金安橋水電站樞紐區(qū)工程地質條件評價

高 健，孫朝碧

（中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院，云南 昆明 650051）

1 樞紐區(qū)的工程地質條件

金安橋電站樞紐區(qū)金沙江總體呈向東凸起的弧形，主體建筑物布置地段河流近南北向，枯期河水面高程為1 294 m，水面寬60～100 m，水深約10 m。河谷呈 “V”形，為縱向單斜谷，兩岸地形基本對稱，山體雄厚，地形陡峻。因受流層產狀和順河向陡傾角結構面影響，兩岸岸坡多為階梯狀地形。右岸為逆向坡，在高程1 320～1 350 m之間為長約1 500 m，寬100～170 m的平緩臺地。兩岸淺溝發(fā)育，左岸有5條，右岸有7條。

樞紐區(qū)分布的地層主要為二疊系上統(tǒng)玄武巖組上段，巖性有玄武巖、杏仁狀玄武巖夾火山角礫熔巖及凝灰?guī)r，樞紐區(qū)分布有數(shù)層連續(xù)性較好的凝灰?guī)r，其中對建筑物影響較大的有t1b、t1c、t2、t34層。受構造影響，玄武巖較破碎，河床部位分布有較厚的裂面綠泥石化玄武巖巖體，杏仁狀玄武巖及火山角礫熔巖巖體相對較完整。凝灰?guī)r屬相對軟弱巖層，常發(fā)生順層擠壓并出現(xiàn)泥化現(xiàn)象，個別凝灰?guī)r有崩解現(xiàn)象。兩岸零星分布的坡積層厚度一般小于3 m。

樞紐區(qū)巖層呈單斜構造。玄武巖流層呈舒緩波狀，其總體產狀近南北，傾向西，傾角12°～30°。樞紐區(qū)以堅硬的玄武巖為主，構造形跡主要表現(xiàn)為斷裂構造，斷層等破裂結構面較發(fā)育。壩段內無區(qū)域性Ⅰ級結構面，分布的Ⅱ級結構面斷層有3條，但均遠離主要建筑物。已發(fā)現(xiàn)的Ⅲ級結構面斷層有47條，按產狀主要有以下兩組：①N50°～80°W，NE（少量 SW） ∠70°～90°； ②N10°～30°W， NE 或 SW∠60°～90°。它們多分布于樞紐區(qū)下游邊緣，對建筑物影響較大的有F63和F77，F(xiàn)63縱貫右岸壩基及溢洪道邊坡， 產狀 N10°E， SE∠87°或 N3°～5°E， NW∠80°～85°破碎帶寬0.5 m，主要由角礫巖、糜棱巖、片狀巖、構造透鏡體及斷層泥組成，膠結差。F77橫穿溢洪道邊坡及泄槽， 產狀 N75°～85°W， NE∠75°～85°，破碎帶寬0.5～1.2 m，主要由碎裂巖、角礫巖、糜棱巖、斷層泥、片狀巖、透鏡體組成，膠結差。Ⅳ級結構面包括小斷層 （f）、擠壓面 （g）及綠簾石、石英脈錯動面 （EP）。其中，f、g以近EW和近SN兩組陡傾角為主，EP為緩傾角硬性結構面，已發(fā)現(xiàn)的延伸較長的EP有31條，主要分布在兩岸江邊，特別是左岸Ⅰ勘線至Ⅲ勘線之間。根據(jù)其產狀可分如下兩組： ①N20°～40°E， NW∠20°～35°； ②近EW，S∠20°～35°；屬Ⅴ級結構面的節(jié)理裂隙發(fā)育，以陡傾角為主，按走向可分為近EW、近SN和NW向3組。

樞紐區(qū)物理地質作用較強烈，主要物理地質現(xiàn)象有崩塌、巖體風化和卸荷。崩塌作用以滑移型崩塌為主，底面受凝灰?guī)r層面控制。樞紐區(qū)左岸為順向坡， 1 360～1 600 m高程間從上游到下游分布有B1、B2、B20三個規(guī)模較大的崩塌堆積體，體積分別達 246×104、 84×104m3和 226×104m3。 一般厚度達20～40 m，最厚達60余m。其中，B2崩塌體表層為崩塌堆積，下部為一卸荷松動巖體。

