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        南歐江三級水電站壩基工程地質(zhì)條件評價及分析

        2022-01-13 14:47:04鐘輝張燚
        綠色環(huán)保建材 2021年11期
        關(guān)鍵詞:溢流壩段壩段節(jié)理

        鐘輝 張燚

        中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司

        1 引言

        南歐江為湄公河在老撾境內(nèi)最大的一級支流,整個流域按“一庫七級”方案進行開發(fā)[1],其中南歐江三級水電站位于南歐江中游,為流域開發(fā)方案中第三梯級。擋水建筑物為混凝土重力壩,大壩共分13個壩段,由非溢流壩段、河床廠房壩段、沖沙底孔壩段、溢流表孔壩段等組成,最大壩高59.5m,壩頂長度272m。

        2 壩基工程地質(zhì)概況

        壩基所在河段河流呈S53°W流向,河谷較開闊,枯期河寬90m~108m,兩岸地形不對稱,左岸自然坡度約32°~46°,右岸自然坡度約25°~28°,左陡右緩。左岸沖溝較發(fā)育,地形較零亂,完整性差,右岸地形相對完整。兩岸江邊均分布有規(guī)模不大,連續(xù)性差的基巖灘地。

        壩基范圍分布的地層有第四系覆蓋層,主要包括河床沖積層和岸坡坡積層,沖積層厚度一般8m~10m,主要成分為砂卵礫石等,具極強透水性;坡積層厚度1m~5m,主要成分為砂質(zhì)粉土、碎塊石質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土等。下伏含鈣質(zhì)、白云質(zhì)砂質(zhì)板巖,紫紅色、青灰色,變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu),板狀構(gòu)造。

        壩基部位為單斜構(gòu)造,巖層產(chǎn)狀近SN,E∠75°~90°,傾左岸偏上游,為斜向谷。未見Ⅲ級及以上結(jié)構(gòu)面,Ⅳ級結(jié)構(gòu)面以擠壓面(帶)為主。Ⅴ級結(jié)構(gòu)面以板理面和兩組節(jié)理為主:①板理J,N10°E~N15°W,SE(NE)∠75°~90°,間距0.5cm~5cm,延伸一般1m~8m,面較平直,較光滑;②緩傾節(jié)理J1,N75°~90°W,SW∠20°~31°及N70°~85°E,SE∠24°~27°,間距30cm~200cm,延伸一般1m~10m,面平直,較光滑;③陡傾節(jié)理J2,N60°~75°W,NE∠60°~70°,間距50cm~400cm,延伸一般2m~5m,部分較長,面稍起伏,粗糙。

        壩址區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖體風(fēng)化和鈣質(zhì)流失。兩岸全風(fēng)化層底界埋深約5m~10m;強風(fēng)化層底界埋深左岸約13m~22m,右岸約10m,局部受構(gòu)造影響,存在夾層風(fēng)化現(xiàn)象;弱風(fēng)化層底界埋深左岸約40m~50m,高處局部可達60m~80m,右岸約20m~30m;河床及漫灘部位無全、強風(fēng)化巖體,弱風(fēng)化層底界埋深約為20m。巖體受地下水活動影響,左岸局部地段強風(fēng)化~弱風(fēng)化巖體中可見輕微~中等鈣質(zhì)流失現(xiàn)象,巖體完整性及強度相對有所降低。

        左岸地下水埋深20m~60m,右岸地下水埋深10m~40m,在低處山坡,地下水位線低平,略高于河水位。相對隔水(q≤5Lu)巖體頂界埋深:兩岸23m~54m,河床23m~30m。

        3 壩基工程地質(zhì)條件評價及缺陷處理

        3.1 壩基工程地質(zhì)條件評價

        壩基開挖后,所揭露的地質(zhì)條件總體與前期勘察成果基本一致。

        (1)左岸非溢流壩段(1#~2#壩段)。1#壩段上部開挖坡比為1:0.5,中下部開挖坡比為1:1.5;2#壩段開挖坡比為1:0.9。開挖揭露1#壩段壩基整體為強風(fēng)化巖體,局部可見鈣質(zhì)流失殘留小溶孔;2#壩段以弱風(fēng)化巖體為主,局部為強風(fēng)化。2#壩段分布3條Ⅳ級擠壓帶,均沿板理面發(fā)育,走向近SN,傾角垂直,破碎帶寬度0.2m~0.3m,可見長度8m~20m,由碎裂巖組成。Ⅴ級結(jié)構(gòu)面主要為板理面和緩傾節(jié)理J1。1#壩段強風(fēng)化巖體為碎裂結(jié)構(gòu),巖體質(zhì)量類別為Ⅳ2類;2#壩段巖體以薄層狀為主,夾塊裂和碎裂結(jié)構(gòu),巖體質(zhì)量類別為Ⅳ1類,夾少量Ⅳ2類,Ⅳ2類約占10%。

