天花板水電站壩址區(qū)工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

付長(zhǎng)明，于順山，王春江，孫莉萍

（中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，北京 100024）

1 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

天花板水電站地處牛欄江與清水河交口上游1.2～1.7 km處的天花板峽谷進(jìn)口段，河流方向基本上為NW300°，為典型的峽谷河段，河谷整體斷面為 “U” 形。

壩址區(qū)揭露地層為震旦系地層，地層巖性主要有：東龍?zhí)督M灰黑色含藻粉晶白云巖 （Z2dl1-1）、深灰～淺灰色粉晶白云巖 （Z2dl1-2）、灰黑色富藻粉晶白云巖 （Z2dl2）、 灰白色粉晶白云巖 （Z2dl3）。

壩址位于謂姑背斜中段東翼與大腦包向斜南段之間，白云巖巖層傾斜平緩，傾向上游，為一傾向SE 的單斜構(gòu)造。 兩岸巖層產(chǎn)狀 NE25°～60°SE∠11°～16°，巖相較穩(wěn)定，無(wú)區(qū)域性斷裂。河流流向?yàn)镹W300°，同巖層走向近正交。發(fā)育節(jié)理裂隙主要以順層向?yàn)橹?，延伸?shù)10～100 m，裂隙面平直光滑。此外，還發(fā)育有傾向下游的中等傾角裂隙，裂面延伸不長(zhǎng)，斷續(xù)延伸。兩壩局部斷層較發(fā)育。

壩址巖體風(fēng)化相對(duì)較弱，開(kāi)挖后大部分為弱風(fēng)化～微新巖體，局部受構(gòu)造作用影響，為強(qiáng)風(fēng)化巖體。岸坡為近陡立邊坡，兩岸巖體為緩傾角分布的層狀巖層。岸坡卸荷裂隙較發(fā)育，兩岸陡壁上均有分布，且卸荷裂隙的水平切割深度隨岸坡的高度增加而增大。

壩址區(qū)地下水類型主要為巖溶裂隙水和孔隙潛水。巖溶裂隙水主要分布于厚約50 m的含屑粉晶白云巖 （Z2dl1-1）巖層中，具有承壓性。承壓水層在壩址區(qū)河床及左、右岸鉆孔中均被揭露，且層內(nèi)的連通性較好，承壓水主要受清水河地表徑流及層間越流補(bǔ)給。白云巖的巖體透水率為2.60～31.30 Lu，且在垂直方向上有隨深度增加而變小的趨勢(shì)。在勘探深度范圍內(nèi)，一般為中等～弱透水巖體。巖體近水平向?qū)永怼娱g裂隙及溶隙較發(fā)育，有一定的透水性，但鉛直向透水性較弱，可視為隔水層。

2 壩基工程地質(zhì)條件

2.1 基本地質(zhì)條件

壩基開(kāi)挖揭露的地層為震旦系地層，巖性主要為東龍?zhí)督M灰黑色富藻粉晶白云巖 （Z2dl2）、灰白色粉晶白云巖 （Z2dl3）。 左岸巖層產(chǎn)狀為 NE55°～60°SE∠16°； 右岸巖層產(chǎn)狀為 NE25°～30°SE∠11°～15°，巖相較穩(wěn)定，順江無(wú)區(qū)域性斷裂。河流流向?yàn)镹W300°，同巖層走向近正交，屬橫向谷。發(fā)育斷層主要有f15、f11、fb。其中，f15產(chǎn)狀變化較大，整體產(chǎn)狀為NW345°SW （NE）∠87°， 斷層面起伏差較大，寬度一般為10～20 cm，局部達(dá)50 cm，最小寬度3 cm，為壓扭性。主要由白色碎裂巖和角礫巖組成，斷層帶內(nèi)物質(zhì)性狀差，風(fēng)化明顯，斷層面平直光滑，附有泥膜，見(jiàn)有與斷層走向近平行的擦痕，并發(fā)育2條次一級(jí)斷層。f11產(chǎn)狀NW335°SW∠83°～86°，斷層面起伏粗糙，帶寬40～50 cm，主要由白色碎裂巖、斷層泥組成，性狀較差，并見(jiàn)有明顯擦痕。 fb產(chǎn)狀 NW343°SW∠39°， 寬 8～10 cm， 斷層面平直粗糙，主要由白色碎裂巖組成，性狀一般。

