乐滩水电站坝址工程地质

1、乐滩水电站坝址工程地质第25卷第2期2006年第2期红水河HongShuiRiverV0I.25.No.2No.2.2006乐滩水电站坝址工程地质李敦仁,蒋道苏(广西电力工业勘察设计研究院,南宁530023)摘要:通过对乐滩水电站坝址勘察及施工开挖揭露分析,坝址处于区域构造相对稳定区,厂坝基为弱风化微风化岩体,允许承裁力满足建筑物的应力要求;坝基抗滑稳定主要受混凝土与建基面岩体抗剪(断)强度控制,对少数坝块地基存在的较长软弱缓倾角结构面,已进行加固处理;坝基渗漏以岩溶裂隙性渗漏为主,局部有串珠状小溶洞渗漏,建议进行防渗帷幕处理是必要的.关键词:地震基本烈度;工程地质;抗滑稳定;坝基渗漏;绕坝渗

2、漏;岩溶渗漏;乐滩坝址中图分类号:TV223文献标识码:B文章编号:1001408X(2006)02008704乐滩水电站位于广西壮族自治区忻城县红渡镇上游3.0km的红水河干流上,为红水河规划的第八个梯级电站,距上游百龙滩电站76.2km,距下游桥巩水电站约75.0km.乐滩水电站正常蓄水位112.0m,相应库容4.02亿m3,装机容量4150MW,最大坝高63ITI,最大水头31.51TI.枢纽主要建筑有混凝土重力式溢流坝,左岸河床式厂房,左岸船闸,冲沙闸及左右岸重力坝,土坝等.1区域地质构造与地震坝址位于宜山山字构造与广西山字型构造之间的马蹄形盾地.构造线方向以北北西为主,东西向,北北东

3、向亦有分布.坝址及水库地区在区域上处于相对稳定地块.根据中国地震动参数区划图(GB183062001)坝址场地地震动峰值加速度为0.05g,相应地震基本烈度为6度.2坝址区基本地质条件2.1地形地貌坝址位于红水河中下游,为中低山岩溶峰林地形,山坡陡峻,河流大致自北向南流,与岩层走向一致,为纵向U型河谷,谷底宽2761TI,枯水期水位高程77m,相应水面宽100m.水深514m,原河中出现两个小洲岛和3条河槽.枯水期中河槽水最深为61TI,槽底高程69m;右河槽次之,水深约31TI,槽底高程72m;左河槽底高程为751TI,最枯水位时断流.河床左侧基岩漫滩宽阔,宽1401TI,长110m.右侧漫

4、滩窄,宽1020m.漫滩高程85951TI.漫滩之上为一级基座阶地,阶地面高程115120ITI,左岸一级阶地宽约140m;右岸为一山嘴突出到河边,截断上下游一级阶地.右岸为中低山岩溶峰林洼地,山顶高程350600m,山体雄厚;左岸为条形脊状山体,山体单薄厚度500-600m,山顶高程300-4501TI.2.2地层岩性坝址分布的地层有:(1)石炭系上统马平群(C3):分布于右岸,总厚度3891TI,自下而上划分为4层.(2)二叠系下统栖霞阶(P1.):分布于河床及左岸一级阶地,总厚度428m,按岩性可划分为16小层.(3)二叠系下统茅口阶(P1):分布于左岸一级阶地后缘及山体,总厚度5801

5、TI.按岩性可划上,中,下三段.(4)第四系(Q):一级阶地冲积层(Q):为粘土,粉质粘土,厚0.9231TI,左岸一级阶地下部岩土接触带附近有一层151TI厚的可软塑状的软弱士层.河床冲积及人工堆积层(Q):为泥砂,块石及砂卵砾石,厚1.628.77m.坡残积层(Q0):含碎石粉质粘土为主,厚度0.5181TI.2.3地质构造坝址位于六纳背斜东翼和红渡向斜西翼,为单收稿日期:2o060531作者简介:李敦仁(1965一),男.广西陆川人,高级工程师,学士,主要从事工程地质勘察工作,Emaih5602034163.tom.红水河2006年第2期斜构造,岩层走向NO.15.E,与河流方向基本一致