        (2)廠房壩段(3#~5#壩段)。廠房壩段開挖揭露為弱風(fēng)化巖體,分布Ⅳ級擠壓面4條,產(chǎn)狀N60°W,NE∠60°~70°,其中一條傾角垂直,可見延伸長度7m~12m,破碎帶寬度0.05m~0.08m,由碎裂巖組成。Ⅴ級結(jié)構(gòu)面主要為板理面和節(jié)理J1和J2。巖體結(jié)構(gòu)以中厚層~厚層狀為主,其中4#和5#壩段局部分布有少量薄層狀。巖體質(zhì)量類別為Ⅲ2,夾少量Ⅳ1類。Ⅳ1類巖體在4#壩段約占2%,在5#壩段約占10%。

        (3)沖沙閘壩段(6#壩段)。沖沙閘壩段壩基開挖揭露為弱風(fēng)化巖體,未見Ⅳ級及以上結(jié)構(gòu)面,Ⅴ級結(jié)構(gòu)面主要為板理和2組節(jié)理J1和J2。巖體結(jié)構(gòu)為中厚~厚層狀,巖體質(zhì)量類別為Ⅲ2類。

        (4)溢流壩段(7#~11#壩段)。7#~11#壩段為溢流壩段,其中9#壩段為中隔墻壩段。壩基開挖揭露均為弱風(fēng)化巖體。9#~11#壩段揭露Ⅳ級結(jié)構(gòu)面7條,其中Gy-1規(guī)模稍大,產(chǎn)狀N80°E~EW,SE(S)∠4°~12°,緩傾下游,可見延伸長度45m,橫穿中隔墻,破碎帶寬度0.1m~0.3m,由碎塊巖夾泥組成,物理力學(xué)性質(zhì)較差;gy-1緩傾左岸偏下游,延伸長15m,破碎帶寬0.05m~0.1m,由碎裂巖夾泥組成;其余5條均為陡傾擠壓面(帶),延伸11m~16m,破碎帶寬度0.05m~0.1m,由碎裂巖組成。Ⅴ級結(jié)構(gòu)面主要為板理和節(jié)理J1和J2,J1廣泛分布,J2零星分布。巖體結(jié)構(gòu)為中厚~厚層狀,巖體質(zhì)量類別為Ⅲ2類。

        (5)右岸非溢流壩段(12#~13#壩段)。右岸非溢流壩段開挖揭露壩基為弱風(fēng)化巖體,未見Ⅳ級及以上結(jié)構(gòu)面,Ⅴ級結(jié)構(gòu)面主要為板理和節(jié)理J1。巖體結(jié)構(gòu)以中厚層~厚層狀為主,僅在13#壩段高處分布有薄層狀巖體,巖體質(zhì)量類別為Ⅲ2類夾Ⅳ1類,Ⅳ1類巖體主要分布在13#壩段高處,約占13#壩段的60%。

        3.2 壩基地質(zhì)缺陷處理

        壩基工程地質(zhì)條件整體一般,巖體質(zhì)量以Ⅲ2類為主,兩岸壩肩附近巖體質(zhì)量稍差,以Ⅳ1類為主,Ⅳ2類巖體僅局部分布。開挖揭露的地質(zhì)缺陷主要表現(xiàn)為3類:①規(guī)模稍大的Ⅳ級結(jié)構(gòu)面;②不利結(jié)構(gòu)面組合切割的塊體;③鈣質(zhì)流失導(dǎo)致的物理力學(xué)性質(zhì)較差的巖體。

        針對揭露的地質(zhì)缺陷,均采取了工程措施進行專門處理,主要措施包括以下幾點。

        (1)Ⅳ級結(jié)構(gòu)面采用槽挖,清除軟弱物質(zhì)后回填,清槽深度按結(jié)構(gòu)面寬度的1.5倍~3倍控制。

        (2)對不利結(jié)構(gòu)面組合切割的塊體進行清除后回填。

        (3)對鈣質(zhì)流失的巖體進行擴挖后回填。

        (4)對于中隔墻壩段,由于揭露的Gy-1與gy-1均為緩傾結(jié)構(gòu)面,破碎帶性質(zhì)較差,且推測二者連通,考慮到二期導(dǎo)流側(cè)向水壓力對其存在不利影響,為保證中隔墻穩(wěn)定,在影響范圍內(nèi)增設(shè)了錨筋樁,同時進行固結(jié)灌漿。