壩基巖體巖性組成較簡(jiǎn)單，主要為粉晶白云巖和富藻粉晶白云巖。單軸飽和抗強(qiáng)度40～60 MPa，屬中硬巖，大部分巖體完整或較完整。壩基巖體基本質(zhì)量級(jí)別確定為Ⅱ～Ⅳ類。

2.2 壩基的抗滑、變形穩(wěn)定分析

兩岸壩肩巖體均為東龍?zhí)督M中厚～厚層富藻粉晶白云巖，厚層狀結(jié)構(gòu)，弱～微風(fēng)化，層間結(jié)構(gòu)面閉合，層理不發(fā)育，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，巖體較完整。巖層傾向上游，傾角約16°。左壩肩高程1 017～1 023 m發(fā)育裂隙密集帶J1，右壩肩發(fā)育的斷層主要有規(guī)模較大的f15及次生結(jié)構(gòu)面。建基面巖體主要為Ⅱ、Ⅲ1類巖體，在f15及影響帶有少量的Ⅲ2、Ⅳ類巖體。在兩壩肩附近均未見(jiàn)形成側(cè)向滑移面、底滑面、橫向切割面的結(jié)構(gòu)面組合，不存在抗滑穩(wěn)定問(wèn)題。對(duì)裂隙密集帶J1、斷層f15及兩壩肩的弱卸荷帶進(jìn)行有效的工程處理后提高了巖體的抗變形能力，不存在變形穩(wěn)定問(wèn)題。

壩基建基面巖性為白云巖，厚層狀結(jié)構(gòu)，弱風(fēng)化， 層理產(chǎn)狀 NE40°～60°SE∠10°～18°， 屬中硬巖。受f15、f11、fb及其他結(jié)構(gòu)面切割，壩基巖體存在差異。建基面大部分為Ⅲ1類巖體，斷層帶附近為少量的Ⅳ類巖體。f15、f11通過(guò)壩基，且f15在集水井上游側(cè)與f11相交，沿層面有巖溶發(fā)育。因f15、f11為陡傾角斷層，且f15與壩軸線近平行；f11與壩軸線近正交；fb為中等傾角，但規(guī)模較小。3條斷層對(duì)壩基巖體的抗滑穩(wěn)定影響較小，施工過(guò)程中對(duì)斷層及其斷層影響帶進(jìn)行有效的置換和固結(jié)灌漿等處理后，可以滿足抗滑穩(wěn)定要求。

2.3 壩基滲透穩(wěn)定分析

壩基巖體均為富藻粉晶白云巖，巖層傾向上游，傾角16°左右，厚層狀結(jié)構(gòu)，弱～微風(fēng)化，層間結(jié)構(gòu)面閉合，巖體較完整?；鶐r主要為弱～中等透水巖體，巖體近水平向?qū)永?、層間裂隙及溶隙較發(fā)育，有一定的透水性，但不存在滲透破壞問(wèn)題。

壩基巖體分布的f11、f15等斷層，沿結(jié)構(gòu)面有溶隙或溶孔發(fā)育，結(jié)構(gòu)面在壩基處形成以水平方向?yàn)橹鞯牧严毒W(wǎng)絡(luò)狀滲漏的通道。水庫(kù)蓄水后，斷層內(nèi)的泥質(zhì)充填物在水壓力作用下細(xì)顆粒易被沖蝕產(chǎn)生滲透穩(wěn)定問(wèn)題。

壩肩為陡立邊坡，兩岸斷層和張性構(gòu)造裂隙可能將白云巖層間發(fā)育的溶蝕孔洞串聯(lián)起來(lái)，形成地下水滲透的途徑。水庫(kù)蓄水后，壩肩沿裂隙和溶隙存在繞壩滲漏問(wèn)題。裂隙和溶隙中的泥質(zhì)填充物在水壓力作用下細(xì)顆粒易被沖蝕而產(chǎn)生滲透穩(wěn)定問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，采取了系統(tǒng)帷幕灌漿處理措施，有效解決了滲漏和局部的滲透穩(wěn)定問(wèn)題。

3 兩岸邊坡穩(wěn)定分析

3.1 壩頂以上邊坡

兩岸邊坡場(chǎng)地開(kāi)口線高程為1 076.8～1 150.0 m，坡面整體成不規(guī)則的矩形。邊坡共設(shè)置了3層馬道，每層20 m，坡比為1∶0.3。

