角木塘水電站工程碾壓混凝土重力壩建基面（河床段）抬高論證

羅 平，肖 膠，胡大彪

（貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002）

1 工程簡況

角木塘水電站工程位于貴州省遵義市道真縣境內，地處忠信鎮與桃源鄉交界的芙蓉江上，是芙蓉江電站開發中的第10 級，上鄰官莊水電站，下毗浩口水電站。樞紐建筑物為碾壓混凝土重力壩，最大壩高55.0 m，壩頂高程388.00 m。校核洪水位387.034 m，總庫容3259 萬m3，設計正常蓄水位383.0 m，相應庫容2332 萬m3，死水位381.0 m，電站裝機容量70 MW。

2 前期勘察成果

2.1 壩址地形及地層巖性

壩址河谷為不對稱“U”型谷，左陡、右緩，枯水期河水面高程約353.64 m，水深0.6 m～6.7 m，水面寬25.1 m～39.12 m，河流流向為N54°E，在下游一帶微轉為N42°E；左岸地形較為陡峻，地形坡度32°～70°，右岸地形坡度為34°～51°，兩岸地形呈下緩上陡的形態。

大壩地基出露巖性為二疊系中統棲霞組（P2q）灰巖及茅口組（P2m）灰巖夾薄層炭質頁巖，河床為沖洪積層，主要為塊石、砂卵石層，厚11.3 m～18.9 m。

2.2 構造及結構面

壩址區位于浩口向斜的北西翼，壩址區發育有一條順河斷層F2，平面形態呈“～”展布，其產狀為N10°～50°E/SE∠63°～65°，為陡傾斷層，延伸長約3.0 km，與壩軸線大角度相交。壩址區左岸巖層傾角為23°～49°，傾左岸；右岸巖層傾角31°～72°傾右岸。受斷層影響，左岸地層發生倒轉，老地層分布在上部，新地層分布在下部。

2.3 溶蝕風化分帶

根據地表地質調查、鉆孔、平洞揭露、物探測試等，并結合地形、地貌和地層巖性等特征，河床強風化深15 m～20 m，弱風化下限深度18 m～25 m。

2.4 巖溶水文地質條件

壩址區分布巖體主要為碳酸鹽巖夾少量碎屑巖，前期勘察通過地表地質測繪、鉆探、勘探平硐結合物探手段，未發現較大規模的溶洞及溶槽發育，綜合評價得出壩址區巖溶弱發育，巖溶水文動力地質條件簡單。

2.5 壩基巖體工程質量分類

根據壩區室內試驗資料，弱風化巖塊飽和單軸抗壓強度40 MPa～70 MPa，鉆孔聲波在2700 m/s～5200 m/s，通過工程地質條件類比，根據《水力發電工程地質勘察規范》（GB 50287-2016）中附錄O壩基巖體工程地質分類[1]，壩區弱至微風化巖體中：巖體為層狀結構的中硬質巖類，壩基肩巖體工程地質為BⅢ2 類，局部為BⅣ1 類。

2.6 綜合評價

根據前期勘察資料，河床覆蓋層厚11.3 m～18.9 m，河床基巖出露高程分布在329.5 m～330.5 m，強風化巖體分布下限在326 m～326.8 m，強風化帶巖體節理裂隙發育，巖體較破碎夾泥嚴重，呈碎裂結構，弱風化下界高程在320.7 m，河床建基面高程選擇在弱風化上部，高程為321.6 m，建基面下部巖體完整性好，裂隙不發育，巖體力學強度高，壩基肩巖體工程地質為BⅢ2 類，局部為BⅣ1類，能夠滿足建壩要求。對壩基存在的軟弱夾層、斷層破碎帶及裂隙密集帶必須進行地基處理[2]。

3 施工階段建基面地質分析及評價

3.1 問題由來

當大壩河床段已經開挖至338 m～340 m高程時，河床覆蓋層大部分已被清除，河床基巖基本已揭露，覆蓋層深度比可研研究成果抬高。基于壩基河床段建基面地質條件變好，同時施工工期較緊，節約工程投資等客觀原因，工程建設單位及施工單位提出勘察設計單位對河床段建基面抬高進行專項論證工作[3]。