6、,倾向SE(左岸)倾角75.85.坝址区发育断层有24个条,以层间挤压错动为主,规模较小.按断层展布方向,表现形态及产状特征划分为下述4组.(1)NNE组:层间挤压错动带,多沿Pl.地层中的泥质灰岩,泥岩发育.断层走向N5.10.E,倾向SE,倾角80.85.,挤压错动带宽0.050.6m,为片状岩,鳞片碎屑,方解石及角砾岩充填,延伸长度1001000m.主要分布于安装问至10号坝之间.(2)NE组:缓倾角逆断层,断层走向N5.40.E,倾向NW或SE,倾角25.40,断层带为风化破碎岩厚540cm,夹泥厚0.55CTn,延伸长度24-34,0m.主要断层有f328,379等共6条,分布于4号

7、机及12号坝.(3)NW组:缓倾角逆断层,断层走向N40.60*W,倾向SW或NE,倾角26.42.,断层带为风化破碎岩厚5-40cm,夹泥厚0.55cm,延伸长度12-50.0m.主要断层有f7l1,1068f1o76共3条,分布于厂房4号机及12号坝.(4)NE组:正断层,断层走向N8.11.E,倾向SE,倾角80.,断层带宽150-500cm,为方解石胶结的灰岩角砾岩,以方解石为主,灰岩角砾仅占10%左右,胶结良好,延伸长度大于1500m,断层编号为f743,分布于左岸船闸冲沙闸及上下游引航道.2.4岩溶发育概况坝址为顺向河谷,岩层陡倾左岸,层向错动和裂隙发育,岩溶大都顺层发育.由于各地

8、层岩性,构造发育程度以及水动力条件的差异,岩溶发育程度也有较大区别.(1)P岩组:为含燧石结核灰岩,该岩组顺层状溶槽(洞)比较发育,平均线岩溶率6.18%,属较强烈岩溶发育区,分布在交通洞进口段.(2)砰岩组:为硅质灰岩与硅质岩互层,岩溶发育微弱,沿个别层面有小溶洞发育,属弱岩溶发育区,分布在交通洞中段.(3)Pi岩组:为厚层灰岩,局部夹燧石结核.该岩组溶槽(洞)比较发育.根据平硐统计平均线岩溶率6.44%,属较强烈岩溶发育区.分布在船闸冲沙闸及上下游引航道和交通洞出口段.(4)P岩组:为厚层灰岩,不纯灰岩,泥岩和燧石结核或燧石条带,岩溶发育相对较弱,线岩溶率0.54%1.5%,属中弱岩溶发育

9、区.该层位分布88于安装间,厂房,溢流坝及右岸重力坝3号-5号坝段.(5)C3岩组:位于右岸山体,为厚层灰岩夹白云岩团块.据位于120m高程长650m的平硐(1)揭露,岩体完整性好,岩体内仅见有溶孔和小溶洞零星分布.11个钻孔有3个钻孔遇到3个小溶洞,线岩溶率为0.28%,但右岸一级阶地浅部岩溶较发育,该层属中弱岩溶发育区.(6)d,h两岩组:属中,弱岩溶发育区,地表浅部发育洼地等,岩溶发育中等;深部以溶隙及溶孑L为主,岩溶发育微弱.2.5水文地质坝址区的地下水划分为4大类型:孔隙潜水,溶隙裂隙水局部夹串珠状小溶洞水,溶洞裂隙水及裂隙溶隙夹管道水.坝址河水及地下水的水质分析均为重碳酸钙水,对混

10、凝土无侵蚀性.岩体渗透性主要由岩性,构造及岩溶发育程度的控制,一般为溶隙裂隙性渗透,局部为小溶洞渗流.据钻孔水文地质试验资料统计,岩体透水性很不均一,岩体的透水率(q)变化范围大,为0.00316.00Lu,q3.00Lu的相对隔水层岩体顶板一般高程4050m,局部高程为10m.2.6岩体风化岩体按岩石风化程度自上至下分为弱风化带和微风化带.(1)弱风化带:岩体上部溶沟溶槽较发育,中下部裂隙多有溶蚀夹泥质现象,局部有串珠状小溶洞.坝基弱风化岩体一般较完整,钻孔岩芯RQD值一般为45%-70%,在靠近断层地带为16%45%;岩体纵波速度一般为35005000m/s,在厚层中厚层灰岩为主的地段,为

