南亞某水電站樞紐區(qū)壩型探討

任夢寧

(機械工業(yè)勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710043)

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南亞某水電站樞紐區(qū)壩型探討

任夢寧

(機械工業(yè)勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710043)

水電站壩型的分析與比較是確定水電站投資大小的主要問題之一。通過鉆探、物探、試驗以及工程測繪等手段對南亞某水電站樞紐區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、物理地質(zhì)現(xiàn)象、水文地質(zhì)特征等的勘察、并進行分析比較，認為該樞紐區(qū)擬健混凝土面板堆石壩，而不宜擬建碾壓混凝土重力壩。

混凝土面板堆石壩；碾壓混凝土重力壩；壩型；比較

為了解決該國電力緊缺問題，我國在湄公河一級支流中上游準備投資興建一座裝機容量為240 MW的水電站，以緩解該國的電力緊張狀態(tài)。該水電站主要由大壩樞紐、引水隧洞和電站廠房組成。屬中型水電工程，工程等別為Ⅲ等。

根據(jù)實際勘察自然條件初步確定的壩型為碾壓混凝土壩和混凝土面板堆石壩。壩型的選取，直接關(guān)系到水電站投資的大小，所以開展對壩型探討、確定具有十分重要的意義。

1 樞紐區(qū)地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

樞紐區(qū)位于湄公河一級支流中上游狹窄河谷段，壩軸線附近河道寬度20～30 m，河床高程約987m，河水深度0.5～3.0 m。壩軸線附近河谷呈“U”型，兩岸1 080 m高程以下地形基本對稱，岸坡坡度40°～50°。高程1 080 m以上坡度20°左右。

壩軸線河谷兩岸坡腳及河床中有大量崩積巖塊堆積，崩積層下多為基巖出露。壩軸線下游左岸有少量河漫灘沖積堆積；右岸下游300 m處分布一級階地；山梁可見零星殘留三級階地。兩岸壩肩植被茂盛。沖溝不太發(fā)育，沖溝方向近乎垂直河流，地形較完整，呈陡坡地貌。

1.2 地層巖性

樞紐區(qū)出露地層主要為：

(1)第四系全新統(tǒng)坡積層(Q4dl)，以砂質(zhì)壤土為主，淺黃～棕紅色，含碎、塊石，松散，稍濕。壩址兩岸均有分布，出露厚度0.5～1.0 m。

(2)第四系沖洪積層(Q4al+pl)分布于壩址河床、漫灘和堆積階地，主要為漂石、卵石、礫石、砂及砂質(zhì)粉土，松散～稍密。

(3)第四系崩積層(Q4col)分布于壩址河床兩岸坡腳處，主要為塊石、漂石，主要成分為砂巖、礫巖等，厚度2～5 m。巖塊直徑一般1～2 m，少量大于5 m。

(4)石炭系～二疊系(C-P)，巖性為礫巖、含礫砂巖、砂巖夾薄層狀泥質(zhì)粉砂巖、泥巖。其中礫巖、砂巖呈厚層～巨厚層狀，鈣質(zhì)膠結(jié)，強度較高；泥質(zhì)粉砂巖、泥巖呈薄層狀，片理發(fā)育，泥質(zhì)膠結(jié)，較軟。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)構(gòu)造表現(xiàn)為差異性上升為特征，河流下切，新構(gòu)造運動活躍，構(gòu)造活動一直延至第四紀晚更新世，由于構(gòu)造的影響使得樞紐區(qū)基巖揉皺發(fā)育。但樞紐區(qū)均無區(qū)域構(gòu)造形跡和大斷裂通過。根據(jù)地質(zhì)測繪成果及勘探揭露情況，樞紐區(qū)發(fā)育F1～F4四條較大斷層和五條f1～f5小斷層。

F1：在壩軸線下游側(cè)70～150 m處橫切河床向發(fā)育，產(chǎn)狀 N40°～45°E，NW∠50°～75°，寬1～2 m，主要由碎塊巖夾角礫巖等組成，膠結(jié)性較差。

F2：在壩軸線右岸山脊下游500 m左右處見發(fā)育，產(chǎn)狀N61°W，SW∠60～80°，寬度2～5 m，充填斷層泥及碎塊狀砂巖，膠結(jié)差。在右岸壩肩鉆孔附近與壩軸線相交。

