水电站大坝工程地质管理论文

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棉花滩水电站在区域构造上属于基本稳定区，地震基本烈度为Ⅵ度。大坝基岩为块状中、细粒花岗岩，地质构造形迹以断层、挤压带、节理及节理密集带的形式出现，以北东向和北北西向为主。建基面多为新鲜、微风化岩石，部分弱风化，局部强风化，亦即以AⅡ类岩体为主，部分AⅠ类岩体，局部AⅢ、AⅣ1类岩体。断层及较差岩石经工程处理后符合设计与规范要求。棉花滩水电站位于福建省永定县汀江干流棉花滩峡谷内，以发电为主，兼有防洪、水产养殖、航运等综合效益。

坝址区两岸山体雄厚，河谷深切呈“V”字形，河流坡降大，多急流险滩，枯水期河面宽20～30m，河谷两岸地形基本对称。枢纽包括：碾压混凝土重力坝，左岸输水系统、地下厂房与开关站及控制楼。碾压混凝土重力坝最大坝高111.0m，坝顶高程179.0m，坝顶全长308.5m，最大坝底宽度84.5m，坝顶宽度7.0m。电站装机4台，总装机容量600MW。水库正常蓄水位173m，水库总库容20.35亿m3。

1工程地质概述

坝址区与水库区位于东南沿海新华夏系巨型构造体系的第二隆起带南端，在区域构造上属于基本稳定区，地震基本烈度为Ⅵ度。坝址区地层为燕山早期第三次侵入的中、细粒黑云母花岗岩，及少量第四次侵入的花岗斑岩脉、闪斜煌斑岩脉。构造形迹以断层、挤压带、节理及节理密集带的形式出现，以北东向组与北北西向组为主，并有顺坡向的卸荷结构面。

地下水裂隙性含水层受构造控制。相对抗水层（透水率q≤1Lu）埋藏深度20～40m，以微～弱透水岩体为主导。地下水及河水的化学类型为重碳酸-钙钠型或重碳酸-钠钙型，对各种水泥无一般酸性、碳酸性、硫酸性、镁化性侵蚀。

为研究岩石物理力学性质，进行了大量的室内物理力学试验，现场剪切试验，变形特性试验，弹性波、声波测试，提出了各类试验的建议值。

(1)混凝土／岩石、岩石／岩石抗剪断强度建议值见表1。

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(2)基岩夹泥层剪切强度。断层泥f′=0.25，糜棱岩类f′=0.45，碎裂岩类f′=0.60；上述各构造岩c′值=0～0.2MPa。当构造岩混杂时，根据其含量的比值选取加权平均值使用。

(3)岩体变形特性。泥夹碎石糜棱岩（或全风化）变形模量E0=(0.05～0.10)×104MPa；压碎角砾碎裂岩E0=(0.1～0.3)×104MPa；弱风化花岗岩E0=(0.5～1.0)×104MPa，弹性模量E=(1.0～1.5)×104MPa；微风化、新鲜花岗岩E0=(1.0～1.5)×104MPa，E=(2.0～2.5)×104MPa。

(4)地震纵波速度Vp。新鲜岩体Vp＞5000m/s，微风化岩体Vp=4000～5000m/s，弱风化岩体Vp=3000～4000m/s，强风化岩体Vp=2000～3000m/s，全风化Vp＜2000m/s。

2大坝工程地质条件与基础处理

2.1坝基

2.1.1坝基工程地质条件

(1)①坝段(坝右0+010.00m～0+060.00m)。建基面岩石大多微风化，局部弱风化。断层有F8、F10、fd1～fd8。断层、微风化、弱风化岩占坝基面积分别为2.7%、80%、17.3%,按面积比例用加权平均法计算坝基混凝土／岩石综合抗剪断强度（混凝土标号为200号，下同），f＇=1.12，c＇=1.15MPa。

(2)②坝段（坝右0+060.00m～0+110.00m）。建基面岩石大多微风化,部分新鲜，局部弱风化。断层有F9-1、F12、F35、f2、f3及L5、L6顺坡裂隙。断层和新鲜、微风化、弱风化岩占坝基面积分别为0.3%、30%、60%、9.7%,按面积比例用加权平均法计算坝基混凝土／岩石综合抗剪断强度，f＇=1.16，c＇=1.22MPa。

