 m,右岸25～47 m,河床17～19 m;壩肩防滲帷幕深度左岸一般36～80 m,右岸29～45 m。

(2) 導流洞、沖沙洞、溢洪道分別布置于樞紐區(qū)右岸,各硐室洞身段基及建基面基本位于弱風化基巖中。位于地下水位以下,施工方便。

3.1.2 建筑材料

工程區(qū)出露有較大范圍的灰?guī)r,經加工后可作為筑壩材料和混凝土骨料?？辈祀A段初步選擇Ⅰ、Ⅱ號料場為壩址用料;Ⅰ號料場位于上壩址右岸孟噴村北邊,Ⅱ號料場位于上壩址上游0.8 km的左岸,料場位置如圖2所示。物理力學指標如表1。

圖2 料場位置示意圖Fig.2 Location of the yard

3.1.3 主要工程地質問題

壩基無較大的斷裂帶通過,壩基巖體基本質量級別為Ⅲ級,次為Ⅳ級。

(1) 巖體風化。壩址區(qū)兩岸巖體風化較深。全風化巖體垂直深度3.1～18.6 m,強風化巖體深度一般5.5～24.3 m,局部達42.3 m,弱風化巖體深度一般8.4～68 m;河床部位以弱風化巖體為主,沖積層厚2～6 m,弱風化巖體底界垂直埋深1.0～10.5 m,如表2。兩岸受構造影響,局部存在深部隔層風化現(xiàn)象,兩岸水平向強風化厚4.5～21.20 m,如表3。

壩基巖體承載力可滿足壩基要求,進行相應的防滲處理和加固后,可作為建基巖體。

表2 鉆孔巖體風化深度匯總表Table 2 Drilling rock body weathering depth summary table

表3 平硐風化帶深度統(tǒng)計表Table 3 Adit entry weathering zone depth statistical table

(2) 壩基滲漏及繞壩滲漏。壩址區(qū)不存在臨谷和繞壩滲漏問題。以壩基滲漏為主,防滲若按q≤5 Lu考慮,趾板防滲深度11～49 m,軸線17～58 m;按q≤3 Lu考慮,趾板防滲深度則為4～60 m,軸線40～96 m。

3.2 碾壓混凝土重力壩

設計壩頂高程1 045 m,最大壩高74 m,壩頂長度240 m,正常蓄水位1 040 m,死水位1 025 m,水庫總庫容1.07×108m3,調節(jié)庫容47.7×106m3,電站引用流量109.4 m3/s,電站加權平均水頭283 m,電站額定水頭255 m。該壩型可采用分段、分期倒流,壩頂溢洪,樞紐工程附屬建筑物僅設導流底孔。

(1) 壩基變形及抗滑穩(wěn)定。壩基開挖后,兩壩肩位于弱風化巖體上,巖性以礫巖、砂巖為主;受構造、擠壓帶、風化及地下水等影響,壩肩巖體相對破碎,多呈碎裂結構,力學指標較低。河床部位壩基主要位于弱—微風化巖體上,弱風化較薄,兩岸壩基基本為弱風化巖體。

壩基河床段巖為弱—微風化的砂巖、礫巖,以Ⅲ級巖體為主,局部結構面發(fā)育,為Ⅳ、Ⅴ級巖體。左右壩肩為弱風化砂巖,屬Ⅳ類巖體,局部夾3～5處紫紅色泥板巖,且埋深不一,不利于壩基變形穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定,必須進行專門處理。建議河床段巖體抗剪強度f=0.7,左、右壩肩巖體抗剪強度f=0.6,泥板巖及斷層破碎帶抗剪強度f=0.35。

(2) 邊坡穩(wěn)定問題。壩址左岸地形坡度一般30°～45°,高程部位坡度相對較緩,地形較完整;右岸地形坡度一般35°～60°,壩址下游側右岸地形完整性較差?？傮w上地形較陡,壩基開挖可能會形成較高邊坡。

