南歐江三級水電站壩基工程地質(zhì)條件評價及分析

鐘輝 張燚

中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司

1 引言

南歐江為湄公河在老撾境內(nèi)最大的一級支流，整個流域按“一庫七級”方案進行開發(fā)[1]，其中南歐江三級水電站位于南歐江中游，為流域開發(fā)方案中第三梯級。擋水建筑物為混凝土重力壩，大壩共分13個壩段，由非溢流壩段、河床廠房壩段、沖沙底孔壩段、溢流表孔壩段等組成，最大壩高59.5m，壩頂長度272m。

2 壩基工程地質(zhì)概況

壩基所在河段河流呈S53°W流向，河谷較開闊，枯期河寬90m～108m，兩岸地形不對稱，左岸自然坡度約32°～46°，右岸自然坡度約25°～28°，左陡右緩。左岸沖溝較發(fā)育，地形較零亂，完整性差，右岸地形相對完整。兩岸江邊均分布有規(guī)模不大，連續(xù)性差的基巖灘地。

壩基范圍分布的地層有第四系覆蓋層，主要包括河床沖積層和岸坡坡積層，沖積層厚度一般8m～10m，主要成分為砂卵礫石等，具極強透水性；坡積層厚度1m～5m，主要成分為砂質(zhì)粉土、碎塊石質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土等。下伏含鈣質(zhì)、白云質(zhì)砂質(zhì)板巖，紫紅色、青灰色，變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造。

壩基部位為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀近SN，E∠75°～90°，傾左岸偏上游，為斜向谷。未見Ⅲ級及以上結(jié)構(gòu)面，Ⅳ級結(jié)構(gòu)面以擠壓面（帶）為主。Ⅴ級結(jié)構(gòu)面以板理面和兩組節(jié)理為主：①板理J，N10°E～N15°W，SE（NE）∠75°～90°，間距0.5cm～5cm，延伸一般1m～8m，面較平直，較光滑；②緩傾節(jié)理J1，N75°～90°W，SW∠20°～31°及N70°～85°E，SE∠24°～27°，間距30cm～200cm，延伸一般1m～10m，面平直，較光滑；③陡傾節(jié)理J2，N60°～75°W，NE∠60°～70°，間距50cm～400cm，延伸一般2m～5m，部分較長，面稍起伏，粗糙。

壩址區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖體風(fēng)化和鈣質(zhì)流失。兩岸全風(fēng)化層底界埋深約5m～10m；強風(fēng)化層底界埋深左岸約13m～22m，右岸約10m，局部受構(gòu)造影響，存在夾層風(fēng)化現(xiàn)象；弱風(fēng)化層底界埋深左岸約40m～50m，高處局部可達60m～80m，右岸約20m～30m；河床及漫灘部位無全、強風(fēng)化巖體，弱風(fēng)化層底界埋深約為20m。巖體受地下水活動影響，左岸局部地段強風(fēng)化～弱風(fēng)化巖體中可見輕微～中等鈣質(zhì)流失現(xiàn)象，巖體完整性及強度相對有所降低。

左岸地下水埋深20m～60m，右岸地下水埋深10m～40m，在低處山坡，地下水位線低平，略高于河水位。相對隔水（q≤5Lu）巖體頂界埋深：兩岸23m～54m，河床23m～30m。

3 壩基工程地質(zhì)條件評價及缺陷處理

3.1 壩基工程地質(zhì)條件評價

壩基開挖后，所揭露的地質(zhì)條件總體與前期勘察成果基本一致。

（1）左岸非溢流壩段（1#～2#壩段）。1#壩段上部開挖坡比為1:0.5，中下部開挖坡比為1:1.5；2#壩段開挖坡比為1:0.9。開挖揭露1#壩段壩基整體為強風(fēng)化巖體，局部可見鈣質(zhì)流失殘留小溶孔；2#壩段以弱風(fēng)化巖體為主，局部為強風(fēng)化。2#壩段分布3條Ⅳ級擠壓帶，均沿板理面發(fā)育，走向近SN，傾角垂直，破碎帶寬度0.2m～0.3m，可見長度8m～20m，由碎裂巖組成。Ⅴ級結(jié)構(gòu)面主要為板理面和緩傾節(jié)理J1。1#壩段強風(fēng)化巖體為碎裂結(jié)構(gòu)，巖體質(zhì)量類別為Ⅳ2類；2#壩段巖體以薄層狀為主，夾塊裂和碎裂結(jié)構(gòu)，巖體質(zhì)量類別為Ⅳ1類，夾少量Ⅳ2類，Ⅳ2類約占10%。