勘察單位對壩基抬高論證采用的主要勘察手段：現場開挖揭露地質條件編錄、物探鉆孔聲波檢測、孔壁電視。

3.2 河床段壩基開挖地質條件

（1）谷形式

基坑開挖后，揭露出F2斷層，在壩軸線上F2斷層靠近河床偏右岸，整個河床水平段巖層傾向左岸偏上游，為縱向谷。

（2）巖性及巖層厚度、分布情況

施工開挖揭露，壩基巖體巖性主要為棲霞組（P2q）深灰色中厚層灰巖夾薄層炭質泥巖，炭質泥巖不連續分布。河床近右岸分布有部分茅口組（P2m）薄至中厚層灰巖夾泥巖、炭質頁巖，斷層帶巖體為2.4 m厚的炭質泥巖，膠結較好。

（3）地質構造

河床靠近右岸有斷層F2發育，其基坑段產狀為N30°E/SE∠70°～80°，F2斷層上緩下陡，破碎帶2.4 m，影響帶2 m～5 m，基坑內的斷層帶炭質泥巖膠結較好。無規模較大的緩傾角裂隙發育，F2斷層上盤巖層傾向右岸，巖層產狀為135°∠81°；F2斷層下盤巖層傾向左岸偏上游，巖層產狀為315°∠75°。巖體結構總體為層狀巖體，裂隙面中等至弱發育，多為方解石脈及巖屑填充，河床基坑主要發育8組裂隙，其中有5 組陡傾角裂隙，3 組緩傾角裂隙，分別對應素描圖中的①、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧。其性狀分別如下：①N40°W/NE∠85°～88°，與巖層走向近似垂直，切層，延伸長2 m～3 m，間距0.3 m～0.5 m，裂面多閉合，方解石充填，局部無充填；②N30°W/SW∠70°～75°，間距0.5 m～0.8 m，一般延伸長1 m～2 m，多為方解石脈充填；③N75°E/NW∠50°～55°，裂面有起伏，延伸長一般0.5 m～1 m；④N20°E/SE∠16°～20°，為緩傾角裂隙，面起伏，黃色泥膜充填，延伸長1 m～3 m；⑤N55°E/SE∠11°～20°，為緩傾角裂隙，延伸長1m～5m，黃色泥膜充填，面略起伏，⑥SN/W∠12°～18°，緩傾角裂隙，延伸長1 m～3 m，黃色泥膜充填；⑦N15°～20°E/SE∠35°～50°，延伸長2 m～5 m，局部夾泥，面起伏；⑧EW/S∠42°，延伸長1 m～2 m，局部夾泥，面起伏。

（4）風化分帶

可研階段評價河床強風化層深度15 m～20 m（強風化下限高程約在328 m左右），弱風化層深度18 m～25 m（弱風化下限高程約在320 m左右），施工階段壩基河床段開挖發現，靠近右岸段高程337.5 m，受F2斷層影響，斷層上盤（靠近右岸一帶）出露地層為（P2m）灰巖夾多層粉砂質泥巖、炭質頁巖（軟質巖），層面或裂隙面多夾泥，巖體風化差異大，強風化較深，巖體強度低，節理、裂隙發育，巖體破碎。斷層下盤（河床及左岸）出露地層為（P2q）灰巖夾少量炭質頁巖，為硬質巖，河床巖體強風化較淺，巖體較完整。

河床覆蓋層抬高約10.8 m，強風化帶下限抬高了10.5 m，弱風化帶較可研抬高了3 m～3.5 m（見圖1），壩基弱風化帶抬高為建基面抬高奠定必要條件[4]。

圖1 壩上游地質剖面圖

（5）巖溶水文地質條件

結合前期鉆孔、聲波測試，施工階段大壩基坑開挖、揭露的地質情況可知，基坑分布的可溶巖，巖溶弱發育，未發現隱伏巖溶發育，壩基巖溶水文地質條件較好。

3.3 物探聲波測試

在河床基坑左（A區）、右（C區）兩個區域共布置了三組聲波測試，共計7個鉆孔聲波測試孔進行基坑檢測，同時還進行了孔壁電視，鉆孔布置見圖2。

圖2 壩基素描及物探聲波測試孔

第一組鉆孔聲波測試值對比（BZK1、BZK2、BZK3），BZK3 在高程324.8 m巖體波速呈現明顯拐點，巖體完整性較好，其上部與BZK1、BZK2 測試成果相當，波速多在2700 m/s～5300 m/s之間波動，巖體時好時差，主要受節理裂隙發育的影響，巖體完整性較差，建基面最理想的高程為325 m以下。

