高砂水电站大坝8号坝段稳定复核研究

林金洪，高雅芳

（1.福建华东岩土工程有限公司，福建 福州 350003；2.中国水电顾问集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

0 引 言

高砂水电站位于福建省闽江支流沙溪干流上，上游距沙县城关14 km，是以发电为主的中型径流式水电站，坝顶长316 m，最大坝高30.47 m，装机容量50 MW。电站于1995年6月建成投产发电，枢纽属三等工程，主要建筑物为3级，由溢流坝、重力式挡水坝、发电厂房、开关站、船闸等建筑物组成，溢流坝位于河床中部，厂房位于右岸，船闸位于左岸。

大坝8号坝段建基面以下泥化夹层未全部清除，工程地质条件复杂，根据第二次定检首次专家会议专题的要求，应复核坝基的稳定性并进行安全评价。按DL 5108—1999及SL 319—2005《混凝土重力坝设计规范》等有关国家规程，对8号坝段沿建基面及沿软弱夹层的抗滑稳定进行了复核计算以及敏感性分析，并综合监测成果进行安全评价。

1 基础地质资料与地质参数

1.1 工程地质条件及基础处理

8号坝段为最先浇筑的溢流坝段，兼作施工导流纵向围堰。坝基岩性主要为弱风化含砾砂岩夹薄层粉砂岩，f3断层斜穿该坝段，延伸至9、10号坝段护坦，范围较大，且与f2断层汇交通向库区，有可能形成渗漏通道。f3断层产状上盘面N5°～20°E，NW∠15°～20°，下盘面 N5°～20°E，NW∠35°～45°，在高程80～82 m处破碎宽1.8～3.5 m。建基面岩性均以f3断层为界，上盘为薄层状含砾砂岩夹泥质粉砂岩，下盘为厚层状砂砾岩。岩层产状 N35°～45°E，NW∠6°～11°，f3断层与辉绿岩脉 （γπ-1） 相交斜穿于坝段下游端，破碎带宽2～6 m，呈全风化。

采取槽挖及灌浆处理，槽深1.5～2.5 m，最低高程82.5 m，岩石呈弱～微风化。坝基原设计开挖高程为85.0 m，在开挖过程中发现85.0 m高程的泥质粉砂岩层间有1层厚为2～5 mm，局部10 mm的夹泥层，沿纵深撬挖5 m该夹泥层尖灭。在83.88 m高程泥质粉砂岩层间又发现1层夹泥层厚1～4 cm，呈断续分布，对该夹泥层进行撬挖处理。最终建基面开挖高程为83.55～85.26 m，开挖成台阶状。这2层夹层是不连续的，呈透镜体，延伸不长，分布面积不大。

二期基坑9号坝段开挖时，发现在8号坝段建基面下还有1层全～强风化夹层，局部厚达30～50 cm。该夹层呈不连续状分布，厚度变化大，在坝轴线至坝下0+10处厚仅 3～5 cm，其中夹泥 0.5～2.0 cm，往下游尖灭；在坝下0+29～0+31.5处见有1～3 cm的夹泥。风化夹层出露高程84.20～84.70 m，其顶板与建基面之间的厚度为0.40～0.55m。为进一步查明风化夹层在8号坝段坝基内的延伸情况，在8号坝段溢流坝面上布置2个钻孔。经分析，该夹层呈透镜状，分布不连续，延伸不长，且分布在坝基下深度1～3 m，并向右侧延伸，厚度变薄至尖灭。对风化夹层进行掏挖处理，掏深0.60～0.80 m，槽底端风化夹层厚仅5～13 cm，在槽内铺钢筋回填混凝土及接触灌浆处理，并在溢流顶面布置12根长14 m的垂直锚杆，伸入完整的基岩中，还布置38个固结灌浆孔灌浆处理，提高了基础的整体性。在8号坝段的上、下游还有纵向混凝土导墙，尤其是下游侧导墙，基础岩石新鲜完整，对坝基的稳定性有一定的帮助。

1.2 坝基地质参数

施工期分析，全～强风化夹层是不连续的，呈透镜体，延伸不长，分布面积不大，施工时虽已进行工程处理，但该坝段岩性差，岩体Ⅳ1B类，且本电站已运行16年，泥化夹层泡水软化及渗透破坏的可能性加剧，对坝基稳定不利。通过对地质资料的综合分析，考虑提出8号坝段坝基弱风化含砾砂岩夹泥质粉砂岩与混凝土综合抗剪断指标:f′RK=0.6～0.7，c′RK=0.5～0.6 MPa；坝基存在的全～强风化夹层摩擦系数f=0.20～0.25，c=0；泥化夹层摩擦系数f=0.10～0.15。8号坝段坝基及全～强风化夹层稳定复核采用的计算参数见表1。

