天花板水电站坝址区工程地质条件评价

付长明，于顺山，王春江，孙莉萍

（中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京 100024）

1 坝址区工程地质条件

天花板水电站地处牛栏江与清水河交口上游1.2～1.7 km处的天花板峡谷进口段，河流方向基本上为NW300°，为典型的峡谷河段，河谷整体断面为 “U” 形。

坝址区揭露地层为震旦系地层，地层岩性主要有：东龙潭组灰黑色含藻粉晶白云岩 （Z2dl1-1）、深灰～浅灰色粉晶白云岩 （Z2dl1-2）、灰黑色富藻粉晶白云岩 （Z2dl2）、 灰白色粉晶白云岩 （Z2dl3）。

坝址位于谓姑背斜中段东翼与大脑包向斜南段之间，白云岩岩层倾斜平缓，倾向上游，为一倾向SE 的单斜构造。 两岸岩层产状 NE25°～60°SE∠11°～16°，岩相较稳定，无区域性断裂。河流流向为NW300°，同岩层走向近正交。发育节理裂隙主要以顺层向为主，延伸数10～100 m，裂隙面平直光滑。此外，还发育有倾向下游的中等倾角裂隙，裂面延伸不长，断续延伸。两坝局部断层较发育。

坝址岩体风化相对较弱，开挖后大部分为弱风化～微新岩体，局部受构造作用影响，为强风化岩体。岸坡为近陡立边坡，两岸岩体为缓倾角分布的层状岩层。岸坡卸荷裂隙较发育，两岸陡壁上均有分布，且卸荷裂隙的水平切割深度随岸坡的高度增加而增大。

坝址区地下水类型主要为岩溶裂隙水和孔隙潜水。岩溶裂隙水主要分布于厚约50 m的含屑粉晶白云岩 （Z2dl1-1）岩层中，具有承压性。承压水层在坝址区河床及左、右岸钻孔中均被揭露，且层内的连通性较好，承压水主要受清水河地表径流及层间越流补给。白云岩的岩体透水率为2.60～31.30 Lu，且在垂直方向上有随深度增加而变小的趋势。在勘探深度范围内，一般为中等～弱透水岩体。岩体近水平向层理、层间裂隙及溶隙较发育，有一定的透水性，但铅直向透水性较弱，可视为隔水层。

2 坝基工程地质条件

2.1 基本地质条件

坝基开挖揭露的地层为震旦系地层，岩性主要为东龙潭组灰黑色富藻粉晶白云岩 （Z2dl2）、灰白色粉晶白云岩 （Z2dl3）。 左岸岩层产状为 NE55°～60°SE∠16°； 右岸岩层产状为 NE25°～30°SE∠11°～15°，岩相较稳定，顺江无区域性断裂。河流流向为NW300°，同岩层走向近正交，属横向谷。发育断层主要有f15、f11、fb。其中，f15产状变化较大，整体产状为NW345°SW （NE）∠87°， 断层面起伏差较大，宽度一般为10～20 cm，局部达50 cm，最小宽度3 cm，为压扭性。主要由白色碎裂岩和角砾岩组成，断层带内物质性状差，风化明显，断层面平直光滑，附有泥膜，见有与断层走向近平行的擦痕，并发育2条次一级断层。f11产状NW335°SW∠83°～86°，断层面起伏粗糙，带宽40～50 cm，主要由白色碎裂岩、断层泥组成，性状较差，并见有明显擦痕。 fb产状 NW343°SW∠39°， 宽 8～10 cm， 断层面平直粗糙，主要由白色碎裂岩组成，性状一般。

坝基岩体岩性组成较简单，主要为粉晶白云岩和富藻粉晶白云岩。单轴饱和抗强度40～60 MPa，属中硬岩，大部分岩体完整或较完整。坝基岩体基本质量级别确定为Ⅱ～Ⅳ类。

2.2 坝基的抗滑、变形稳定分析

两岸坝肩岩体均为东龙潭组中厚～厚层富藻粉晶白云岩，厚层状结构，弱～微风化，层间结构面闭合，层理不发育，岩质较坚硬，岩体较完整。岩层倾向上游，倾角约16°。左坝肩高程1 017～1 023 m发育裂隙密集带J1，右坝肩发育的断层主要有规模较大的f15及次生结构面。建基面岩体主要为Ⅱ、Ⅲ1类岩体，在f15及影响带有少量的Ⅲ2、Ⅳ类岩体。在两坝肩附近均未见形成侧向滑移面、底滑面、横向切割面的结构面组合，不存在抗滑稳定问题。对裂隙密集带J1、断层f15及两坝肩的弱卸荷带进行有效的工程处理后提高了岩体的抗变形能力，不存在变形稳定问题。

坝基建基面岩性为白云岩，厚层状结构，弱风化， 层理产状 NE40°～60°SE∠10°～18°， 属中硬岩。受f15、f11、fb及其他结构面切割，坝基岩体存在差异。建基面大部分为Ⅲ1类岩体，断层带附近为少量的Ⅳ类岩体。f15、f11通过坝基，且f15在集水井上游侧与f11相交，沿层面有岩溶发育。因f15、f11为陡倾角断层，且f15与坝轴线近平行；f11与坝轴线近正交；fb为中等倾角，但规模较小。3条断层对坝基岩体的抗滑稳定影响较小，施工过程中对断层及其断层影响带进行有效的置换和固结灌浆等处理后，可以满足抗滑稳定要求。

