白河水電站壩基巖體長大結構面分析與處理

劉高峰 林仕祥 向能武 唐良輝 廖偉

摘要：白河水電站一期泄洪閘壩基巖體開挖揭露出3條長大結構面，對壩基及上部建筑物的穩定影響較大，一度嚴重制約工程順利建設，且不利于工程安全。通過分析與研究長大結構面的發育特征、結構面性狀，評價其對大壩的不利影響，針對不同的結構面及時提出了切實可行的處理措施建議，并付諸實施，以滿足大壩壩基變形與抗滑穩定的要求。工程蓄水運行實踐表明：工程處理效果良好，對長大結構面進行及時而有效的處理對電站一期工程的順利建設和投運、確保工程安全具有重要意義。

關 鍵 詞：長大結構面; 發育特征; 處理措施; 泄洪閘壩基; 白河水電站

中圖法分類號： P642

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.12.018

0 引 言

白河水電站位于陜南和鄂西北交接處的漢江上游干流，開發任務主要為發電、航運。水庫總庫容2.67億m3，電站裝機容量18萬kW，樞紐建筑物包括廠房、泄洪閘、船閘及兩岸非溢流重力壩等，屬Ⅱ等大（2） 型工程。工程區地處秦嶺褶皺系，壩址區成巖環境為早古生代寒武紀一套低溫淺變質巖系，巖體中斷裂構造發育，其中泄洪閘壩基巖體中分布長大結構面，對壩基及上部建筑物的穩定不利[1]，如何及時而高效地對壩基巖體長大結構面進行分析和處理，對確保工程順利建設具有重要意義。中國水利水電工程建設在壩基分析與處理方面積累了很多經驗，針對壩基結構面的處理方法包括清挖、追蹤、刻槽、置換、灌漿、錨固、抗滑樁（洞）等[2-4]。鑒于地質條件具有唯一性和不可復制性的特點，白河水電站壩基巖體長大結構面分析與處理的方法同樣值得類似工程借鑒。

1 壩基地質條件

白河水電站壩址河谷呈較寬闊的不對稱“U”字形，谷底寬220～300 m，壩頂高程207.2 m，最大壩高58.6 m。工程分兩期施工，其中一期工程建基巖體主要為千枚巖和結晶灰巖兩大類，廠房壩段壩基主要為千枚巖，泄洪閘壩基以結晶灰巖為主。

一期3孔泄洪閘壩基建基面高程165.23～168.23 m，上下游設有齒槽，右側1號泄洪閘部位以1∶0.6的斜坡與廠房開挖建基面銜接，坡腳高程148.6～151.1 m。該段壩基開挖揭露地層巖性為寒武系中統岳家坪組第二段（∈2y2），含石英結晶灰巖夾鈣質千枚巖，鈣質千枚巖夾層相間分布，厚度10～30 cm。片理走向300°～310°，與壩軸線交角47°～57°，傾向SW（右岸偏上游），傾角50°～70°，片理揉皺及巖體斷層裂隙較發育。壩基巖體主要呈微風化-新鮮狀，其主要物理力學指標見表1。建基巖體主要屬較軟-中硬巖，巖體完整性較好，巖體基本質量為Ⅲ類[5-6]。根據前期勘察壓水試驗成果可知，建基巖體主要為微-弱透水性。

2 長大結構面發育特征

一期泄洪閘壩基開挖揭露長大結構面主要有f8、f9和f10斷層（見圖1）。其中f8和f9斷層均發育于f10斷層下盤（北側）的緩傾角斷層，f8斷層貫穿整個一期泄洪閘壩段，f9和f10斷層主要分布于泄洪閘壩基右側。各斷層發育特征見表2。

根據前期勘察成果、類似工程經驗[7-8]并結合開挖揭露結構面性狀，包括巖層片理面及裂隙，可知壩基巖體結構面抗剪斷強度指標如表3所列。開挖揭露顯示：沿f9和f10斷層一般未見或局部微滲水，沿 f8斷層相間分布集中滲水點，鉆孔壓水試驗結果為1.1～5.2 Lu（局部24.9～69.9 Lu），施工期總滲水量結果為860～2 000 L/min。