(3)③坝段（坝右0+110.00m～0+143.00m）。建基面岩石大多微风化，部分新鲜和弱风化。断层有F12、F24、F25、F35、f8、fd9，断层和新鲜、微风化、弱风化岩占坝基面积分别为0.6%、20%、60%、19.4%，按面积比例用加权平均法计算坝基混凝土／岩石综合抗剪断强度，f＇=1.15，c＇=1.19MPa。

(4)④坝段（坝右0+143.00m～0+176.00m）。建基面岩石大多微风化，部分弱风化，局部新鲜。断层有F24、F25。断层和新鲜、微风化、弱风化岩占坝基面积分别为0、10%、60%、30%，按面积比例用加权平均法计算坝基混凝土／岩石综合抗剪断强度，f＇=1.14，c＇=1.18MPa。

(5)⑤坝段（坝右0+176.00m～0+240.00m）。建基面岩石大多微风化，部分弱风化，局部强风化。断层有F12、F18、F18-1。F18、F18-1。断层和微风化、弱风化、强风化岩占坝基面积分别为2.5%、70%、25%、2.5%，按面积比例用加权平均法计算坝基混凝土／岩石综合抗剪断强度，f＇=1.11，c＇=1.14MPa。

(6)⑥坝段（坝右0+240.00m～0+304.00m）。建基面岩石大多弱风化，部分微风化和强风化。断层有F19、F20、、f5、f10、fd10～fd14。断层和微风化、弱风化、强风化岩体占坝基面积比例分别为6.5%、10%、80%、3.5%，按面积比例用加权平均法计算坝基混凝土／岩石综合抗剪断强度，f＇=1.05，c＇=1.02MPa。

(7)⑦坝段（坝右0+304.00m～0+318.50m）。建基面岩石多强风化，部分弱风化。断层有F27、f6、fd14、fd15。断层和弱风化、强风化岩占坝基面积分别为14.5%、35.5%、50%,按面积比例用加权平均法计算坝基混凝土／岩石综合抗剪断强度。f＇=0.85，c＇=0.7MPa。

2.1.2基础处理

(1)断层处理。采用挖槽回填混凝土塞、加强固结灌浆的方法。规模较大、性状较差的断层，增加锚筋，槽的深度为断层宽度的1～1.5倍。节理密集带挖除松动岩石后，增加固结灌浆。

(2)固结灌浆。基本固结灌浆孔布置在坝段上、下游各1／3范围，孔深3.5～5m，孔距、排距均为3m，呈梅花形交错布置。灌后均打检查孔进行压水试验，透水率标准为q＜3Lu。

(3)帷幕灌浆。帷幕灌浆有主帷幕和副帷幕各1排，孔距2m，排距0.75m，交错布置，帷幕深度各坝段不一，透水率标准为q＜1Lu。

2.2大坝坝肩

2.2.1坝肩工程地质条件

(1)左岸坝肩。180m高程以上边坡开挖最大坡高85m，即达265m高程，形成200、220、240、260m高程四级马道，宽2m。边坡开挖坡比：在高程180～200m为1∶0.33～1∶0.5，部分为1∶0.75；高程200～220m为1∶0.5～1∶0.75；高程220m以上为1∶1。高程180～200m多为弱风化岩石，部分微风化；高程200～220m多为弱风化岩石，局部强风化；高程220～250m多为强风化岩石，局部弱风化和全风化；高程250m以上多为全风化夹残留孤石。高程250m以下有F7、F12、F15、F16、F28、F29、F34、f47、f48断层及数条节理密集带。左岸坝肩主要结构面倾向山内或与边坡走向近正交，仅F16、L5、L6顺坡倾向，但基本挖除，唯局部尚保留。未发现较大的不利边坡稳定的结构面及其组合体。

