下屯拱壩右壩肩K6溶洞影響分析及處理方案研究

王國(guó)香 錢(qián) 剛（貴州中水建設(shè)管理股份有限公司，貴州貴陽(yáng)　550002）

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下屯拱壩右壩肩K6溶洞影響分析及處理方案研究

王國(guó)香 錢(qián) 剛
（貴州中水建設(shè)管理股份有限公司，貴州貴陽(yáng)550002）

【摘 要】下屯水電站右壩肩在1140～1160m高程發(fā)育K6溶洞，洞內(nèi)黏土夾塊石充填，溶洞規(guī)模較大，對(duì)拱壩壩肩的穩(wěn)定不利。經(jīng)分析溶洞對(duì)拱壩壩肩及下游巖體穩(wěn)定的影響較小，但為了提高壩肩的安全可靠性，對(duì)溶洞進(jìn)行了清挖，并回填混凝土及設(shè)置了混凝土重力墩。本文對(duì)此加以介紹。

【關(guān)鍵詞】拱壩壩肩；溶洞；重力墩

1 工程概況

下屯水電站位于珠江流域西江水系南盤(pán)江的一級(jí)支流馬別河中游，為馬別河梯級(jí)開(kāi)發(fā)中第五級(jí)電站，距盤(pán)縣縣城約126km。水庫(kù)總庫(kù)容970萬(wàn)m3，正常蓄水位1173m，電站裝機(jī)容量20MW，多年平均發(fā)電量6460萬(wàn)kW·h。大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高69m，壩底寬16m，壩頂寬5m，拱壩厚高比為0.24，屬中厚拱壩。電站為Ⅳ等?。?）型工程，大壩為4級(jí)建筑物。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 地形條件

壩址河谷呈不對(duì)稱的“V”形，兩岸地形相對(duì)平整，河流方向在壩線下游由SE折向SW，兩岸地形淺切溶蝕型沖溝較發(fā)育，正常蓄水位1173m時(shí)，河谷寬117m，河谷寬高比為2～2.1。右岸1142m高程以下地形坡度65°～80°，1142～1210m高程地形坡度30° ～35°，1210～1260m高程地形坡度5°～20°，1260m高程以上地形坡度45°～60°。

2.2 工程地質(zhì)條件

右岸發(fā)育一條斷層（F1），產(chǎn)狀為N15°～20°W/SW∠73°，為張性斷層，破碎帶寬10～15m，成分為碎塊石夾砂質(zhì)土，斷距20m。

右壩肩基巖出露，地層為二疊系茅口組（P2m）灰色、灰白色厚層塊狀灰?guī)r，根據(jù)勘探和施工開(kāi)挖揭露，在緊貼右拱肩下游1140m～1160m高程發(fā)育K6溶洞，該溶洞寬約15m，高20m，為黏土夾塊石充填，充填量約2000m3。溶洞下游為一凸出山脊，山脊下游面有一切割深約5～6m的溶槽，溶蝕裂隙發(fā)育，黏土半充填，溶洞及溶槽是右壩肩抗滑穩(wěn)定的不利條件。壩址區(qū)地質(zhì)條件見(jiàn)圖1。

3　K6溶洞對(duì)拱壩右壩肩抗滑穩(wěn)定影響分析

3.1 計(jì)算方法及計(jì)算模型

壩肩穩(wěn)定采用極限剛體平衡法［1］，內(nèi)力采用ADASO多拱梁分層計(jì)算，考慮基本組合（正常蓄水位+相應(yīng)尾水位+設(shè)計(jì)正常溫降+自重+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力）和特殊組合（校核洪水位+相應(yīng)尾水位+設(shè)計(jì)正常溫升+自重+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力）兩種荷載組合，計(jì)算模型見(jiàn)圖2。

圖2　拱壩壩肩穩(wěn)定計(jì)算模型

3.2 計(jì)算公式及參數(shù)取值

壩肩抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式［2］如下：根據(jù)開(kāi)挖揭露的地質(zhì)條件進(jìn)行取值：f1= 0.45，

fb=0.65，c1=0.10MPa，cb=0.2MPa，α=0.5。

3.3 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，右壩肩最小抗滑安全系數(shù)：基本荷載組合K1=4.18，特殊荷載組合K2= 5.32，計(jì)算成果均滿足SL 282—2003規(guī)范中穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)，壩肩抗滑穩(wěn)定是安全的，K6溶洞對(duì)壩肩影響較小（見(jiàn)表1）。但考慮溶洞已開(kāi)挖揭露及下游溶槽的影響，需對(duì)溶洞及下游溶槽進(jìn)行處理。

表1　壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果

4　K6溶洞對(duì)右壩肩下游巖體穩(wěn)定影響分析

根據(jù)開(kāi)挖揭露，右壩肩在1160～1140m高程，K6

溶洞溶蝕水平寬度向下逐漸收窄，垂直方向與導(dǎo)流洞內(nèi)溶洞相通，且充填黏土，影響右壩肩穩(wěn)定。

4.1 計(jì)算模式

壩肩穩(wěn)定計(jì)算方法為采用單位高度的水平拱計(jì)算各個(gè)高程的最小穩(wěn)定安全系數(shù)，分別設(shè)定側(cè)滑面與拱座徑向面夾角為θ，每隔10°計(jì)算一個(gè)斷面，底滑面仍同前，搜索壩肩抗滑穩(wěn)定的最小安全系數(shù)。計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3。