        4 壩基穩(wěn)定性分析

        4.1 壩基抗滑及變形穩(wěn)定分析評價

        壩基范圍未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的Ⅲ級及以上結(jié)構(gòu)面,揭露的Ⅳ級結(jié)構(gòu)面以擠壓面(帶)為主,膠結(jié)一般較好。Ⅴ級結(jié)構(gòu)面主要為板理面和J1、J2兩組節(jié)理。

        開挖揭露的擠壓面(帶)及受影響的破碎巖體均已進行了針對性地質(zhì)缺陷處理,并對壩基進行了固結(jié)灌漿和帷幕灌漿,局部固結(jié)灌漿加深加密。中隔墻受Gy-1和gy-1影響的范圍增設(shè)了錨筋樁。

        緩傾下游的結(jié)構(gòu)面在局部出露較密集,多為剛性接觸,通過固結(jié)灌漿,增強了巖體的完整性,不存在淺層抗滑穩(wěn)定問題。陡傾上游的結(jié)構(gòu)面亦為剛性結(jié)構(gòu)面,總體不發(fā)育,不存在與緩傾下游的結(jié)構(gòu)面組合切割形成不穩(wěn)定塊體的可能,不存在深層抗滑問題。

        對壩基共選取6個典型剖面分正常蓄水位、校核洪水位和設(shè)計地震3種工況進行抗滑穩(wěn)定計算。經(jīng)計算,滑動體系抗力作用比η在三種工況下分別為1.28~3.76、1.67~4.73、2.57~5.35,均大于規(guī)范η≥1的要求。

        為監(jiān)測壩基巖體變形,在2#、5#、11#壩段布置了基巖變位計。根據(jù)監(jiān)測成果顯示,在2021年5月當(dāng)前位移值在-0.42mm~0.57mm之間,月變化量在-0.01mm~0.02mm之間,各測點位移變化小,數(shù)據(jù)穩(wěn)定,說明壩基變形小,趨于收斂(見圖1)。

        圖1 壩基巖體位移變化時序圖

        根據(jù)壩基抗滑穩(wěn)定復(fù)核及監(jiān)測成果,抗滑穩(wěn)定性良好。

        4.2 壩基滲漏評價

        壩基巖性均一,除1#~2#壩段上部為強風(fēng)化巖體外,其余壩段均為弱風(fēng)化巖體。弱風(fēng)化巖體為弱透水性,微新巖體滲透性相對更小。大壩開挖后,對所有地質(zhì)缺陷均進行了專門處理。同時,為改善壩基防滲能力,進行了固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。帷幕灌漿廠房壩段防滲深度為相對隔水層頂界以下6m~15m;沖沙底孔壩段和溢流表孔壩段6m~16m;兩岸非溢流壩段8m~23m,左岸延伸59m與相對隔水層相交,右岸延伸58m至正常水位與地下水位相交處。經(jīng)處理后,檢查成果顯示,灌漿防滲效果明顯,巖體透水率一般1Lu~3Lu,均小于5Lu,經(jīng)處理后的壩基滲透性微弱。對大壩進行滲流計算復(fù)核,在正常蓄水位工況下,壩體與壩基總滲流量為569.5m3∕d。根據(jù)監(jiān)測成果分析,在2021年5月當(dāng)前壩基滲流量為244.51m3∕d,大壩總滲流量為295.14m3∕d(見圖2)。經(jīng)滲流計算復(fù)核和監(jiān)測驗證,壩基經(jīng)處理后,防滲效果明顯,滲流量滿足設(shè)計要求(〈1000m3∕d),其滲流量控制在有效范圍內(nèi)。

        圖2 壩基滲流量變化曲線圖

        5 結(jié)束語

        ①壩基作為水電站重要建筑物地基,前期勘察應(yīng)對工程地質(zhì)條件予以查明,尤其是重大地質(zhì)缺陷。施工過程中,要加強開挖揭露情況與前期勘察對比分析,及時與設(shè)計、施工反映分析成果。②南歐江三級水電站壩基工程地質(zhì)條件一般,巖體質(zhì)量以Ⅲ2類為主,兩岸壩肩附近以Ⅳ1類為主,局部Ⅳ2類。開挖揭露的地質(zhì)缺陷主要為Ⅳ級結(jié)構(gòu)面、鈣質(zhì)流失導(dǎo)致的巖體性質(zhì)變差及局部節(jié)理密集帶等,針對所揭露的地質(zhì)缺陷均進行了專門處理。③壩基處理后,經(jīng)抗滑穩(wěn)定和滲流計算復(fù)核、監(jiān)測及運行驗證,抗滑穩(wěn)定性良好,變形穩(wěn)定,趨于收斂,壩基防滲效果明顯,滲流量小,電站運行良好。

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