11、5000-5600m/s.(2)微风化带:裂隙面溶蚀较少,岩体完整性好,钻孔岩芯RQD值一般为70%-90%,在靠近断层地带为40%60%.岩体纵波速度一般为45006000m/s,如在厂房1号2号机和3号机的建基面为微风化岩体,实测地基岩体平均纵波速度为5712m/s和5802m/s.2.7岩土物理力学性质根据本工程各勘察阶段的室内外岩土物理力学性质试验指标,参照国内工程勘察经验,提供坝址区岩体及结构面力学参数建议值,见表1,表2.李敦仁,蒋道苏:乐滩水电站坝址工程地质表l各建筑物地段混凝土/基岩接触面的抗剪断强度参数,变(弹)性模,允许承载力建议值表主要力学指标建议值静变(弹)性模量建筑物

12、地段设计桩号主要岩性CRE0Et.tMaMPa103MPa103MPa右岸接头坝右岸0020弱风化C3呻灰岩0.900.700_800.6o3.08.0l1.5溢流坝段00200+179弱风化P灰岩0.900.700.603.04.06.0厂房段0+1790+360弱,微风化P1q灰岩0900.700.603.04.06.0船闸及左岸0+360左岸弱风化P.灰岩0.900.650.603.04.06.0注:12号溢流坝抗滑稳定计算综合取值f,=0.80,c=0.55MPa.表2各结构面力学参数建议值表抗剪强度结构面Cffa陡倾角断层(夹片状岩及方解石)0.450.10.35缓倾角断裂(夹泥)0

13、.350.010.270.30不夹泥一般结构面0.500,10.403坝址主要工程地质问题及加固处理3.1坝基抗滑稳定问题厂坝基坑开挖揭露的缓倾角结构面延伸较长的(3040m)夹泥的缓倾角结构面仅分布在7号,8号,l1号,12号坝段及4号机段(含右冲沙闸)的部分地段,对这些厂坝段的地基抗滑稳定有一些影响,施工时已采用固结灌浆,锚筋桩或预应力锚索等工程处理措施.其余大部分厂坝地段地基虽有小数缓倾结构面分布,但延伸短小,对坝基不起抗滑稳定性控制作用,坝基抗滑稳定主要是混凝土与基岩面抗剪强度控制.3.2边坡稳定问题坝址区为纵向河谷,岩层陡倾左岸,倾角75.85.断裂以顺河顺层陡倾角为主,缓倾角断裂结

14、构面一般延伸短小.从岩层和断层产状来看,对边坡稳定较为有利.(1)横河向的上下游边坡,横切岩层走向及主要顺层错动的断裂,边坡稳定性较好.(2)顺河向的右边坡,主耍受岩层层面倾角及断裂构造面倾角控制.对浅部的卸荷裂隙,会影响局部边坡稳定,施工开挖采取清除或锚筋桩处理;对边坡稳定影响较大的厂房开挖右边坡f711及f328缓倾角断层,其走向与边坡走向基本一致,倾向厂房基坑内,倾角28.38.,夹泥厚5O40cm,软弱夹泥的抗剪断强度f=0.35,C=0.O1a,f=0.270.30,经设计抗滑稳定验算,厂房4号机右边坡稳定性差,施工采用锚筋桩和预应力锚索加固处理,安全度达到设计规范要求.(3)顺河向

15、的左边坡,与岩层及主要构造线的倾向相反,边坡稳定性一般较好.施工开挖仅在厂房尾水渠左边坡局部有缓倾角倾向厂房基坑内,考虑其边坡稳定性,也采取锚筋桩加固处理,其稳定性达到设计规范要求.(4)土质边坡主要在左冲沙闸左边坡,为冲积成因的粉质粘土及粘土和残坡积含碎石粘土,其中上部粘性土为硬可塑状,天然边坡稳定性较好,但接近基岩面有一层厚15m的软塑状粘性土,因此,左岸土质边坡成为上硬下软的结构,对土质边坡稳定不利,设计进行边坡稳定验算,确定开挖边坡角度和挡护,排水措施,设置了抗滑桩.3.3坝基渗漏问题挡水建筑物的基础大部分座落在Plq岩组上,岩层顺河走向,陡倾左岸,倾角75.85.,该层岩溶发育较弱,

