高砂水電站大壩8號壩段穩(wěn)定復(fù)核研究

林金洪，高雅芳

（1.福建華東巖土工程有限公司，福建 福州 350003；2.中國水電顧問集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

0 引 言

高砂水電站位于福建省閩江支流沙溪干流上，上游距沙縣城關(guān)14 km，是以發(fā)電為主的中型徑流式水電站，壩頂長316 m，最大壩高30.47 m，裝機(jī)容量50 MW。電站于1995年6月建成投產(chǎn)發(fā)電，樞紐屬三等工程，主要建筑物為3級，由溢流壩、重力式擋水壩、發(fā)電廠房、開關(guān)站、船閘等建筑物組成，溢流壩位于河床中部，廠房位于右岸，船閘位于左岸。

大壩8號壩段建基面以下泥化夾層未全部清除，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，根據(jù)第二次定檢首次專家會議專題的要求，應(yīng)復(fù)核壩基的穩(wěn)定性并進(jìn)行安全評價。按DL 5108—1999及SL 319—2005《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》等有關(guān)國家規(guī)程，對8號壩段沿建基面及沿軟弱夾層的抗滑穩(wěn)定進(jìn)行了復(fù)核計算以及敏感性分析，并綜合監(jiān)測成果進(jìn)行安全評價。

1 基礎(chǔ)地質(zhì)資料與地質(zhì)參數(shù)

1.1 工程地質(zhì)條件及基礎(chǔ)處理

8號壩段為最先澆筑的溢流壩段，兼作施工導(dǎo)流縱向圍堰。壩基巖性主要為弱風(fēng)化含礫砂巖夾薄層粉砂巖，f3斷層斜穿該壩段，延伸至9、10號壩段護(hù)坦，范圍較大，且與f2斷層匯交通向庫區(qū)，有可能形成滲漏通道。f3斷層產(chǎn)狀上盤面N5°～20°E，NW∠15°～20°，下盤面 N5°～20°E，NW∠35°～45°，在高程80～82 m處破碎寬1.8～3.5 m。建基面巖性均以f3斷層為界，上盤為薄層狀含礫砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖，下盤為厚層狀砂礫巖。巖層產(chǎn)狀 N35°～45°E，NW∠6°～11°，f3斷層與輝綠巖脈 （γπ-1） 相交斜穿于壩段下游端，破碎帶寬2～6 m，呈全風(fēng)化。

采取槽挖及灌漿處理，槽深1.5～2.5 m，最低高程82.5 m，巖石呈弱～微風(fēng)化。壩基原設(shè)計開挖高程為85.0 m，在開挖過程中發(fā)現(xiàn)85.0 m高程的泥質(zhì)粉砂巖層間有1層厚為2～5 mm，局部10 mm的夾泥層，沿縱深撬挖5 m該夾泥層尖滅。在83.88 m高程泥質(zhì)粉砂巖層間又發(fā)現(xiàn)1層夾泥層厚1～4 cm，呈斷續(xù)分布，對該夾泥層進(jìn)行撬挖處理。最終建基面開挖高程為83.55～85.26 m，開挖成臺階狀。這2層夾層是不連續(xù)的，呈透鏡體，延伸不長，分布面積不大。