樞紐區(qū)巖體風化不強烈，以物理風化為主，岸坡一般無全風化層，河床部位無強風化層且一般無弱風化上帶。兩岸強風化帶厚度一般小于15 m，局部可達20～25 m；弱風化帶厚度一般30～50 m。其中，上帶一般厚10～25 m，下帶一般厚20～40 m，但河床部位一般小于20 m。壩址左岸為順層坡，流層緩傾坡外，卸荷裂隙水平發(fā)育深度約30～48 m，最深達90余m。右岸卸荷裂隙的發(fā)育深度較左岸稍小，一般為24～30 m，最深為58 m。在右岸灘地部位發(fā)育有水平卸荷回彈裂隙，裂隙多沿流層理發(fā)育，張開0.5～3.0 cm，充填次生黃泥及巖屑，延伸長度一般為3～5 m，長者大于10 m，垂直發(fā)育深度15～30 m。

壩址區(qū)地下水以基巖裂隙潛水為主，巖體的透水性不均一，總的趨勢是自地表至深部逐漸減弱。相對隔水層 （q＜1 Lu）頂板埋深：河床部位30～50 m，兩岸一般為40～110 m。經對地表水及地下水的水質簡分析，樞紐區(qū)地下水和河水、溝水的化學類型主要為重碳酸鈣型水或重碳酸鈣鉀 （鈉）型水，屬弱堿性淡水，對混凝土無腐蝕性。

根據(jù)巖石的物理力學試驗，玄武巖、杏仁狀玄武巖、火山角礫熔巖等火山巖，平均濕抗壓強度在87.28 MPa以上；由于巖石中玄武質含量不同，凝灰?guī)r表現(xiàn)出抗壓強度差別較大，除個別較純的凝灰?guī)r濕抗壓強度較低僅23 MPa，一般具有較高強度，平均濕抗壓強度達93.86 MPa。

除了裂面綠泥石化巖體及斷層破碎帶變形模量值偏低外，樞紐區(qū)巖體普遍具有很高的變形模量。弱風化下帶鑲嵌碎裂結構巖體的平均變形模量為31.39 GPa；微風化及新鮮塊狀結構巖體變形模量平均值高達40.79 GPa；次塊狀巖體變形模量平均值達36.93 GPa；裂面綠泥石化巖體變形模量偏低，塊裂 （鑲嵌碎裂結構）裂面綠泥石化巖體變形模量平均值為11.75 GPa；碎裂 （碎裂結構）裂面綠泥石化巖體變形模量平均值為4.29 GPa。

巖體抗剪的峰值強度隨巖體的完整性提高而增大，具有良好的對應關系，而殘余強度數(shù)值基本一致，與巖體結構關系不大。此外，巖體的結構類型對巖體與混凝土接觸面的抗剪參數(shù)的影響也不大。

2 壩基工程地質條件

2.1 工程地質條件

壩基分布巖層有玄武巖、杏仁狀玄武巖夾火山角礫熔巖及t1c、t2凝灰?guī)r。兩層凝灰?guī)r均存在順層擠壓并有連續(xù)分布的泥化夾層，F(xiàn)63斷層縱貫右岸壩基上下游，并切穿t1c凝灰?guī)r，形成不利塊體，對局部壩段深層抗滑及變形穩(wěn)定不利；新鮮玄武巖、杏仁狀玄武巖夾火山角礫熔巖，巖石堅硬較完整，但河床壩基部位玄武巖受裂面綠泥石化影響，塊裂與碎裂裂面綠泥石化巖體交錯分布，巖體破碎，強度相對較低，對壩基變形及抗滑穩(wěn)定不利。根據(jù)壩基巖性、巖體結構、風化等因素制定了一套壩基巖體質量分類標準，將壩基巖體由好到差分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5個大類以及Ⅲa、Ⅲb、Ⅳa、Ⅳb4個亞類。其中，兩岸壩基巖體以Ⅲ類為主，占80%以上，具有一定的抗剪強度和變形模量，工程地質條件一般；河床壩基分布的裂面綠泥石化巖體分屬Ⅲb類和Ⅳa類，分別占56%和44%，其中Ⅳa類巖體變形模量偏低，且開挖易受擾動，全部挖除又極為困難，必須采取妥善有效的工程處理措施并嚴格控制施工質量以達到設計要求。

