百龍灘水電站船閘工程地質問題及處理

陳承今

摘 要：文章介紹了百龍灘水電站船閘工程的地質條件，并對船閘工程存在的軟弱地基、邊坡穩定等主要工程地質問題及其處理進行了論述。

關鍵詞：船閘工程；工程地質；軟弱地基；邊坡穩定

中圖分類號：U641 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）18-0132-02

1 工程概況

百龍灘水電站位于廣西馬山縣百龍灘鎮紅水河上，上游距大化電站約27.6 km，下游距惡灘電站約75 km。電站一期工程于1993年開工建設，1996年并網發電。樞紐建筑物由碾壓混凝土重力臺階式溢流壩、河床式廠房、船閘及沖砂閘、左右岸接頭壩及開關站組成。

船閘布置于樞紐右岸灘地，是一座單級船閘，縱軸線與壩軸線正交，主要由上游引航道、船閘本體段和下游引航道等部分組成，全長約1 170 m。船閘近期為V級船閘，遠期對下游引航道擴建后可達到IV級航道的通航標準。船閘有效尺度為120 m×12 m×2.5 m（長×寬×門檻水深）。設計通航規模為：近期通航1頂2×250 t級硬綁船隊，遠期通航1頂2×500 t級硬綁船隊。

2 區域地質構造及地震

本區位于廣西山字型構造前弧西翼中南段，構造線以北西和北北西為主，褶皺與斷裂均較發育，褶皺以北北西向條形褶皺、隔槽式褶皺和短軸背向斜褶皺為主。

工程區在地震構造分區上屬桂西北構造地震區，地震規模均較小。據《中國地震動峰值加速度區劃圖》（GB18306-2001）及《建筑抗震設計規范（GB50011-2001）》附錄A劃分，場地區地震動峰值加速度為0.05 g，相當于地震基本烈度6度。

3 船閘工程地質概況

3.1 地形地貌

船閘位于壩址河床右岸基巖灘地邊緣，原地面高程106～120 m，灘地之上為一級基座階地，階地高程為150～157 m，階地寬20～200 m，階地上沖積層厚度0～25 m，人工堆積0～15 m。

3.2 地層巖性

工程區地層主要有第四系（Q）覆蓋層、三迭系（T）及二迭系（P），現分述如下：

①第四系：按成因主要有人工堆積、沖積及殘坡積3類。

②三迭系（T）：主要為碎屑巖層，有中統（T2）和下統（T1）。

③二迭系（P）：按巖性組合自上而下可分為上統（P2）和下統（P1 m）。

3.3 地質構造

船閘區巖層為單斜構造，走向：340？觷～350？觷/SW∠30？觷～45？觷，與河流方向夾角70？觷～80？觷，傾向上游。斷層以陡傾角為主，主要斷層按其走向歸納為如下三組：

①北西向組。主要有F9斷層，斷層出露于電站壩址右岸上游灘地，斜切大婆山及壩線，經廠房往東南與F16相交，可測長約1 400 m，斷層走向N65？觷～75？觷 W，傾向SW或NE，傾角80？觷～90？觷 W，為左行平移正斷層。斷層水平斷距10～30 m，垂直斷距17m，斷層破碎帶寬0.5～9.0 m。構造巖為壓碎巖、片狀巖、方解石及少量斷層泥。斷層帶平均縱波速VP=3 420 m/s。

斷層在航下0+154至航下0+260段斜穿下閘首及下引航道右上側，并往下游延伸至4#靠船墩部位。

②北北西向組。主要有F16斷層，分布于尾水渠及船閘下引航道中段，斜穿河床，延伸長約1 000 m，為逆斷層。斷層走向N5？觷～20？觷 W，傾向SW，傾角70？觷。破碎帶寬0.5～1.0 m，構造巖為糜棱巖、壓碎巖。

此外北北西向斷裂尚有F23、f970斷層，但規模較小，均屬左行平移斷層。其中F23斷層分布在下引航道出口右側；f970斷層分布在閘室右側沖砂閘出水道內。

③北東東向組：主要有F24、f662、f849、f990斷層，斷層規模較小。其中F24分布于下引航道左隔水墻，產狀88？觷/SE∠85？觷，與下引航道近平行；f662分布于船閘上閘首，向北東方向延伸至F9。這些小斷層均為F9斷層分支，具右行壓扭性特征，斷層破碎帶寬0.1～0.7 m。構造巖為片狀巖、壓碎巖及少量斷層泥。