16、其形态主要以顺层溶隙,表层溶沟溶槽为主,局部有串珠状小溶洞.坝基岩体渗透较强的主要有3个层(带).(1)表层岩溶中等至强透水带:除河床局部外,分布较普遍.其发育深度河床地段一般较深,底部高程达到6088m;左岸一级阶地和漫滩其底部高程一般为82100m,钻孔揭露的溶沟,溶槽及小溶洞主要在该带内,且均为泥质所充填;未见到溶洞,溶沟,溶槽的钻孔,也普遍见有裂隙溶蚀现象,裂面上多见泥膜.岩体透水率q值一般为1051Lu,个别大者316Lu.(2)沿岸坡发育的中强透水带:分布在坝址右岸岸坡及F93断层上盘影响,上部宽43m,向下变窄以至尖灭,发育深度一般2060m,相应高程2050m,其岩体透水率q值

17、一般大于10Lu,最大为270Lu,平均值为17.4Lu.(3)夹层状或深槽状中强透水带:主要沿层间错动带或层间裂隙带发育,在横剖面上呈夹层状或深槽状,在纵向上且有一定的延续性,但其宽度和深89红水河2006年第2期度都有较大变化.上述3个带将成为坝基渗漏的主要通道,一般以岩溶裂隙性渗漏为主,局部有小型管道渗漏.岩体透水率q值由0.00316Lu.口3.0Lu顶板界线一般埋深4070rn,相应高程4050rn,局部在高程10m附近.因此,坝基需要采取严密的防渗措施,帷幕深度需达至口3.0Lu顶板以下5.0m.3.4绕坝肩渗漏问题3.4.1右岸绕坝渗漏问题坝址右岸为中低山岩溶峰丛洼地,有一山嘴凸

18、出伸至右坝肩河岸,山嘴宽约80rn,截断上下游一级阶地.右坝肩山体为唧,C2h及d诸含水岩组成单斜含水构造,除F55断层影响带及其上盘古岩溶角砾岩带中见有小溶洞,溶隙发育,岩体透水性较大外,一般岩溶发育微弱.仅在断层带,裂隙带见有溶蚀现象,在裂隙面上局部见有宽0.33.0cm的钙泥质充填,并见有溶孔零星分布,岩体透水性中等至微弱.判定右岸绕坝渗为岩溶裂隙性渗漏,要求右坝肩防渗帷幕从桩号071.8m0113.0m,防渗长度41.2rn,渗浆深度达到q3.0Lu顶板以下5.0rn是必要的.3.4.2左岸绕坝渗漏问题乐滩水电站左坝肩紧靠呈南北走向的条形峰林山脉,其走向与坝区河流向基本致.山体中部为厚

19、86m的P中薄层硅质灰岩与硅质岩,山体两侧为P和厚层灰岩,含燧石结核或白云岩团块.P2们地层岩溶不发育,仅在岩体裂隙面局部有溶隙现象,Pz瑚岩组属裂隙微弱透水的相对隔水层,q3.0Lu岩体顶板高程大于140.52ITI.左岸绕坝渗漏存在两个途径:一个是通过P2m相对隔水层越过低矮地下分水岭向红渡谷地产生微弱渗漏,此渗漏量估计对工程发生的影响可以忽视不计;另一个是以吃为边界,沿P岩组中的溶隙局部夹溶洞的中等透水层产生渗漏,因此左岸坝肩对P含水岩组应采取防渗措施,防渗帷幕长度与砰m相对隔水层底板相接是可靠的,深度达到q3.0Lu顶板以下5.0rn是必要的.4结论及建议4.1结论(1)库坝区处于区域

20、构造相对稳定区,根据中国地震动参数区划图)(GB183062001),地震动峰值加速度为0.05g,相应的地震基本烈度为6度.(2)厂址地基为单斜构造,岩层走向与河流基本一致,没有规模较大的断层破碎带分布,主要构造面为层面,层间错动逆断层,破碎带宽度不大,宽为0.10.6ITI,构造岩为挤压紧密的片状岩和方解石,工程上易于处理.(3)厂址地基岩体以中厚层厚层灰岩为主,一般为弱风化微风化,岩体较完整,力学强度较高,允许承载力能满足建筑的应力要求,施工开挖中对局部溶沟,溶槽,小溶洞以及断裂发育部位进行了清挖回填或固体灌浆等处理,对建基面上的23个洞隙涌水点均采取预埋引流,当混凝土上升到一定高程,再