（2）廠房壩段（3#～5#壩段）。廠房壩段開挖揭露為弱風(fēng)化巖體，分布Ⅳ級擠壓面4條，產(chǎn)狀N60°W，NE∠60°～70°，其中一條傾角垂直，可見延伸長度7m～12m，破碎帶寬度0.05m～0.08m，由碎裂巖組成。Ⅴ級結(jié)構(gòu)面主要為板理面和節(jié)理J1和J2。巖體結(jié)構(gòu)以中厚層～厚層狀為主，其中4#和5#壩段局部分布有少量薄層狀。巖體質(zhì)量類別為Ⅲ2，夾少量Ⅳ1類。Ⅳ1類巖體在4#壩段約占2%，在5#壩段約占10%。

（3）沖沙閘壩段（6#壩段）。沖沙閘壩段壩基開挖揭露為弱風(fēng)化巖體，未見Ⅳ級及以上結(jié)構(gòu)面，Ⅴ級結(jié)構(gòu)面主要為板理和2組節(jié)理J1和J2。巖體結(jié)構(gòu)為中厚～厚層狀，巖體質(zhì)量類別為Ⅲ2類。

（4）溢流壩段（7#～11#壩段）。7#～11#壩段為溢流壩段，其中9#壩段為中隔墻壩段。壩基開挖揭露均為弱風(fēng)化巖體。9#～11#壩段揭露Ⅳ級結(jié)構(gòu)面7條，其中Gy-1規(guī)模稍大，產(chǎn)狀N80°E～EW，SE（S）∠4°～12°，緩傾下游，可見延伸長度45m，橫穿中隔墻，破碎帶寬度0.1m～0.3m，由碎塊巖夾泥組成，物理力學(xué)性質(zhì)較差；gy-1緩傾左岸偏下游，延伸長15m，破碎帶寬0.05m～0.1m，由碎裂巖夾泥組成；其余5條均為陡傾擠壓面（帶），延伸11m～16m，破碎帶寬度0.05m～0.1m，由碎裂巖組成。Ⅴ級結(jié)構(gòu)面主要為板理和節(jié)理J1和J2，J1廣泛分布，J2零星分布。巖體結(jié)構(gòu)為中厚～厚層狀，巖體質(zhì)量類別為Ⅲ2類。

（5）右岸非溢流壩段（12#～13#壩段）。右岸非溢流壩段開挖揭露壩基為弱風(fēng)化巖體，未見Ⅳ級及以上結(jié)構(gòu)面，Ⅴ級結(jié)構(gòu)面主要為板理和節(jié)理J1。巖體結(jié)構(gòu)以中厚層～厚層狀為主，僅在13#壩段高處分布有薄層狀巖體，巖體質(zhì)量類別為Ⅲ2類夾Ⅳ1類，Ⅳ1類巖體主要分布在13#壩段高處，約占13#壩段的60%。

3.2 壩基地質(zhì)缺陷處理

壩基工程地質(zhì)條件整體一般，巖體質(zhì)量以Ⅲ2類為主，兩岸壩肩附近巖體質(zhì)量稍差，以Ⅳ1類為主，Ⅳ2類巖體僅局部分布。開挖揭露的地質(zhì)缺陷主要表現(xiàn)為3類：①規(guī)模稍大的Ⅳ級結(jié)構(gòu)面；②不利結(jié)構(gòu)面組合切割的塊體；③鈣質(zhì)流失導(dǎo)致的物理力學(xué)性質(zhì)較差的巖體。

針對揭露的地質(zhì)缺陷，均采取了工程措施進行專門處理，主要措施包括以下幾點。

（1）Ⅳ級結(jié)構(gòu)面采用槽挖，清除軟弱物質(zhì)后回填，清槽深度按結(jié)構(gòu)面寬度的1.5倍～3倍控制。

（2）對不利結(jié)構(gòu)面組合切割的塊體進行清除后回填。

（3）對鈣質(zhì)流失的巖體進行擴挖后回填。

（4）對于中隔墻壩段，由于揭露的Gy-1與gy-1均為緩傾結(jié)構(gòu)面，破碎帶性質(zhì)較差，且推測二者連通，考慮到二期導(dǎo)流側(cè)向水壓力對其存在不利影響，為保證中隔墻穩(wěn)定，在影響范圍內(nèi)增設(shè)了錨筋樁，同時進行固結(jié)灌漿。

