天花板水電站壩址區工程地質條件評價

付長明，于順山，王春江，孫莉萍

（中國水電顧問集團北京勘測設計研究院，北京 100024）

1 壩址區工程地質條件

天花板水電站地處牛欄江與清水河交口上游1.2～1.7 km處的天花板峽谷進口段，河流方向基本上為NW300°，為典型的峽谷河段，河谷整體斷面為 “U” 形。

壩址區揭露地層為震旦系地層，地層巖性主要有：東龍潭組灰黑色含藻粉晶白云巖 （Z2dl1-1）、深灰～淺灰色粉晶白云巖 （Z2dl1-2）、灰黑色富藻粉晶白云巖 （Z2dl2）、 灰白色粉晶白云巖 （Z2dl3）。

壩址位于謂姑背斜中段東翼與大腦包向斜南段之間，白云巖巖層傾斜平緩，傾向上游，為一傾向SE 的單斜構造。 兩岸巖層產狀 NE25°～60°SE∠11°～16°，巖相較穩定，無區域性斷裂。河流流向為NW300°，同巖層走向近正交。發育節理裂隙主要以順層向為主，延伸數10～100 m，裂隙面平直光滑。此外，還發育有傾向下游的中等傾角裂隙，裂面延伸不長，斷續延伸。兩壩局部斷層較發育。

壩址巖體風化相對較弱，開挖后大部分為弱風化～微新巖體，局部受構造作用影響，為強風化巖體。岸坡為近陡立邊坡，兩岸巖體為緩傾角分布的層狀巖層。岸坡卸荷裂隙較發育，兩岸陡壁上均有分布，且卸荷裂隙的水平切割深度隨岸坡的高度增加而增大。

壩址區地下水類型主要為巖溶裂隙水和孔隙潛水。巖溶裂隙水主要分布于厚約50 m的含屑粉晶白云巖 （Z2dl1-1）巖層中，具有承壓性。承壓水層在壩址區河床及左、右岸鉆孔中均被揭露，且層內的連通性較好，承壓水主要受清水河地表徑流及層間越流補給。白云巖的巖體透水率為2.60～31.30 Lu，且在垂直方向上有隨深度增加而變小的趨勢。在勘探深度范圍內，一般為中等～弱透水巖體。巖體近水平向層理、層間裂隙及溶隙較發育，有一定的透水性，但鉛直向透水性較弱，可視為隔水層。

2 壩基工程地質條件

2.1 基本地質條件

壩基開挖揭露的地層為震旦系地層，巖性主要為東龍潭組灰黑色富藻粉晶白云巖 （Z2dl2）、灰白色粉晶白云巖 （Z2dl3）。 左岸巖層產狀為 NE55°～60°SE∠16°； 右岸巖層產狀為 NE25°～30°SE∠11°～15°，巖相較穩定，順江無區域性斷裂。河流流向為NW300°，同巖層走向近正交，屬橫向谷。發育斷層主要有f15、f11、fb。其中，f15產狀變化較大，整體產狀為NW345°SW （NE）∠87°， 斷層面起伏差較大，寬度一般為10～20 cm，局部達50 cm，最小寬度3 cm，為壓扭性。主要由白色碎裂巖和角礫巖組成，斷層帶內物質性狀差，風化明顯，斷層面平直光滑，附有泥膜，見有與斷層走向近平行的擦痕，并發育2條次一級斷層。f11產狀NW335°SW∠83°～86°，斷層面起伏粗糙，帶寬40～50 cm，主要由白色碎裂巖、斷層泥組成，性狀較差，并見有明顯擦痕。 fb產狀 NW343°SW∠39°， 寬 8～10 cm， 斷層面平直粗糙，主要由白色碎裂巖組成，性狀一般。

壩基巖體巖性組成較簡單，主要為粉晶白云巖和富藻粉晶白云巖。單軸飽和抗強度40～60 MPa，屬中硬巖，大部分巖體完整或較完整。壩基巖體基本質量級別確定為Ⅱ～Ⅳ類。

2.2 壩基的抗滑、變形穩定分析

兩岸壩肩巖體均為東龍潭組中厚～厚層富藻粉晶白云巖，厚層狀結構，弱～微風化，層間結構面閉合，層理不發育，巖質較堅硬，巖體較完整。巖層傾向上游，傾角約16°。左壩肩高程1 017～1 023 m發育裂隙密集帶J1，右壩肩發育的斷層主要有規模較大的f15及次生結構面。建基面巖體主要為Ⅱ、Ⅲ1類巖體，在f15及影響帶有少量的Ⅲ2、Ⅳ類巖體。在兩壩肩附近均未見形成側向滑移面、底滑面、橫向切割面的結構面組合，不存在抗滑穩定問題。對裂隙密集帶J1、斷層f15及兩壩肩的弱卸荷帶進行有效的工程處理后提高了巖體的抗變形能力，不存在變形穩定問題。