前期勘察及施工期補充勘察鉆孔壓水試驗顯示沿斷層主要具弱透水性，局部中等透水。開挖揭露沿斷層主要分布4處集中滲水點，滲流量與堰外江水呈正相關性。

3 長大結構面對大壩的影響

3.1 對大壩的影響

（1） f8斷層。

f8斷層走向NNW，與壩軸線夾角較小，為7°～37°，傾向W偏S（上游），傾角30°左右，可見延伸長度大于90 m，縱貫整個一期泄洪閘壩段及縱堰壩身段，上游向下延伸，在大壩軸線埋深為12.8～23.8 m。斷層帶寬0.5～30.0 cm，主要由碎裂巖組成，鈣泥質膠結，沿斷層不同程度溶蝕呈縫，溶縫高多小于0.5 m，主要充填黏性土。沿斷層具有一定的透水性，其中泄洪閘右側坡沿其滲水量較大（W1-3）。開挖揭露斷層形態特征見圖2。

根據開挖揭露的壩基巖體結構面發育狀態及組合特征進行分析可知，f8斷層與近南北走向裂隙及片鈣質千枚巖夾層組合可形成不利結構體，對壩基抗滑穩定不利。最不利的是壩軸線附近分布規模較大的近南北走向陡傾下游裂隙，與f8斷層及鈣質千枚巖夾層組合切割構成的結構體，壩基抗滑穩定性分析的地質剖面見圖3。

（2） f9斷層。

f9斷層近東西走向，主要分布于泄洪閘右側壩基淺表層，斷層面起伏較大，主要傾向SE，局部傾向SW，傾角較平緩，為12°～21°，建基面以下埋深0～6 m。斷層帶寬0.03～0.10 m，局部寬0.15～0.20 m，主要由碎裂巖組成，沿斷層局部輕微溶蝕呈窄縫。斷層下游側受f8斷層、上游側受f10斷層切割，形成不利結構體，斷面較平緩，上盤巖體單薄，為發育于壩基淺表層的緩傾角斷層，對壩基抗滑穩定不利。

（3） f10斷層。

f10斷層靠近泄洪閘右側坡展布，由于f10斷層上盤巖體完整性較差，加之該部位設計輪廓線較復雜，開挖爆破難以控制，開挖過程中大部分坡段順f10斷層面產生垮塌，僅靠近下游齒槽段部分殘留。殘留巖體順斷層方向長約15 m，厚3～5 m，巖體單薄，巖體內NE走向陡傾角裂隙發育，裂面多不同程度風化，巖體受片理面及裂隙切割完整性較差，對壩基穩定不利（見圖4）。

（4） 結構面組合。

弱切層斷層f10發育規模相對較大，f8、f9緩傾角斷層均發育于其下盤，f9斷層被f8切斷，斷距小于1.0 m，結構面組合特征見圖5。根據設計開挖線及結構面組合可知，緩傾角f8斷層、泄洪閘壩基右側f9及f10斷層上盤巖體單薄，對壩基變形與抗滑穩定不利。