2 抗滑稳定复核计算分析

2.1 沿建基面

因建成本电站时，只有水利行业标准，而现行规范为电力行业标准，故8号坝段抗滑稳定复核计算分析按照我国现行电力行业和水利行业2种规范中的抗剪断强度计算进行。根据不同运行工况，对8号坝段分别进行建基面抗滑稳定计算，取整个坝段宽计算，渗压系数取0.25。

表1 计算参数

按照DL 5108—1999规范，建基面抗滑稳定及应力计算成果见表2。表中，γ0为结构重要性系数，高砂水电站拦河坝为3级建筑物，对应结构安全级别为II级，取1.0；ψ为设计状况系数，对于持久、短暂、偶然状况分别取1.0、0.95、0.85；S（·）为作用效应函数；R（·）为结构抗力系数；γd为基本、偶然组合结构系数。

表2 沿建基面抗滑稳定计算成果 （DL 5108—1999）kN

按照SL 319—2005规范，建基面抗滑稳定及应力计算成果见表3。表中，∑W为作用于坝体上全部荷载 （包括扬压力）对滑动平面的法向分值；∑P为作用于坝体上全部荷载 （包括扬压力）对滑动平面的切向分值；K为抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数。

表3 沿建基面抗滑稳定计算成果（SL 319—2005）

拦河坝为3级建筑物，坝基深槽抗滑稳定安全系数基本组合K值不应小于1.25，特殊组合计算的抗滑稳定安全系数K值不应小于1.1。从上述分析成果知，在各计算工况下，8号坝段沿建基面抗滑稳定均满足现行电力行业和水利行业规范要求。

2.2 沿软弱夹层

按照SL 319—2005规范，沿软弱夹层抗滑稳定（按抗剪公式）计算成果见表4。由表4可知，在各计算工况下，按抗剪公式计算的8号坝段沿软弱夹层抗滑稳定安全系数能满足规范要求。在设计洪水位和校核洪水位情况下，上下游水头差小，自重沿软弱夹层的分量倾向上游，坝体沿软弱夹层的整体滑动趋势倾向上游，由于上游连接纵向围堰导墙没有滑动面出路，故抗滑稳定安全满足要求。

表4 沿软弱夹层抗滑稳定计算成果 （SL 319—2005）

按照SL 319—2005规范，沿软弱夹层抗滑稳定（按抗剪断强度）计算成果见表5。由表5可知，各计算工况下，按抗剪断强度计算的正常蓄水位情况下的抗滑稳定安全系数满足规范要求。

表5 沿软弱夹层抗滑稳定计算成果 （SL 319—2005）

按照DL5108-1999规范，沿软弱夹层抗滑稳定计算成果见表6。由表6可知，各计算工况下，按承载能力极限状态计算沿软弱夹层抗滑稳定成果满足规范要求。

表6 沿软弱夹层抗滑稳定计算成果 （DL5108—1999）kN

2.3 沿软弱夹层参数及位置敏感性分析

由表4～6计算可知，沿软弱夹层抗滑稳定的控制工况是正常蓄水工况，抗剪强度计算方法得出的安全系数裕度较小。为分析抗滑稳定参数的敏感性，分别取抗剪参数为地质建议值的最小值0.2、软弱夹层抗剪参数降至0.1进行计算，结果见表7。由表7可知，当软弱夹层的抗剪参数取0.2时，抗滑稳定安全系数大于1.25，仍满足规范要求；当全～强风化夹层抗剪参数降至0.1时，抗滑稳定安全系数不满足规范要求。考虑到8号坝段上下游连接围堰，其实际的安全系数比计算成果要高。

3 监测成果

根据监测资料，8号坝段坝顶水平位移与水库上游水位关系不明显，原因是上游水位变幅较小，各年上游水位除1996年外，最大年变幅仅为1.12～5.56 m。水平位移没有明显向下游或向上游的趋势，说明时效对各测点水平位移的影响已基本稳定。

表7 沿软弱夹层抗滑稳定计算成果

受温度影响明显，垂直位移呈年周期性变化，高温季节坝体混凝土由于热胀而向上抬升，低温季节由于收缩而向下沉降，符合一般闸坝的位移变化规律。其下沉的最大值一般出现在每年的1月～2月，最小值出现在每年8月～9月。经分析，库水位对垂直位移的影响较小。

4 结语

（1）地质、设计复核研究要根据最新的国家颁布的规程规范进行，充分收集并分析各时期的资料。

（2）根据地质复核成果，8号坝段沿建基面及沿软弱夹层的抗滑稳定均满足现行水利及电力规范的要求。

（3）根据最近几年的监测成果，坝体水平及垂直位移基本稳定，且绝对值不大，无大的突变现象，说明坝体稳定性无异常。但仍要加强大坝各类观测，并根据观测成果进行分析判断。