壩基建基面巖性為白云巖，厚層狀結構，弱風化， 層理產狀 NE40°～60°SE∠10°～18°， 屬中硬巖。受f15、f11、fb及其他結構面切割，壩基巖體存在差異。建基面大部分為Ⅲ1類巖體，斷層帶附近為少量的Ⅳ類巖體。f15、f11通過壩基，且f15在集水井上游側與f11相交，沿層面有巖溶發育。因f15、f11為陡傾角斷層，且f15與壩軸線近平行；f11與壩軸線近正交；fb為中等傾角，但規模較小。3條斷層對壩基巖體的抗滑穩定影響較小，施工過程中對斷層及其斷層影響帶進行有效的置換和固結灌漿等處理后，可以滿足抗滑穩定要求。

2.3 壩基滲透穩定分析

壩基巖體均為富藻粉晶白云巖，巖層傾向上游，傾角16°左右，厚層狀結構，弱～微風化，層間結構面閉合，巖體較完整。基巖主要為弱～中等透水巖體，巖體近水平向層理、層間裂隙及溶隙較發育，有一定的透水性，但不存在滲透破壞問題。

壩基巖體分布的f11、f15等斷層，沿結構面有溶隙或溶孔發育，結構面在壩基處形成以水平方向為主的裂隙網絡狀滲漏的通道。水庫蓄水后，斷層內的泥質充填物在水壓力作用下細顆粒易被沖蝕產生滲透穩定問題。

壩肩為陡立邊坡，兩岸斷層和張性構造裂隙可能將白云巖層間發育的溶蝕孔洞串聯起來，形成地下水滲透的途徑。水庫蓄水后，壩肩沿裂隙和溶隙存在繞壩滲漏問題。裂隙和溶隙中的泥質填充物在水壓力作用下細顆粒易被沖蝕而產生滲透穩定問題。

針對上述問題，采取了系統帷幕灌漿處理措施，有效解決了滲漏和局部的滲透穩定問題。

3 兩岸邊坡穩定分析

3.1 壩頂以上邊坡

兩岸邊坡場地開口線高程為1 076.8～1 150.0 m，坡面整體成不規則的矩形。邊坡共設置了3層馬道，每層20 m，坡比為1∶0.3。

兩岸巖體均為東龍潭組中厚～厚層富藻粉晶白云巖，巖層傾向上游，傾角16°左右。規模較大的主要斷層有f15、f11，巖體受其影響比較破碎。左、右岸長大貫通的陡傾角裂隙較為發育，沿層面巖溶較發育。

左岸主要發育 3 組裂隙： ①NE30°～50°SE∠15°～20°； ②NW290°～310°SW∠75°～80°， 間距 5～10 cm；③NW330°～350°NE∠65°～75°。 上述裂隙以①組最為發育，其他2組次之。赤平投影分析表明，3組結構面與邊坡組合未形成不利組合，邊坡基本穩定。受結構面切割及其影響，局部穩定性差。

右岸主要發育 3組裂隙： ①NE30°～50°SE∠15°～20°； ②NW290°～310°SW∠75°～80°； ③NW330°～350°NE∠65°～75°。 上述裂隙以①組最為發育， 其他2組次之。赤平投影分析顯示，①、③組結構面與邊坡形成了不利組合，對邊坡穩定不利。受結構面切割及其影響，整體穩定性差。

采取混凝土掛網噴護、系統錨桿及錨索等施工處理措施后，兩岸邊坡均處于穩定狀態。

3.2 消能區兩岸邊坡

兩岸巖性由河床至壩頂高程1 076.8 m均為弱風化白云巖，層理發育。層理整體產狀為NE30°～50°SE∠15°～20°， 層理面平直粗糙。 邊坡大部分為直立邊坡，總體穩定性較好，但泄洪過程中水流的沖刷和霧化作用對兩岸的巖體會起到一定的軟化作用，尤其受斷層和長大裂隙的影響的部位易產生局部坍塌。

左岸在1 007～979 m高程間發育一條長大裂隙L26， 產狀為 NW290°NE∠77°,面起伏粗糙， 寬 2～5 cm，局部張開10～15 cm，無充填。裂隙較發育，主要有3 組： ①NE30°～50°SE∠15°～20°； ②NW290°～310°SW∠75°～80°； ③NW330°～350°NE∠60°～75°。 上述裂隙以①組最為發育，其他2組次之。赤平投影分析表明，3組結構面與邊坡均未形成不利組合，邊坡基本穩定。圍巖整體較完整，穩定性較好，局部存在穩定性差的巖石塊體。

右岸發育有兩條斷層f11、f26。主要發育3組裂隙： ①NE30°～50°SE∠15°～20°； ②NW290°～310°SW∠75°～80°； ③NW330°～350°NE∠60°～75°。 上述裂隙以①組最為發育，其他2組次之。赤平投影分析的結果是①、③組結構面和f26、①組結構面與邊坡均形成了楔形不利組合，對邊坡穩定性不利，圍巖整體完整性差。

采取系統錨桿、貼坡混凝土、錨索等工程措施后，兩岸邊坡均處于穩定狀態。

4 結語

天花板水電站壩址區巖體巖性組成較為簡單，為中厚～厚層的粉晶白云巖和富藻粉晶白云巖，大部分巖體完整或較完整。壩基局部的斷層及其影響帶對抗滑穩定略有影響，右岸邊坡局部的結構面不利組合對邊坡穩定影響較大。針對主要工程地質問題，采取了一些工程處理措施，在保證安全的前提下，結合大量的地質成果分析，大壩建基面抬高6 m，工程地質技術上取得了突破。