21、倒灌浆水泥浆封堵处理.经过钻孔声波检测及压水试验检验,工程处理质量较好,满足设计规范要求.(4)厂址地基缓倾角构造一般不发育且延伸短小,坝基抗滑稳定主要受混凝土与建基面岩体抗剪强度控制.在7号,8号坝块相邻部位的76.5rn高程和厂房4号机49.5rn高程平台,坝基分布延伸较长的缓倾角夹泥断裂,对这些坝段地基抗滑稳定不利,采取了清挖,锚固和固结灌浆等处理后,地基抗滑稳定符合设计规范要求.(5)工程开挖边坡以岩质边坡为主,多为临时边坡,施工中对发育影响稳定的结构面边坡以及岩溶较发育边坡进行了锚固,护坡,冲沙闸左侧土质边坡稳定条件较差,设置了抗滑桩,处理后各地边坡处于稳定状态.(6)坝基渗漏主要是

22、岩溶裂隙渗漏,局部为串珠状小溶洞渗漏,坝基及左右岸坝肩防渗漏灌浆帷幕深度原则上按进入3.0-5.0Lu相对隔水层顶板以下5.0rn或0.7倍作用水头控制,符合规范要求.4.2建议(1)建议在水库蓄水过程中以及运行初期,加强对坝址区的地下水位观测工作,尤其是左岸地下水低槽部位和下游岸坡是否存在地下水位抬高和地下水集中出流现象,尽快恢复对右岸PD01平洞的地下水位观测.(2)鉴于坝基肩防渗帷幕以下岩体中仍可能分布有夹层状或槽状透水带,且防渗帷幕是否存在局部漏灌现象目前也不能确定,建议注意观测蓄水后坝基,坝肩地下水位和渗漏变化情况.(英文文摘下转第100页)红水河2006年第2期5.3构筑物和机械设

23、备的防护为了确保爆破的安全,预防飞石,爆破冲击波及地震波的影响,在拆除前对11号,12号坝溢流面;进水口闸门;4号机冲砂导流孔和6号3Ot门式起重机等,用竹排,麻包及黄土进行多层防护.6结语本次爆破规模总药量为56t,最大一次爆破药量为9.1t,长252m,总延时10000ITIS,于2003年11月18日17点正式爆破,爆破非常成功,中央和广西电视台作了新闻报道.乐滩水电站RCC围堰的拆除,通过选择合理的爆破拆除方案,参数并实施,取得安全,快速,高效的目的,为保证乐滩水电站能提前发电打下良好的基础,也为今后大型RCC围堰爆破拆除提供借鉴.参考文献:1刘清荣.控制爆破M.武汉:华中工学院出版社

24、,1986.2何广沂,朱忠节.拆除爆破新技术M.北京:中国铁道出版社,1988.3中国力学学会工程爆破专业委员会.工程爆破M.北京:冶金工业出版社,1988.BlastingTechnologyforDismantlingtheRCCCofferdamofLetanHydropowerProjectHEWuzhi(GuangxiHydroelectricConstructionBureau,Nanning,530001)Abstract:DismantlingtheRCCcofferdamofLetanhydropowerstationbyblastingisadominantworksfor

25、real-izingthegenerationgoalin2004,itsenvironmentiscomplex,thetaskisheavy,andtheconstructionperiodisshort.Accordingtothecharacteristicsofthecofferdam,arationaldismantlingschemebyblastinghasbeenchosen;rationalblastingparametershasbeendeterminedaftertesting;anditWasexecutedseriously.Asaconsequence,thecofferdamwasdismantledsafely,quicklyandhighefficiently.Keywords:RCCCofferdam;dismantle;blastingtechnology;Letanhydmpowerstation(上接第9O页)DamSiteOfLetanHydropowerStationEngineeringGeologicalConditionLIDun-ren,JLANGDao-su(GuangXiElectricPowerInst