(2)右岸坝肩。高程180m以上开挖边坡最大坡高65m，即达245m高程，形成199、219m高程两条马道，马道宽度2m。边坡开挖坡比：高程180～199m为1∶0.5；高程199～219m为1∶0.75～1∶0.5；219m高程以上为1∶1。高程180～199m多为强～弱风化岩石，局部微风化和全风化；高程199～219m多为全风化，部分强风化，局部弱风化；219m高程以上多为全风化夹残留孤石，局部强风化。219m以下主要断层有F1、F44，最大破碎宽度分别为6.5m和4.5m。右岸坝肩F21和fy-3及F12和fy-2组合的楔体，经赤平投影稳定分析处于稳定状态。

2.2.2坝肩边坡处理

(1)完整性较好的微风化、弱风化岩石，无不利边坡稳定结构面。喷10cm厚的C20混凝土。

(2)完整性较差的微风化、弱风化岩石及强风化岩石。采用砂浆锚杆φ20＠150×150cm,L=308cm，入岩深度为300cm，喷10cm厚的C20混凝土。

(3)全风化岩石。采用插筋φ16＠200×200cm,L=108cm，入土100cm，并布设φ4＠@25×25cm的铁丝网，喷10cm厚的C20混凝土。

(4)断层破碎带及节理密集带。除打锚杆外，并布设φ4＠25×25cm的铁丝网，喷10cm厚的C20混凝土。

(5)边坡上布置排水孔。间、排距均为300cm，深度400cm，孔径为50mm。

3坝基岩体质量与评价

3.1坝基岩体质量建基面以利用微风化、弱风化岩石下部为原则，地震波纵波速度＞4000m/s控制。

3.1.1地震弹性波测试（固结灌浆前）

①坝段纵波速度Vp=4000～4800m/s；②坝段Vp＞4000m／s占90%，Vp＜4000m/s占10%；③坝段Vp＞4000m/s占73.6%，Vp＜4000m/s占26.4%；④坝段Vp＞4000m/s占74.8%，Vp＜4000m/s占26.2%；⑤坝段Vp=4100～4700m/s；⑥坝段Vp一般为4600～4800m/s，局部Vp=2200～3400m/s。各坝段纵波速度小于4000m/s的部位，加深开挖深度，并加强固结灌浆。

3.1.2跨孔声波CT测试

③、④坝段布置跨孔声波CT测试5组，固结灌浆前声速为4700～6250m/s，唯ZK0210～ZK0310组在混凝土与基岩接触带，声速为3800m/s，固结灌浆后声速为4500m/s。

3.1.3声波单孔测试

①坝段测试孔41个，灌浆前、后平均声速分别为5066m/s和5311m/s，其中20个孔在建基面附近个别测点固结灌浆前声速＜4000m/s，固结灌浆后声速均＞4500m/s。

②坝段测试孔22个，固结灌浆前、后平均声波速度分别为5327m/s和5618m/s。其中6个孔在建基面附近个别测点固结灌浆前声波速度＜4000m/s，固结灌浆后声波速度均＞4500m/s。

③坝段测试孔28个，固结灌浆前声波速度为3261～6250m/s，其中11个孔局部测点低于4000m/s，固结灌浆后接近5000m/s，或高于5000m/s。

④、⑤、⑥坝段测试孔分别为42、1和4个，固结灌浆前声速均高于5000m/s。

3.2坝基岩体质量评价

(1)坝基岩石为块状中、细粒花岗岩，新鲜、微风化、弱风化岩石下部力学强度高，可满足建筑物的要求，部分较差或差的岩石经工程处理后，符合设计要求。

(2)断层、挤压带、节理密集带均进行工程处理，处理后符合设计要求。

(3)固结灌浆前建基面地震纵波速度大多高于4000m/s，局部低于4000m/s的进行工程处理；5组跨孔声波测试，固结灌浆前声速为4700～6250m/s，局部在混凝土与基岩接触带为3800m/s，固结灌浆后为4500m/s；声波单孔测试孔151个，其中有37个孔固结灌浆前在建基面附近个别测点声速低于4000m/s，固结灌浆后高于4000m/s。地震弹性波与声波测试表明，大坝基础岩体质量良好，以AⅡ类岩体为主，部分为AⅠ类岩体，局部为AⅢ、AⅣ1类岩体。