4 壩基穩(wěn)定性分析

4.1 壩基抗滑及變形穩(wěn)定分析評價

壩基范圍未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的Ⅲ級及以上結(jié)構(gòu)面，揭露的Ⅳ級結(jié)構(gòu)面以擠壓面（帶）為主，膠結(jié)一般較好。Ⅴ級結(jié)構(gòu)面主要為板理面和J1、J2兩組節(jié)理。

開挖揭露的擠壓面（帶）及受影響的破碎巖體均已進行了針對性地質(zhì)缺陷處理，并對壩基進行了固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，局部固結(jié)灌漿加深加密。中隔墻受Gy-1和gy-1影響的范圍增設(shè)了錨筋樁。

緩傾下游的結(jié)構(gòu)面在局部出露較密集，多為剛性接觸，通過固結(jié)灌漿，增強了巖體的完整性，不存在淺層抗滑穩(wěn)定問題。陡傾上游的結(jié)構(gòu)面亦為剛性結(jié)構(gòu)面，總體不發(fā)育，不存在與緩傾下游的結(jié)構(gòu)面組合切割形成不穩(wěn)定塊體的可能，不存在深層抗滑問題。

對壩基共選取6個典型剖面分正常蓄水位、校核洪水位和設(shè)計地震3種工況進行抗滑穩(wěn)定計算。經(jīng)計算，滑動體系抗力作用比η在三種工況下分別為1.28～3.76、1.67～4.73、2.57～5.35，均大于規(guī)范η≥1的要求。

為監(jiān)測壩基巖體變形，在2#、5#、11#壩段布置了基巖變位計。根據(jù)監(jiān)測成果顯示，在2021年5月當(dāng)前位移值在-0.42mm～0.57mm之間，月變化量在-0.01mm～0.02mm之間，各測點位移變化小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，說明壩基變形小，趨于收斂（見圖1）。

圖1 壩基巖體位移變化時序圖

根據(jù)壩基抗滑穩(wěn)定復(fù)核及監(jiān)測成果，抗滑穩(wěn)定性良好。

4.2 壩基滲漏評價

壩基巖性均一，除1#～2#壩段上部為強風(fēng)化巖體外，其余壩段均為弱風(fēng)化巖體。弱風(fēng)化巖體為弱透水性，微新巖體滲透性相對更小。大壩開挖后，對所有地質(zhì)缺陷均進行了專門處理。同時，為改善壩基防滲能力，進行了固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。帷幕灌漿廠房壩段防滲深度為相對隔水層頂界以下6m～15m；沖沙底孔壩段和溢流表孔壩段6m～16m；兩岸非溢流壩段8m～23m，左岸延伸59m與相對隔水層相交，右岸延伸58m至正常水位與地下水位相交處。經(jīng)處理后，檢查成果顯示，灌漿防滲效果明顯，巖體透水率一般1Lu～3Lu，均小于5Lu，經(jīng)處理后的壩基滲透性微弱。對大壩進行滲流計算復(fù)核，在正常蓄水位工況下，壩體與壩基總滲流量為569.5m3∕d。根據(jù)監(jiān)測成果分析，在2021年5月當(dāng)前壩基滲流量為244.51m3∕d，大壩總滲流量為295.14m3∕d（見圖2）。經(jīng)滲流計算復(fù)核和監(jiān)測驗證，壩基經(jīng)處理后，防滲效果明顯，滲流量滿足設(shè)計要求（〈1000m3∕d），其滲流量控制在有效范圍內(nèi)。

圖2 壩基滲流量變化曲線圖

5 結(jié)束語

①壩基作為水電站重要建筑物地基，前期勘察應(yīng)對工程地質(zhì)條件予以查明，尤其是重大地質(zhì)缺陷。施工過程中，要加強開挖揭露情況與前期勘察對比分析，及時與設(shè)計、施工反映分析成果。②南歐江三級水電站壩基工程地質(zhì)條件一般，巖體質(zhì)量以Ⅲ2類為主，兩岸壩肩附近以Ⅳ1類為主，局部Ⅳ2類。開挖揭露的地質(zhì)缺陷主要為Ⅳ級結(jié)構(gòu)面、鈣質(zhì)流失導(dǎo)致的巖體性質(zhì)變差及局部節(jié)理密集帶等，針對所揭露的地質(zhì)缺陷均進行了專門處理。③壩基處理后，經(jīng)抗滑穩(wěn)定和滲流計算復(fù)核、監(jiān)測及運行驗證，抗滑穩(wěn)定性良好，變形穩(wěn)定，趨于收斂，壩基防滲效果明顯，滲流量小，電站運行良好。