F3：在壩軸線下游200 m左右處發(fā)育，河邊及山坡陡坎上均有出露。在該斷層發(fā)育處陡坎上(高程1 080 m左右)有一長期滲水點，水量較小。受該斷層影響，兩側(cè)150 m范圍內(nèi)褶皺發(fā)育。產(chǎn)狀N45°E，NW∠42°，寬度1～2 m，充填斷層泥，膠結(jié)差。

F4：在F3下游60 m左右處發(fā)育，與其近乎平行。充填泥，膠結(jié)差。

另在壩址左岸平硐發(fā)育4條順坡斷層，描述如下：

f1：距離平硐進口6 m左右，斷層產(chǎn)狀 N25°W，SW∠48°，洞壁兩側(cè)寬約 0.8 m，洞頂部位較寬。充填泥、角礫等，較松散，膠結(jié)性較差。

f2：距離平硐進口27 m左右，斷層產(chǎn)狀 N80°W，SW∠55～70°，寬約 0.3～0.35 m，充填泥、巖屑等。

f3：距離平硐進口36 m左右，斷層產(chǎn)狀 N60°W，SW∠63°，兩側(cè)洞壁上寬約 0.05～0.2 m，在右側(cè)(下游側(cè))洞頂部位寬度約0.7 m，充填泥、巖屑等。沿該斷層有滲水現(xiàn)象。

f4：距離平硐進口50 m左右，斷層產(chǎn)狀 N44°W，NE∠68°，寬約 0.1～0.15 m，充填泥、黃斑巖、方解石脈等，有滲水現(xiàn)象。

在壩址右岸平硐發(fā)育1條順坡斷層，描述如下：

f5：在36.1～38.4 m洞段發(fā)育，性質(zhì)為壓扭，產(chǎn)狀為31°∠60°，寬度在5～15 cm，影響帶寬度在2.0～3.0 m，由斷層泥和巖屑充填，與洞軸線夾角為63°。

裂隙：樞紐區(qū)發(fā)育的主要裂隙為構(gòu)造裂隙及層面裂隙。從裂隙統(tǒng)計分析可知，樞紐區(qū)主要受構(gòu)造裂隙控制，層面裂隙基本是順河向發(fā)育。

1.4 物理地質(zhì)現(xiàn)象

樞紐區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為崩塌、風(fēng)化卸荷等地質(zhì)作用

壩址崩塌主要分布于河流兩岸基巖坡腳，受節(jié)理切割及風(fēng)化剝蝕，當(dāng)巖體所承受荷載超過其強度時，巖體發(fā)生崩塌。崩塌體多堆積在兩岸坡腳及河床中，塊徑較大，一般為2～6 m，最大可達10 m以上。

根據(jù)鉆孔揭露和天然露頭地質(zhì)調(diào)查，受水流沖刷影響，河床及兩岸坡腳巖體1～3 m范圍內(nèi)，巖體風(fēng)化，層面裂隙呈張開狀、貫通性較好。樞紐區(qū)巖石風(fēng)化卸荷有如下特征：

巖體風(fēng)化程度與所處地貌特征關(guān)系密切。兩岸山脊及緩坡地段風(fēng)化較厚，而陡坡地段一般風(fēng)化較薄。河床段基本無強風(fēng)化巖體。

卸荷裂隙主要發(fā)育于兩岸斜坡地層中，據(jù)地質(zhì)測繪和平硐開挖編錄資料，砂巖、礫巖卸荷裂隙較深，而泥巖卸荷裂隙較淺。卸荷裂隙一般在構(gòu)造裂隙的基礎(chǔ)上發(fā)育或疊加。

崩塌體巖性主要為礫巖、砂巖，松散，呈架空結(jié)構(gòu)，局部有少量土充填。崩塌的形成與樞紐區(qū)斷層有著緊密的聯(lián)系，因為受斷層的影響，泥巖、泥質(zhì)粉砂巖(粉砂質(zhì)泥巖)等軟巖受到擠壓、錯動、扭曲，使其呈餅狀、片狀等，硬巖出現(xiàn)崩塌、卸荷張開等。