2.2 壩基抗滑、變形穩(wěn)定分析

壩基巖石以玄武巖為主，夾火山角礫熔巖及凝灰?guī)r。玄武巖及火山角礫熔巖巖石堅硬，強度高，濕抗壓強度在80 MPa以上。凝灰?guī)r在新鮮完整狀態(tài)下具有較高的強度，屬硬巖或中硬巖，t1c、t2凝灰?guī)r順層擠壓明顯，具泥化、軟化現(xiàn)象，為軟弱夾層，巖層走向與河流近平行，緩傾右岸偏下游，傾角12°～30°，對壩基抗滑、變形穩(wěn)定不利。t1b位于河床壩段壩基以下20～30 m，總體完整性較好，強度高，對壩基抗滑及變形穩(wěn)定影響不大。分布于左岸壩肩部位的t1c，順層擠壓強烈，泥化夾層厚度大，抗剪強度、變形模量均很低，且埋深淺，有順河向陡傾角結構面?zhèn)认蚯懈睿掠蝨1c又被沖溝切割臨空，已構成十分不利的組合，在工程荷載下對左岸壩肩抗滑及變形穩(wěn)定很不利，進行工程加固處理難度很大，建議對其進行挖除處理。分布于右岸壩基部位的t1c、t2凝灰?guī)r受順河向陡傾角結構面切割，對局部壩段抗滑及變形穩(wěn)定不利，建議對壩基出露地段采取槽挖并置換混凝土，在壩基內部設置抗剪洞等工程措施，以提高其抗滑穩(wěn)定性，并滿足工程要求。除凝灰?guī)r夾層及不太發(fā)育的玄武巖流層外，壩基范圍內分布的少量斷層及Ⅳ、Ⅴ結構面以陡傾角為主，對壩基抗滑穩(wěn)定一般不起控制作用。對延伸較長且緩傾上、下游的綠簾石、石英錯動面應分析其對局部壩基抗滑穩(wěn)定的影響及處理措施。分布于河床壩基下的裂面綠泥石化巖體，特別是Ⅳa類巖體，抗剪強度及變形模量較低，對壩基抗滑及變形穩(wěn)定不利，應進行專門研究，采用調整上部結構，并進行有效的工程處理以提高其整體抗滑穩(wěn)定性及抗變形能力。

2.3 壩基滲透穩(wěn)定分析

壩基巖體以玄武巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，但延伸長度有限且多閉合，巖體透水性較弱，不存在發(fā)生化學管涌及機械管涌的問題。分布于右岸的t1c、t2凝灰?guī)r及斷層F63貫穿整個壩基，需注意斷層破碎帶及凝灰?guī)r順層擠壓泥化帶的滲透穩(wěn)定問題。根據(jù)左岸t1c凝灰?guī)r泥化夾層試驗資料，滲透系數(shù)在2×10-5～3×10-5cm/s之間，臨界水力坡降達1.3。分析顯示，貫穿右岸壩基上下游的t1c、t2凝灰?guī)r及斷層F63，在水庫蓄水后的實際工程水力坡降均小于凝灰?guī)r泥化夾層的臨界水力坡降，沿凝灰?guī)r和斷層產生滲透變形的可能性不大；但從安全考慮，需對其進行必要的防滲處理。