二期基坑9號壩段開挖時，發(fā)現(xiàn)在8號壩段建基面下還有1層全～強風(fēng)化夾層，局部厚達(dá)30～50 cm。該夾層呈不連續(xù)狀分布，厚度變化大，在壩軸線至壩下0+10處厚僅 3～5 cm，其中夾泥 0.5～2.0 cm，往下游尖滅；在壩下0+29～0+31.5處見有1～3 cm的夾泥。風(fēng)化夾層出露高程84.20～84.70 m，其頂板與建基面之間的厚度為0.40～0.55m。為進(jìn)一步查明風(fēng)化夾層在8號壩段壩基內(nèi)的延伸情況，在8號壩段溢流壩面上布置2個鉆孔。經(jīng)分析，該夾層呈透鏡狀，分布不連續(xù)，延伸不長，且分布在壩基下深度1～3 m，并向右側(cè)延伸，厚度變薄至尖滅。對風(fēng)化夾層進(jìn)行掏挖處理，掏深0.60～0.80 m，槽底端風(fēng)化夾層厚僅5～13 cm，在槽內(nèi)鋪鋼筋回填混凝土及接觸灌漿處理，并在溢流頂面布置12根長14 m的垂直錨桿，伸入完整的基巖中，還布置38個固結(jié)灌漿孔灌漿處理，提高了基礎(chǔ)的整體性。在8號壩段的上、下游還有縱向混凝土導(dǎo)墻，尤其是下游側(cè)導(dǎo)墻，基礎(chǔ)巖石新鮮完整，對壩基的穩(wěn)定性有一定的幫助。

1.2 壩基地質(zhì)參數(shù)

施工期分析，全～強風(fēng)化夾層是不連續(xù)的，呈透鏡體，延伸不長，分布面積不大，施工時雖已進(jìn)行工程處理，但該壩段巖性差，巖體Ⅳ1B類，且本電站已運行16年，泥化夾層泡水軟化及滲透破壞的可能性加劇，對壩基穩(wěn)定不利。通過對地質(zhì)資料的綜合分析，考慮提出8號壩段壩基弱風(fēng)化含礫砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖與混凝土綜合抗剪斷指標(biāo):f′RK=0.6～0.7，c′RK=0.5～0.6 MPa；壩基存在的全～強風(fēng)化夾層摩擦系數(shù)f=0.20～0.25，c=0；泥化夾層摩擦系數(shù)f=0.10～0.15。8號壩段壩基及全～強風(fēng)化夾層穩(wěn)定復(fù)核采用的計算參數(shù)見表1。

2 抗滑穩(wěn)定復(fù)核計算分析

2.1 沿建基面

因建成本電站時，只有水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而現(xiàn)行規(guī)范為電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，故8號壩段抗滑穩(wěn)定復(fù)核計算分析按照我國現(xiàn)行電力行業(yè)和水利行業(yè)2種規(guī)范中的抗剪斷強度計算進(jìn)行。根據(jù)不同運行工況，對8號壩段分別進(jìn)行建基面抗滑穩(wěn)定計算，取整個壩段寬計算，滲壓系數(shù)取0.25。

表1 計算參數(shù)

按照DL 5108—1999規(guī)范，建基面抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力計算成果見表2。表中，γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，高砂水電站攔河壩為3級建筑物，對應(yīng)結(jié)構(gòu)安全級別為II級，取1.0；ψ為設(shè)計狀況系數(shù)，對于持久、短暫、偶然狀況分別取1.0、0.95、0.85；S（·）為作用效應(yīng)函數(shù)；R（·）為結(jié)構(gòu)抗力系數(shù)；γd為基本、偶然組合結(jié)構(gòu)系數(shù)。

表2 沿建基面抗滑穩(wěn)定計算成果 （DL 5108—1999）kN

按照SL 319—2005規(guī)范，建基面抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力計算成果見表3。表中，∑W為作用于壩體上全部荷載 （包括揚壓力）對滑動平面的法向分值；∑P為作用于壩體上全部荷載 （包括揚壓力）對滑動平面的切向分值；K為抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

表3 沿建基面抗滑穩(wěn)定計算成果（SL 319—2005）

攔河壩為3級建筑物，壩基深槽抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)基本組合K值不應(yīng)小于1.25，特殊組合計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K值不應(yīng)小于1.1。從上述分析成果知，在各計算工況下，8號壩段沿建基面抗滑穩(wěn)定均滿足現(xiàn)行電力行業(yè)和水利行業(yè)規(guī)范要求。