1.5 水文地質(zhì)特征

壩址地下水類型為基巖裂隙水和第四系孔隙水。基巖裂隙水賦存在兩岸山體及河床基巖裂隙中，水源補給以大氣降水及殘坡積孔隙水為主，水量不豐。水位埋深受地形坡度與裂隙發(fā)育深度控制?；鶐r裂隙水以潛流形式向河谷排泄，補給地表水。

2 壩型分析

依據(jù)以上的工程地質(zhì)條件，碾壓混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩均可作為該壩址的壩型選擇。但是，兩種壩型從施工工藝、投資規(guī)模、經(jīng)濟效益、施工時長等方面存在比較大的差別。

1)碾壓混凝土重力壩優(yōu)點：筑壩技術(shù)具有工藝簡單、上壩強度高、工期短、造價低、適應(yīng)性強等特點；混凝土面板堆石壩的優(yōu)點：對地形和地質(zhì)條件都有較強的適應(yīng)能力，并且施工方便、投資省、工期短、運行安全、抗震性好，因而其作為壩型選擇具有很大的優(yōu)勢。

2)混凝土面板堆石壩就地取材，節(jié)省鋼材﹑水泥﹑木材等重要建筑材料，從而減少了建壩過程中的遠途運輸。結(jié)構(gòu)簡單，便于維修和加高﹑擴建。壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu)，有適應(yīng)變形的良好性能，因此對地基的要求低。施工技術(shù)簡單，工序少，便于組合機械快速施工。

3)碾壓混凝土重力壩的缺點：壩體應(yīng)力較低，材料強度不能充分發(fā)揮；壩體體積大，耗用水泥多；施工期混凝土溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力大，對溫度控制要求高。混凝土面板堆石壩的缺點：壩身一般不能溢流，施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便，粘性土料的填筑受氣候條件影響較大等。

4)依據(jù)規(guī)范[2][3]規(guī)定，混凝土重力壩壩基經(jīng)處理后應(yīng)滿足一下要求：

(1)具有足夠的強度，以承受壩體的壓力；

(2)具有足夠的整體性和均勻性，以滿足壩基抗滑穩(wěn)定和減少不均勻沉陷；

(3)具有足夠的抗?jié)B性，以滿足滲透穩(wěn)定，控制滲流量；

(4)具有足夠的耐久性，以防止巖體性質(zhì)在水的長期作用下發(fā)生惡化。

混凝土面板堆石壩壩基處理應(yīng)滿足的一般要求：

混凝土面板堆石壩是土石壩的一種，它的底面積大，壩基應(yīng)力較小，壩身具有一定適應(yīng)變形能力，壩身斷面分區(qū)和材料的選擇也具有靈活性，所以堆石壩對天然地基強度和變形的要求，以及處理措施所達到的標準等，都可以略低于混凝土壩。但是，土石壩壩基的承載力、強度、變形和抗?jié)B能力等條件一般遠不如混凝土壩，所以對壩基處理的要求絲毫不能放松。壩基(包括壩頭)處理應(yīng)滿足滲流控制(包括滲透穩(wěn)定和控制滲流量)、靜力和動力穩(wěn)定、允許沉降量和不均勻沉降量等方面的要求，保證壩的安全運行。處理的標準與要求應(yīng)根據(jù)具體情況在設(shè)計中確定?？⒐ず蟮膲雾敵两盗坎灰舜笥趬胃叩?%。對于特殊土的壩基，允許總沉降量應(yīng)視具體情況確定。

3 結(jié)語

從以上的分析可知，樞紐區(qū)主要分布為砂巖、礫巖等硬質(zhì)巖，但壩基分布有泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等軟巖，巖石風(fēng)化嚴重，強度低，不宜建混凝土重力壩，而本區(qū)灰?guī)r作為筑壩料非常豐富，故適宜修建混凝土面板堆石壩。

[1]水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范(GB50487-2008)[S].中國計劃出版社.北京.2009.

[2]混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范(SL319—2005)[S].中國水利水電出版社.北京.2005.

[3]碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范(SL274—2001)[S]. 中國水利水電出版社.北京.2002.

2016-10-10

任夢寧(1966-)，男，陜西禮泉人，高級工程師，主要從事工程地質(zhì)勘察工作。

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1004-1184(2017)02-0070-02