3.4 水文地質

船閘區地下水類型主要有孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水三類，其補給源為大氣降水、河水。在碎屑巖體內，一般含水透水性較弱，巖體透水率q一般小于5.0 Lu；巖溶水分布于碳酸巖分布區，以巖溶—裂隙水為主，局部有裂隙—溶洞水，巖體透水率q一般在0.6～21 Lu，或滲透系數k值為9.4～13.2 m/d，屬中等—弱透水，局部地帶受斷裂構造影響，溶洞發育，滲透系數k達112 m/d，屬強透水性，與河水有水力聯系。

據水質分析，區內水化學類型主要為低礦化度（小于150 mg/L）重碳酸鈣水。白云巖、白云質灰巖分布區為重碳酸鈣鎂水，三疊系地層中地下水也普遍含有鈣。PH值一般為7.5～7.85，呈弱堿性水，總硬度為7.5～12.5德國度，為微硬水。

4 船閘區主要工程地質問題及處理

船閘的上游引航道、上閘首部分底板和邊墩均已竣工，船閘區主要工程地質問題集中在閘室段、下閘首、下游引航道、下游主副導航墻及下游靠船墩等地段。

4.1 閘室段軟弱地基問題及處理

閘室分布在航下0+026至航下0+154，以16 m為一段，共分8段。基坑原已開挖至高程109.0 m，并已采用混凝土鋪蓋保護。閘室第1段建基面高程106.0 m，第2～8段建基面高程107.8 m，開挖深度約1.2m～3.0 m，基坑開挖基本將鋪蓋拆除，僅在閘室第4～7段殘留有約占1/2建基面面積的舊混凝土。

地基出露地層主要有T13、T14、T15巖組，弱風化～微風化。殘留的舊混凝土厚約0.1～1.0 m，前期未作清基就進行澆筑，其底部與基巖接觸面處存在碎石、泥等充填物，下伏基巖呈較破碎狀。閘室在航下0+100附近分布有順巖層走向的強風化凝灰巖夾層t65，寬約0.5 m；在航下0+120附近分布有層間擠壓錯動帶Ph201，帶內巖體破碎，寬約2.0 m。

殘留舊混凝土鋪蓋、強風化凝灰巖夾層t65及層間擠壓錯動帶Ph201為軟弱地基，施工中采取了如下地基處理：軟弱夾層t65及層間錯動帶Ph201采用深挖1.5倍寬度及置換回填混凝土處理。殘留的舊混凝土鋪蓋范圍巖體物理力學性質尚未滿足設計要求，進行了固結灌漿處理，共布置了55個灌漿孔，孔距2 m～3 m，孔深7 m，其中混凝土內2 m，基巖內5m，灌漿壓力在閘室最左邊采用0.4 MPa，其余為0.6 MPa。

軟弱夾層、層間錯動帶及基巖陡坎經處理滿足設計要求。殘留舊混凝土鋪蓋范圍的地基固結灌漿質量采用同一孔灌漿前、后聲波測試對比檢驗，共抽檢了3個孔，灌前縱波速Vp值3 082～4 329 m/s，平均值為3 556 m/s，灌后縱波速Vp值4 040～6734m/s，平均值為5 661 m/s，平均值提高了59.2%，可見固結灌漿使地基巖體力學強度得到了明顯補強。閘室建成多年未發現異常裂縫及沉降，地基經處理后的力學強度滿足結構要求。

4.2 下閘首段軟弱地基問題及處理

分布在航下0+154～航下0+191.7，建基面高程103～105 m，開挖深度約4～6 m，局部約7.5 m。

地基出露地層主要有T12、T11巖組：地基上游段主要出露薄層白云質灰巖與白云質泥灰巖互層（T12），巖體屬較堅硬巖～堅硬巖，微風化，較完整；地基下游段主要出露中～薄層含粉砂含鈣質泥巖夾灰巖（T11），巖體力學強度較低，結構松散、破碎。