兩岸巖體均為東龍?zhí)督M中厚～厚層富藻粉晶白云巖，巖層傾向上游，傾角16°左右。規(guī)模較大的主要斷層有f15、f11，巖體受其影響比較破碎。左、右岸長(zhǎng)大貫通的陡傾角裂隙較為發(fā)育，沿層面巖溶較發(fā)育。

左岸主要發(fā)育 3 組裂隙： ①NE30°～50°SE∠15°～20°； ②NW290°～310°SW∠75°～80°， 間距 5～10 cm；③NW330°～350°NE∠65°～75°。 上述裂隙以①組最為發(fā)育，其他2組次之。赤平投影分析表明，3組結(jié)構(gòu)面與邊坡組合未形成不利組合，邊坡基本穩(wěn)定。受結(jié)構(gòu)面切割及其影響，局部穩(wěn)定性差。

右岸主要發(fā)育 3組裂隙： ①NE30°～50°SE∠15°～20°； ②NW290°～310°SW∠75°～80°； ③NW330°～350°NE∠65°～75°。 上述裂隙以①組最為發(fā)育， 其他2組次之。赤平投影分析顯示，①、③組結(jié)構(gòu)面與邊坡形成了不利組合，對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。受結(jié)構(gòu)面切割及其影響，整體穩(wěn)定性差。

采取混凝土掛網(wǎng)噴護(hù)、系統(tǒng)錨桿及錨索等施工處理措施后，兩岸邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 消能區(qū)兩岸邊坡

兩岸巖性由河床至壩頂高程1 076.8 m均為弱風(fēng)化白云巖，層理發(fā)育。層理整體產(chǎn)狀為NE30°～50°SE∠15°～20°， 層理面平直粗糙。 邊坡大部分為直立邊坡，總體穩(wěn)定性較好，但泄洪過(guò)程中水流的沖刷和霧化作用對(duì)兩岸的巖體會(huì)起到一定的軟化作用，尤其受斷層和長(zhǎng)大裂隙的影響的部位易產(chǎn)生局部坍塌。

左岸在1 007～979 m高程間發(fā)育一條長(zhǎng)大裂隙L26， 產(chǎn)狀為 NW290°NE∠77°,面起伏粗糙， 寬 2～5 cm，局部張開(kāi)10～15 cm，無(wú)充填。裂隙較發(fā)育，主要有3 組： ①NE30°～50°SE∠15°～20°； ②NW290°～310°SW∠75°～80°； ③NW330°～350°NE∠60°～75°。 上述裂隙以①組最為發(fā)育，其他2組次之。赤平投影分析表明，3組結(jié)構(gòu)面與邊坡均未形成不利組合，邊坡基本穩(wěn)定。圍巖整體較完整，穩(wěn)定性較好，局部存在穩(wěn)定性差的巖石塊體。

右岸發(fā)育有兩條斷層f11、f26。主要發(fā)育3組裂隙： ①NE30°～50°SE∠15°～20°； ②NW290°～310°SW∠75°～80°； ③NW330°～350°NE∠60°～75°。 上述裂隙以①組最為發(fā)育，其他2組次之。赤平投影分析的結(jié)果是①、③組結(jié)構(gòu)面和f26、①組結(jié)構(gòu)面與邊坡均形成了楔形不利組合，對(duì)邊坡穩(wěn)定性不利，圍巖整體完整性差。

采取系統(tǒng)錨桿、貼坡混凝土、錨索等工程措施后，兩岸邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

天花板水電站壩址區(qū)巖體巖性組成較為簡(jiǎn)單，為中厚～厚層的粉晶白云巖和富藻粉晶白云巖，大部分巖體完整或較完整。壩基局部的斷層及其影響帶對(duì)抗滑穩(wěn)定略有影響，右岸邊坡局部的結(jié)構(gòu)面不利組合對(duì)邊坡穩(wěn)定影響較大。針對(duì)主要工程地質(zhì)問(wèn)題，采取了一些工程處理措施，在保證安全的前提下，結(jié)合大量的地質(zhì)成果分析，大壩建基面抬高6 m，工程地質(zhì)技術(shù)上取得了突破。