南歐江三級水電站壩基工程地質條件評價及分析

鐘輝 張燚

中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司

1 引言

南歐江為湄公河在老撾境內最大的一級支流，整個流域按“一庫七級”方案進行開發[1]，其中南歐江三級水電站位于南歐江中游，為流域開發方案中第三梯級。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模不大，連續性差的基巖灘地。

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，主要成分為砂質粉土、碎塊石質粉土、粉質黏土等。下伏含鈣質、白云質砂質板巖，紫紅色、青灰色，變余泥質結構，板狀構造。

壩基部位為單斜構造，巖層產狀近SN，E∠75°～90°，傾左岸偏上游，為斜向谷。未見Ⅲ級及以上結構面，Ⅳ級結構面以擠壓面（帶）為主。Ⅴ級結構面以板理面和兩組節理為主：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。

壩址區物理地質現象主要表現為巖體風化和鈣質流失。兩岸全風化層底界埋深約5m～10m；強風化層底界埋深左岸約13m～22m，右岸約10m，局部受構造影響，存在夾層風化現象；弱風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、強風化巖體，弱風化層底界埋深約為20m。巖體受地下水活動影響，左岸局部地段強風化～弱風化巖體中可見輕微～中等鈣質流失現象，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 壩基工程地質條件評價及缺陷處理

3.1 壩基工程地質條件評價

壩基開挖后，所揭露的地質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化巖體，局部可見鈣質流失殘留小溶孔；2#壩段以弱風化巖體為主，局部為強風化。2#壩段分布3條Ⅳ級擠壓帶，均沿板理面發育，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級結構面主要為板理面和緩傾節理J1。1#壩段強風化巖體為碎裂結構，巖體質量類別為Ⅳ2類；2#壩段巖體以薄層狀為主，夾塊裂和碎裂結構，巖體質量類別為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化巖體，分布Ⅳ級擠壓面4條，產狀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級結構面主要為板理面和節理J1和J2。巖體結構以中厚層～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化巖體，未見Ⅳ級及以上結構面，Ⅴ級結構面主要為板理和2組節理J1和J2。巖體結構為中厚～厚層狀，巖體質量類別為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化巖體。9#～11#壩段揭露Ⅳ級結構面7條，其中Gy-1規模稍大，產狀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，物理力學性質較差；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級結構面主要為板理和節理J1和J2，J1廣泛分布，J2零星分布。巖體結構為中厚～厚層狀，巖體質量類別為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化巖體，未見Ⅳ級及以上結構面，Ⅴ級結構面主要為板理和節理J1。巖體結構以中厚層～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 壩基地質缺陷處理

壩基工程地質條件整體一般，巖體質量以Ⅲ2類為主，兩岸壩肩附近巖體質量稍差，以Ⅳ1類為主，Ⅳ2類巖體僅局部分布。開挖揭露的地質缺陷主要表現為3類：①規模稍大的Ⅳ級結構面；②不利結構面組合切割的塊體；③鈣質流失導致的物理力學性質較差的巖體。

針對揭露的地質缺陷，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級結構面采用槽挖，清除軟弱物質后回填，清槽深度按結構面寬度的1.5倍～3倍控制。

（2）對不利結構面組合切割的塊體進行清除后回填。

（3）對鈣質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均為緩傾結構面，破碎帶性質較差，且推測二者連通，考慮到二期導流側向水壓力對其存在不利影響，為保證中隔墻穩定，在影響范圍內增設了錨筋樁，同時進行固結灌漿。

4 壩基穩定性分析

4.1 壩基抗滑及變形穩定分析評價

壩基范圍未發現規模較大的Ⅲ級及以上結構面，揭露的Ⅳ級結構面以擠壓面（帶）為主，膠結一般較好。Ⅴ級結構面主要為板理面和J1、J2兩組節理。

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缺陷處理，并對壩基進行了固結灌漿和帷幕灌漿，局部固結灌漿加深加密。中隔墻受Gy-1和gy-1影響的范圍增設了錨筋樁。

緩傾下游的結構面在局部出露較密集，多為剛性接觸，通過固結灌漿，增強了巖體的完整性，不存在淺層抗滑穩定問題。陡傾上游的結構面亦為剛性結構面，總體不發育，不存在與緩傾下游的結構面組合切割形成不穩定塊體的可能，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、校核洪水位和設計地震3種工況進行抗滑穩定計算。經計算，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，均大于規范η≥1的要求。

為監測壩基巖體變形，在2#、5#、11#壩段布置了基巖變位計。根據監測成果顯示，在2021年5月當前位移值在-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，數據穩定，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

根據壩基抗滑穩定復核及監測成果，抗滑穩定性良好。

4.2 壩基滲漏評價

壩基巖性均一，除1#～2#壩段上部為強風化巖體外，其余壩段均為弱風化巖體。弱風化巖體為弱透水性，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，經處理后的壩基滲透性微弱。對大壩進行滲流計算復核，在正常蓄水位工況下，壩體與壩基總滲流量為569.5m3∕d。根據監測成果分析，在2021年5月當前壩基滲流量為244.51m3∕d，大壩總滲流量為295.14m3∕d（見圖2）。經滲流計算復核和監測驗證，壩基經處理后，防滲效果明顯，滲流量滿足設計要求（〈1000m3∕d），其滲流量控制在有效范圍內。

圖2 壩基滲流量變化曲線圖

5 結束語

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