2.2 沿軟弱夾層

按照SL 319—2005規(guī)范，沿軟弱夾層抗滑穩(wěn)定（按抗剪公式）計算成果見表4。由表4可知，在各計算工況下，按抗剪公式計算的8號壩段沿軟弱夾層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)能滿足規(guī)范要求。在設(shè)計洪水位和校核洪水位情況下，上下游水頭差小，自重沿軟弱夾層的分量傾向上游，壩體沿軟弱夾層的整體滑動趨勢傾向上游，由于上游連接縱向圍堰導(dǎo)墻沒有滑動面出路，故抗滑穩(wěn)定安全滿足要求。

表4 沿軟弱夾層抗滑穩(wěn)定計算成果 （SL 319—2005）

按照SL 319—2005規(guī)范，沿軟弱夾層抗滑穩(wěn)定（按抗剪斷強度）計算成果見表5。由表5可知，各計算工況下，按抗剪斷強度計算的正常蓄水位情況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

表5 沿軟弱夾層抗滑穩(wěn)定計算成果 （SL 319—2005）

按照DL5108-1999規(guī)范，沿軟弱夾層抗滑穩(wěn)定計算成果見表6。由表6可知，各計算工況下，按承載能力極限狀態(tài)計算沿軟弱夾層抗滑穩(wěn)定成果滿足規(guī)范要求。

表6 沿軟弱夾層抗滑穩(wěn)定計算成果 （DL5108—1999）kN

2.3 沿軟弱夾層參數(shù)及位置敏感性分析

由表4～6計算可知，沿軟弱夾層抗滑穩(wěn)定的控制工況是正常蓄水工況，抗剪強度計算方法得出的安全系數(shù)裕度較小。為分析抗滑穩(wěn)定參數(shù)的敏感性，分別取抗剪參數(shù)為地質(zhì)建議值的最小值0.2、軟弱夾層抗剪參數(shù)降至0.1進(jìn)行計算，結(jié)果見表7。由表7可知，當(dāng)軟弱夾層的抗剪參數(shù)取0.2時，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.25，仍滿足規(guī)范要求；當(dāng)全～強風(fēng)化夾層抗剪參數(shù)降至0.1時，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求?？紤]到8號壩段上下游連接圍堰，其實際的安全系數(shù)比計算成果要高。

3 監(jiān)測成果

根據(jù)監(jiān)測資料，8號壩段壩頂水平位移與水庫上游水位關(guān)系不明顯，原因是上游水位變幅較小，各年上游水位除1996年外，最大年變幅僅為1.12～5.56 m。水平位移沒有明顯向下游或向上游的趨勢，說明時效對各測點水平位移的影響已基本穩(wěn)定。

表7 沿軟弱夾層抗滑穩(wěn)定計算成果

受溫度影響明顯，垂直位移呈年周期性變化，高溫季節(jié)壩體混凝土由于熱脹而向上抬升，低溫季節(jié)由于收縮而向下沉降，符合一般閘壩的位移變化規(guī)律。其下沉的最大值一般出現(xiàn)在每年的1月～2月，最小值出現(xiàn)在每年8月～9月。經(jīng)分析，庫水位對垂直位移的影響較小。

4 結(jié)語

（1）地質(zhì)、設(shè)計復(fù)核研究要根據(jù)最新的國家頒布的規(guī)程規(guī)范進(jìn)行，充分收集并分析各時期的資料。

（2）根據(jù)地質(zhì)復(fù)核成果，8號壩段沿建基面及沿軟弱夾層的抗滑穩(wěn)定均滿足現(xiàn)行水利及電力規(guī)范的要求。

（3）根據(jù)最近幾年的監(jiān)測成果，壩體水平及垂直位移基本穩(wěn)定，且絕對值不大，無大的突變現(xiàn)象，說明壩體穩(wěn)定性無異常。但仍要加強大壩各類觀測，并根據(jù)觀測成果進(jìn)行分析判斷。