3.2 處理建議

一期壩基開挖過程中，根據開挖揭露長大結構面的發育情況，及時進行了地質分析并提出了施工地質簡報，具體處理建議如下。

（1） 結合泄洪建筑物對f8斷層進行壩基抗滑穩定核算。

（2） 為確保壩基穩定，建議針對f8斷層，對泄洪閘壩段建基巖體進行適當加固處理;對開挖揭露f8斷層上盤相對破碎及單薄巖體進行清挖回填混凝土處理。

（3） 鑒于沿f8斷層存在滲水現象，建議泄洪閘壩段及縱堰壩身段大壩防滲帷幕伸入f8斷層下盤一定深度。

（4） f8斷層延伸至河床左側，同樣存在不利結構體，二期工程設計、施工須重點關注。

（5） 為確保壩基穩定，建議對壩基范圍內f9斷層上盤單薄巖體全部予以挖除并回填混凝土;建議對泄洪閘右側坡f10斷層上盤殘留單薄巖體予以挖除。

4 長大結構面工程處理

4.1 主要處理措施

針對上述工程地質問題和處理措施建議，在一期泄洪閘工程實施過程中，幾乎完全按地質意見進行了工程處理。

（1） 經設計，結合泄洪建筑物對f8斷層進行了壩基抗滑穩定復核計算，壩基抗滑穩定可滿足要求。

（2） 針對f8斷層，布置了適量的加混凝土蓋重固結灌漿對壩基進行了加固。固結灌漿前對沿斷層滲水進行了專項封堵處理。

（3） 對f8斷層上盤相對破碎及單薄巖體進行清挖回填混凝土處理，最大清挖深度約4 m;對壩基范圍內f9斷層上盤單薄巖體進行了挖除回填混凝土處理;對泄洪閘右側坡f10斷層上盤殘留單薄巖體進行了挖除處理（見圖6）。

（4） 泄洪閘及縱堰壩身段大壩防滲帷幕伸入f8斷層下盤5 m以上。

4.2 處理效果

在白河水電站一期工程下閘蓄水后1 a多的時間里，大壩安全監測成果顯示，泄洪閘壩基變形趨勢總體較平穩，最大壓縮變形量小于0.6 mm（見圖7），壩基滲壓及揚壓力、大壩水平位移等監測值均無異常;壩基固結灌漿及壩前帷幕灌漿壓水試驗檢查，透水率均小于3 Lu;一期長約230 m的大壩基礎廊道排水孔觀測最大總滲流量約1.2 L/s，滲流量小且相對穩定;壩基整體穩定。這表明對壩基長大結構面采取工程處理后，可滿足大壩壩基變形與抗滑穩定的要求，處理效果良好[9-10]。

5 結 語

白河水電站一期工程下閘蓄水后，泄洪閘壩基變形、滲壓及揚壓力、大壩水平位移等安全監測成果顯示均無異常，壩基整體穩定，大壩基礎廊道滲流量小且相對穩定。表明對壩基長大結構面采取工程處理后，可滿足大壩壩基變形與抗滑穩定的要求，處理效果良好。對壩基開挖揭露巖體長大結構面及時進行分析研究和采取切實有效的工程處理，對工程的順利建設和確保工程安全具有重要意義，為提前1 a實現4臺機組投運及其所產生巨大經濟效益和社會效益打下了堅實的基礎。同時，本文針對多層次壩基、發育特征各異且相互組合切割的多條建基巖體結構面，在把握住壩基工程地質關鍵技術的基礎上，所采取的分析研究和處理的方法具有技術創新性，并兼顧了安全與經濟，該工程成功的實踐經驗對類似水利水電工程的勘察設計施工具有一定的借鑒和參考價值。

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（編輯：胡旭東）

Analysis and treatment of long and large structural plane of dam foundation rock mass in Baihe Hydropower Station

LIU Gaofeng1，LIN Shixiang1，XIANG Nengwu1，TANG Lianghui2，LIAO Wei1

（1.Changjiang Geotechnical Engineering Corporation （Wuhan），Wuhan 430010，China; 2.CGN Hanjiang Hydropower Development Co.，Ltd.，Ankang 725800，China）

Abstract：

During excavation of the dam foundation of the first-stage flood discharge sluice of Baihe Hydropower Station，three long and large structural planes were exposed，which had great influence on the stability of the dam foundation stability and the upper buildings，and once seriously restricted the smooth construction of the project and was unfavorable to the safety of the project.In this paper，the development characteristics and structural face traits of the three long and large structural planes were analyzed，and their adverse effects on the dam were evaluated.In view of different structural planes，practical and feasible treatment measures were proposed and put into practice to meet the requirements of dam foundation deformation and anti-sliding stability.The operation of this project proved that the engineering treatment effect was good.Timely and effective treatment for long and large structural planes was of great significance to the smooth construction and operation of the first phase of the power station project and to ensuring the safety of the project.

Key words：

long and large structural plane;development characteristic;treatment measures;dam foundation rock mass of discharge sluice;Baihe Hydropower Station