圖3　壩肩穩(wěn)定巖體線計(jì)算簡(jiǎn)圖

4.2 計(jì)算方法及參數(shù)取值

采用與壩肩相同的抗剪斷公式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)開(kāi)挖揭露的地質(zhì)條件按弱風(fēng)化巖體進(jìn)行取值：f1=0.45，fb=0.65，c1=0.10MPa，cb=0.10MPa，α=1。

4.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)壩肩不同高程的平切圖，右壩肩1160m、1150m、1140m高程最小抗滑安全系數(shù)為：基本荷載組合K1= 7.43，特殊荷載組合K2= 2.70，均滿足SL 282—2003規(guī)范中穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)，壩肩巖體抗滑穩(wěn)定是安全的，K6溶洞對(duì)壩肩巖體穩(wěn)定影響較?。ㄒ?jiàn)表2）。

表2　抗剪斷安全系數(shù)

5 溶洞處理設(shè)計(jì)方案

根據(jù)K6溶洞開(kāi)挖揭露的分布情況，經(jīng)多方案比較決定對(duì)K6溶洞分1177～1162m和1162～1140m高程上下兩部分進(jìn)行處理，上部加設(shè)混凝土重力墩，下部清挖并回填混凝土。

5.1 混凝土重力墩

考慮與右肩壩拱壩體形的銜接，重力墩墩頂高程為1177m，頂寬10m，上游面直立，下游面坡比為1∶0.7，建基面高程為1162m，采用C20混凝土（外摻MgO）填筑（見(jiàn)圖4）。

圖4　重力墩及溶洞回填處理方案（單位：mm）

5.2 混凝土回填

1162m高程以下基巖受溶洞、溶槽、溶溝切割呈石林狀，黏土充填其間。為了提高基礎(chǔ)的承載力，一是清除溶洞或溶槽內(nèi)充填物，沖洗、鑿毛洞壁后回填C20混凝土（外摻MgO）；二是將基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，鉆孔深入基巖20m，在進(jìn)行混凝土回填時(shí)預(yù)埋PVC管［3］，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度50%以上時(shí)，在1162m高程進(jìn)行固結(jié)灌漿。同時(shí)，為了右壩肩下游面整體效果以及增加下游抗滑巖體的安全儲(chǔ)備，對(duì)壩肩下游1162～1144m高程的溶槽及溶溝進(jìn)行清挖后回填混凝土護(hù)坡。

5.3 混凝土重力墩抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力復(fù)核

5.3.1 抗滑穩(wěn)定復(fù)核

考慮基本荷載組合（1）為：正常水位的拱端合力+正常水位上游水壓力+正常水位揚(yáng)壓力+自重基本荷載；基本荷載組合（2）為：設(shè)計(jì)洪水位的拱端合力+設(shè)計(jì)洪水位上游水壓力+設(shè)計(jì)洪水位揚(yáng)壓力+自重；特殊荷載組合為：校核洪水位的拱端合力+校核洪水位上游水壓力+校核洪水位揚(yáng)壓力+自重。

抗滑穩(wěn)定穩(wěn)定驗(yàn)算公式［4］如下：

式中，由于重力墩基礎(chǔ)面1160m高程溶蝕發(fā)育較為顯著，取f′= 0.8、c′巖= 0.7MPa［5］；滑移面的面積因巖溶影響，有效面積降低，總有效滑移面面積按實(shí)際面積的0.7倍予以折減。

經(jīng)計(jì)算，基本荷載組合（1）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為7.79，基本荷載組合（2）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為3.05，特殊荷載組合抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.85，均滿足規(guī)范規(guī)定，重力墩是安全穩(wěn)定的。

5.3.2 應(yīng)力復(fù)核

在各種荷載組合作用下，各計(jì)算斷面應(yīng)力值均大于零，為壓應(yīng)力，未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范規(guī)定要求，且小于地基允許承載力［6］（見(jiàn)表3）。

表3　重力墩應(yīng)力計(jì)算值表單位：10-2MPa

6 結(jié) 語(yǔ)

下屯水電站為混凝土拋物線雙曲拱壩，根據(jù)勘探及施工開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)右壩肩在1140～1160m高程發(fā)育K6溶洞，洞內(nèi)黏土夾塊石充填，充填量約2000m3，溶洞規(guī)模較大，對(duì)拱壩壩肩的抗滑穩(wěn)定不利。由于溶洞處于拱壩中上部，與壩肩基礎(chǔ)有一定距離，經(jīng)過(guò)對(duì)拱壩壩肩及下游巖體的穩(wěn)定影響分析，溶洞對(duì)壩肩及下游巖體穩(wěn)定影響較小。為了提高壩肩的安全性，經(jīng)比較后對(duì)溶洞進(jìn)行了清挖，并回填混凝土及設(shè)置了混凝土重力墩。

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簡(jiǎn) 訊

Research on the impact analysis of Xiatun arch dam right abutment K6karst cave and treatment plan

WANG Guoxiang，QIAN Gang
（Guizhou Zhongshui Construction Management Co.，Ltd.，Guiyang 550002，China）

Abstract：K6karst cave is developed in 1140～1160m elevation of Xiatun arch dam right abutment.The cave is filled by clay and stones.The karst cave has larger scale，which is not beneficial for the stability of dam abutment.The karst cave has lower influence on the stability of dam abutment and downstream rocks according to analysis.The karst cave is excavated in order to improve the safety and reliability of the abutment.Concrete is backfilled，and concrete gravity pier is set.The above measures are introduced in the paper.

Key words：arch dam abutment；karst cave；gravity pier

DOI：10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.03.016

中圖分類號(hào)：TV642.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8241（2016）03-0066-04