3 壩后廠房及尾水渠地基的工程地質條件

廠房布置于壩后河床，建基高程1 255 m，基礎置于微、新巖體中，巖性以玄武巖為主夾火山角礫熔巖及t1b凝灰?guī)r，玄武巖流層及凝灰?guī)r夾層走向與廠房軸線近垂直，緩傾右岸。除揭露有兩條順河向陡傾角小斷層外，未見Ⅲ級以上斷層分布。t1b出露于廠基部位埋深6（左邊墻）～46 m （右邊墻）位置，巖性已相變?yōu)槟屹|火山角礫熔巖，巖石堅硬完整，強度高。巖體裂面綠泥石化不強烈，巖體類型以Ⅲb類為主，少量Ⅳa類。尾水渠部位為弱風化下部及微、新巖體，工程地質條件與廠基相似。總體上，廠基及尾水渠工程地質條件一般，將局部裂面綠泥石化強烈的Ⅳa類巖體挖除，并對Ⅲb類巖體適當處理后，基礎可以滿足要求。

4 溢洪道的工程地質條件

4.1 地基的工程地質條件

溢洪道布置于右岸邊，底板寬88 m，長394～594 m，前后泄槽段開挖深度相對較淺，開挖深度一般10～20 m，地基巖體為玄武巖，部分火山角礫熔巖及t1c凝灰?guī)r夾層。巖體為強風化～弱風化上帶，巖體完整性差。由于強風化巖體呈散體～碎裂狀結構，抗剪及抗變形能力低，地基條件較差，將地基內強風化巖體全部挖除并對t1c凝灰?guī)r夾層、F50、F27及F77斷層及小斷層破碎帶進行處理后，地基可滿足設計要求；但需注意，t1c凝灰?guī)r及水平卸荷回彈裂對溢洪道基礎抗浮穩(wěn)定的影響。消力池布置于溢洪道中后段，長約210 m，底板開挖高程1 278.5 m，開挖深度40～60 m。地基巖體為玄武巖及火山角礫熔巖，t1c凝灰?guī)r在右側邊墻腳出露。巖體以微風化及新鮮為主，部分弱風化下部巖體，完整性較好。對t1c凝灰?guī)r夾層進行處理后，地基可滿足設計要求。

4.2 邊坡的工程地質條件

溢洪道布置于右岸臺地部位，前后泄槽段開挖邊坡高度較小，里側邊坡高度小于40 m。消力池部位底板開挖高程1 278.5 m，里側邊坡高達80～100 m。溢洪道外側與右岸沖沙底孔泄槽相鄰，向外為廠房及尾水渠邊坡。溢洪道外側不存在邊坡穩(wěn)定問題。

內側邊坡位于緩坡臺地與陡坡交接處，除在10號沖溝部位分布有5～10 m厚的洪積物外，絕大部分為巖質邊坡。其中，前后泄槽段邊坡主要由弱風化上部及強風化巖體構成，消力池部位坡頂由弱上及強風化巖體構成，中下部為弱風化下部及微～新巖體。t2凝灰?guī)r出露在邊坡頂部，t1c出露在消力池邊坡底部，巖層緩傾坡內，對邊坡穩(wěn)定影響不大，但應注意凝灰?guī)r泥化夾層的壓縮變形問題。邊坡頂部發(fā)育F63斷層，同時邊坡中順坡陡傾節(jié)理較發(fā)育，有產生傾倒變形破壞的條件。邊坡強風化巖體較破碎，巖體完整性差、強度低，邊坡開挖后有沿其底界面產生 “脫殼”滑移失穩(wěn)或沿最大剪應力面發(fā)生局部類似圓弧形塌滑的可能。

5 結語

金安橋水電站樞紐區(qū)以堅硬的玄武巖、杏仁狀玄武巖及火山角礫熔巖為主。河床部位分布有大量的裂面綠泥石化巖體，相對軟的凝灰?guī)r夾層在后期構造變動過程中多發(fā)生順層擠壓并出現(xiàn)軟化、泥化現(xiàn)象，對壩基抗滑、變形及邊坡穩(wěn)定影響較大，從而使得樞紐區(qū)工程地質條件較為復雜。針對樞紐區(qū)主要工程地質問題，采取了相應的工程處理措施，在保證工程安全的前提下，壩基充分利用了裂面綠泥石化巖體，節(jié)省了投資，在工程地質技術上取得了成功。