壩址分布的礫巖、砂巖風化強烈,全、強風化巖體底界埋深5.5～24.3 m,巖體完整性差;泥板巖等夾層強度低,層理發(fā)育,多為薄層狀—中厚層狀結構,遇水易軟化。使邊坡巖體完整性差,強度降低,亦不利于邊坡穩(wěn)定,壩基左右壩肩發(fā)育有多條Ⅲ級結構面的斷層和擠壓帶,造成巖體破碎,力學指標降低。

同時,壩址樞紐區(qū)兩岸巖體卸荷強烈,因此,兩岸開挖邊坡穩(wěn)定條件較差。左岸壩基開挖邊坡最大坡高約127 m,永久邊坡最大高度約49 m,邊坡總體為NW走向,傾SW;右岸壩基開挖邊坡最大坡高約141 m,永久邊坡最大高度約63 m,邊坡總體NW走向,傾NE。

通過壩址區(qū)兩種壩型對比,混凝土面板堆石壩對壩基和建筑材料要求相對寬泛,強風化巖體通過固結灌漿后可作為壩基利用,同時,不存在高邊坡處理問題。筑壩材料儲量和質量可滿足填筑要求,混凝土粗細骨料可采用人工骨料,防滲要求可相對降低,防滲量減少。對于碾壓混凝土重力壩,壩基需置于弱化巖體之上,開挖量增加,且兩岸易形成較高的人工邊坡,需后期進行治理。防滲要求相應提高。對壩基變形和抗滑穩(wěn)定有更高的要求,對泥質板巖夾層和軟弱結構面等地質缺陷需進行相應的缺陷處理?？傊?根據(jù)壩址的工程地質條件基本可滿足兩種壩型的建設條件,但須進行必要的分析論證。

4 結束語

壩基工程地質條件和水文地質條件,是決定大壩壩基抗滑穩(wěn)定和壩基滲漏的主要因素。因此,對壩基巖體的工程地質評價與分析,對壩型的選擇至關重要。本文通過對兩種壩型的比較,認為壩址區(qū)對兩種壩型的建設均適宜。如選擇重力壩,則必須鄭重處理壩址的地質缺陷。

[1] 任夢寧,楊聚利,郭寶京.老撾南俄4水電站工程地質勘察報告[R].西安:機械工業(yè)勘察設計研究院有限公司,2016.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部,中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.建筑抗震設計規(guī)范:GB50011—2010[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2016.

[3] 中華人民共和國水利部.碾壓式土石壩設計規(guī)范:SL 274—2001[S].北京:中國水利水電出版社,2001.

(責任編輯：陳姣霞 李雯)

Comparison of Dam Site Engineering Geological Condition and Dam Type ofNam Ngum 4 Hydropower Station in Laos

REN Mengning1,YANG Juli1,REN Peiqi2

(1.ChinaJikanResearchInstituteofEngineeringInvestigationsandDesign,Co.,Ltd,Xi’an,Shanxi710043; 2.Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an,Shanxi710043)

Nam Ngum 4 Hydropower Station is located at the middle of the Nam Ngum River,in Xieng Khuang Province,Laos.It is determined that the dam is a concrete face rockfill dam and a roller compacted concrete gravity dam.According to the engineering geological conditions of the dam site,the construction requirements of the two dams are basically satisfied.For the relatively loose base of the concrete foundation rockfill dam,ancillary buildings,construction site layout and construction materials to meet the needs of dam construction.Roller compacted concrete gravity dam has a high demand for dam foundation,the layout of the building is relatively simple,and the building material can meet the demand.But there are several layers of muddy slate dam foundation,which is harmful to anti-sliding stability of the dam foundation,and need to carry out the corresponding defect treatment.

dam foundation condition; dam type selection; anti-sliding stability; defect treatment

P642

A

1671-1211(2017)05-0585-05

2017-04-28;改回日期2017-08-17

任夢寧(1966-),男,高級工程師,工程地質專業(yè),從事工程地質工作。E-mail:renmengning@126.com

數(shù)字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170824.1748.028.html數(shù)字出版日期2017-08-24 17:48

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.016