下閘首段主要發育有斷層F9和F24：F9為左行平移斷層，分布于下閘首左側，走向為北西西，傾向南西，傾角80？觷，水平錯距約10 m，斷層破碎帶寬2～5 m，帶內為壓碎巖、斷層泥充填；F24為左行平移斷層，分布于F9左側，走向北東東，傾向南東，傾角85？觷，水平錯距約2 m，斷層破碎帶寬約0.5 m，帶內為壓碎巖、斷層泥充填，與F9交匯。

地基下游段T11巖體及F9、F24斷層破碎帶巖體力學性質較差，屬軟弱地基，施工中采取了如下地基處理：對F9、F24斷層破碎帶采用深挖1～1.5倍寬度及置換回填混凝土處理，并對斷層破碎帶及地基下游段T11巖體設置固結灌漿，共布置了60個灌漿孔，孔距2.2～3 m，入巖6 m，灌漿壓力0.6 MPa。

固結灌漿質量采用同一孔灌漿前、后聲波測試對比檢驗，共抽檢了10個孔，灌前縱波速Vp值2 043～4 687 m/s，平均值為3 617 m/s，灌后縱波速Vp值3 711～6 993 m/s，平均值為5 553 m/s，平均值提高了53.5%，可見固結灌漿使地基巖體力學強度得到了明顯補強。下閘首建成多年未發現異常裂縫及沉降，結構運行良好。

4.3 下游引航道軟弱地基問題、邊坡穩定問題及處理

分布在航下0+191.7至下游，航道航下0+191.7～航下0+260為消力池及護坦段，建基面高程108.3～109.8 m，開挖深度約0.7～12.7 m。航下0+260至下游采用天然基巖底板，設計開挖底高程為110.8 m，開挖深度約8.4～18.8 m。

航道段主要發育有斷層F9和F16：斷層F9，呈北西西向從航下0+191.7延伸下游靠船墩4#墩，在航下0+400附近與斷層F16相交，在消力池及護坦部位水平錯距約10 m，破碎帶寬5～9 m，帶內巖體破碎夾泥，受其影響，兩側巖體裂隙發育，呈破碎～較破碎；逆斷層F16，走向北北西，約在航下0+400與引航道斜交，破碎帶寬約1 m，為壓碎巖、劣質煤及斷層泥充填。

斷層破碎帶、影響帶及夾泥溶槽為軟弱地基，施工中采取了如下地基處理：對消力池及護坦部位的F9斷層破碎帶及影響帶采用深挖1～1.5倍寬度及置換回填混凝土處理；對夾泥溶槽采用深挖1.5倍寬度和置換回填混凝土處理。

航下0+523～航下0+750右邊坡高程110.8～120.0 m右邊坡巖溶較發育，局部存在邊坡穩定問題，采取了掛鋼筋網及噴混凝土護面處理。

F9斷層破碎帶、影響帶和航下0+280～航下0+400右邊坡經處理后，運行多年未發現裂縫及坍塌等現象，地基及邊坡穩定性良好。

5 結 語

百龍灘船閘主要工程地質問題為軟弱地基問題和邊坡穩定問題，施工中根據不同的結構及地質條件進行了有針對性的處理。對規模不大的槽狀軟弱地基一般采用深挖1～1.5倍槽度后置換回填混凝土或鋼筋混凝土處理；對物理力學性質較差的殘留舊混凝土鋪蓋、強風化巖體、結構松散破碎巖體一般采用固結灌漿處理，灌漿深度達6 m以上；對發育規模較大的夾泥溶槽還增設了鉆孔鋼筋樁處理；對欠穩定的土質邊坡主要采用了坡率法削坡及掛網噴護處理。工程中采取的地基處理方法經濟可靠、施工簡單，具有一定的可行性，可作為相關工程地質問題處理的經驗借鑒。

參考文獻：

[1] 戴會超，蘇懷智.三峽大壩深層抗滑穩定研究[J].巖土力學，2006，（4）.

[2] 周興志.南水北調新線路—三峽水庫引水濟黃濟華北段工程地質條件[J].工程地質學報，2003，（2）.