第二組鉆孔聲波測試值對比（BZK4、BZK5），BZK4在高程330.9 m，巖體波速呈現明顯拐點，其下部在325.3 m～324.3 m之間局部有跳躍，巖體完整性較好，其上部與BZK5 測試成果相當，波速多在2800 m/s～5100 m/s之間波動，巖體時好時差，主要受節理裂隙發育的影響，建基面最理想的高程為330 m以下。

第三組鉆孔聲波測試值對比（BZK6、BZK7），BZK6 深度14.8 m以后（高程324.2 m），巖體波速呈現明顯拐點，巖體完整性較好，其上部與BZK7 測試成果相當，波速多在2700 m/s～5000 m/s之間波動，巖體時好時差，主要受節理裂隙發育的影響，建基面最理想的高程為324.2 m以下。

3.4 與可研成果比較及評價

河床基坑開挖后揭露出F2 斷層，F2 斷層靠近右岸壩肩附近，與可研推測F2 斷層在河床發育不一致；河床基坑巖性主要為棲霞組的灰巖，少部分為茅口組灰巖夾泥巖，受可研推測斷層的影響，壩基巖性與可研資料有部分出入；壩基弱風化至微風化巖體，相比可研階段成果資料明顯變高；巖層層面性狀較好，多為閉合狀態，與可研評價基本一致；緩傾角裂隙結構面規模小，延伸短，多為閉合狀態，無軟弱夾層及泥化夾層分布，裂隙多為方解石脈、巖屑充填，與可研估計的一致；基坑內未見明顯巖溶發育，與前期成果資料預測情況吻合；建基面下游河床基巖面平整連續，下游側基巖無臨空面；可研階段將灰巖劃分為壩基肩巖體工程地質為BⅢ2類，局部為BⅣ1 類；開挖后壩基巖體風化狀態呈弱風化及微風化基巖，巖體質量總體上要比可研確定的巖體質量好，基坑開挖至高程333 m時，大部分基巖已處于弱風化中部，A區巖體為（P2q）中厚層灰巖，巖體質量等級BⅢ1類，B區為斷層帶，巖性為炭質泥巖，膠結較好，巖體質量等級為CⅣ類；C區為茅口組（P2m）灰巖，完整性較差，層面夾泥，巖體質量等級為BⅢ2類（見表1）。

表1 壩基巖體力學參數

3.5 壩址物理力學參數優化

通過施工階段對壩基巖體的開挖，大壩建基面進行優化，同時揭露出斷層帶的炭質頁巖及右岸壩基的炭質頁巖，棲霞組（P2q）灰巖巖體質量好于前期勘察成果資料，力學參數得到了提高，茅口組（P2m）灰巖由于層面夾泥，巖體質量比前期勘察成果資料評價稍差，對其力學參數進行調低，增加了F2斷層帶上的炭質頁巖力學參數，對壩基巖體力學參數進行復核調整成果。

3.6 地基承載力

根據計算，溢流壩段壩基最大壓應力429.16 kPa，壩基巖體主要為P2q、P2m灰巖夾少量炭質頁巖，室內試驗結合工程經驗對比，壩基地基承載力為2.5 MPa～3.5 MPa，可滿足壩基最大壓應力要求。

4 結論

壩基抬高后，壩基巖體完整性較好，強度等級較高，巖體呈弱至微風化狀態，力學參數滿足建重力壩要求，建基面抬高具備一定的地質條件。

A區建基面抬高至333.0 m，鑒于壩基A區因局部巖體破碎，部分裂隙面夾泥，須進行處理，采取局部刻槽、深挖，清除破碎的巖體及夾泥的裂隙面。

壩基B、C區為斷層破碎帶及影響帶，B區巖體為軟質巖，C區巖體層面夾泥及夾軟弱夾層，B、C區域內壩基巖體須深挖，B區開挖至330 m，C區開挖至332 m。

河床段建基面抬高是合理、必要的，不僅節約了施工工期[5]，加快了工程建設，而且節省工程投資，電站提前發揮了發電效益。