2.3 坝基渗透稳定分析

坝基岩体均为富藻粉晶白云岩，岩层倾向上游，倾角16°左右，厚层状结构，弱～微风化，层间结构面闭合，岩体较完整。基岩主要为弱～中等透水岩体，岩体近水平向层理、层间裂隙及溶隙较发育，有一定的透水性，但不存在渗透破坏问题。

坝基岩体分布的f11、f15等断层，沿结构面有溶隙或溶孔发育，结构面在坝基处形成以水平方向为主的裂隙网络状渗漏的通道。水库蓄水后，断层内的泥质充填物在水压力作用下细颗粒易被冲蚀产生渗透稳定问题。

坝肩为陡立边坡，两岸断层和张性构造裂隙可能将白云岩层间发育的溶蚀孔洞串联起来，形成地下水渗透的途径。水库蓄水后，坝肩沿裂隙和溶隙存在绕坝渗漏问题。裂隙和溶隙中的泥质填充物在水压力作用下细颗粒易被冲蚀而产生渗透稳定问题。

针对上述问题，采取了系统帷幕灌浆处理措施，有效解决了渗漏和局部的渗透稳定问题。

3 两岸边坡稳定分析

3.1 坝顶以上边坡

两岸边坡场地开口线高程为1 076.8～1 150.0 m，坡面整体成不规则的矩形。边坡共设置了3层马道，每层20 m，坡比为1∶0.3。

两岸岩体均为东龙潭组中厚～厚层富藻粉晶白云岩，岩层倾向上游，倾角16°左右。规模较大的主要断层有f15、f11，岩体受其影响比较破碎。左、右岸长大贯通的陡倾角裂隙较为发育，沿层面岩溶较发育。

左岸主要发育 3 组裂隙： ①NE30°～50°SE∠15°～20°； ②NW290°～310°SW∠75°～80°， 间距 5～10 cm；③NW330°～350°NE∠65°～75°。 上述裂隙以①组最为发育，其他2组次之。赤平投影分析表明，3组结构面与边坡组合未形成不利组合，边坡基本稳定。受结构面切割及其影响，局部稳定性差。

右岸主要发育 3组裂隙： ①NE30°～50°SE∠15°～20°； ②NW290°～310°SW∠75°～80°； ③NW330°～350°NE∠65°～75°。 上述裂隙以①组最为发育， 其他2组次之。赤平投影分析显示，①、③组结构面与边坡形成了不利组合，对边坡稳定不利。受结构面切割及其影响，整体稳定性差。

采取混凝土挂网喷护、系统锚杆及锚索等施工处理措施后，两岸边坡均处于稳定状态。

3.2 消能区两岸边坡

两岸岩性由河床至坝顶高程1 076.8 m均为弱风化白云岩，层理发育。层理整体产状为NE30°～50°SE∠15°～20°， 层理面平直粗糙。 边坡大部分为直立边坡，总体稳定性较好，但泄洪过程中水流的冲刷和雾化作用对两岸的岩体会起到一定的软化作用，尤其受断层和长大裂隙的影响的部位易产生局部坍塌。

左岸在1 007～979 m高程间发育一条长大裂隙L26， 产状为 NW290°NE∠77°,面起伏粗糙， 宽 2～5 cm，局部张开10～15 cm，无充填。裂隙较发育，主要有3 组： ①NE30°～50°SE∠15°～20°； ②NW290°～310°SW∠75°～80°； ③NW330°～350°NE∠60°～75°。 上述裂隙以①组最为发育，其他2组次之。赤平投影分析表明，3组结构面与边坡均未形成不利组合，边坡基本稳定。围岩整体较完整，稳定性较好，局部存在稳定性差的岩石块体。

右岸发育有两条断层f11、f26。主要发育3组裂隙： ①NE30°～50°SE∠15°～20°； ②NW290°～310°SW∠75°～80°； ③NW330°～350°NE∠60°～75°。 上述裂隙以①组最为发育，其他2组次之。赤平投影分析的结果是①、③组结构面和f26、①组结构面与边坡均形成了楔形不利组合，对边坡稳定性不利，围岩整体完整性差。

采取系统锚杆、贴坡混凝土、锚索等工程措施后，两岸边坡均处于稳定状态。

4 结语

天花板水电站坝址区岩体岩性组成较为简单，为中厚～厚层的粉晶白云岩和富藻粉晶白云岩，大部分岩体完整或较完整。坝基局部的断层及其影响带对抗滑稳定略有影响，右岸边坡局部的结构面不利组合对边坡稳定影响较大。针对主要工程地质问题，采取了一些工程处理措施，在保证安全的前提下，结合大量的地质成果分析，大坝建基面抬高6 m，工程地质技术上取得了突破。