南亚某水电站枢纽区坝型探讨

2017-04-13任梦宁

地下水 2017年2期

关键词：坝型堆石坝坝基

任梦宁

(机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710043)

南亚某水电站枢纽区坝型探讨

任梦宁

(机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710043)

水电站坝型的分析与比较是确定水电站投资大小的主要问题之一。通过钻探、物探、试验以及工程测绘等手段对南亚某水电站枢纽区地形地貌、地质构造、地层岩性、物理地质现象、水文地质特征等的勘察、并进行分析比较，认为该枢纽区拟健混凝土面板堆石坝，而不宜拟建碾压混凝土重力坝。

混凝土面板堆石坝；碾压混凝土重力坝；坝型；比较

为了解决该国电力紧缺问题，我国在湄公河一级支流中上游准备投资兴建一座装机容量为240 MW的水电站，以缓解该国的电力紧张状态。该水电站主要由大坝枢纽、引水隧洞和电站厂房组成。属中型水电工程，工程等别为Ⅲ等。

根据实际勘察自然条件初步确定的坝型为碾压混凝土坝和混凝土面板堆石坝。坝型的选取，直接关系到水电站投资的大小，所以开展对坝型探讨、确定具有十分重要的意义。

1 枢纽区地质条件

1.1 地形地貌

枢纽区位于湄公河一级支流中上游狭窄河谷段，坝轴线附近河道宽度20～30 m，河床高程约987m，河水深度0.5～3.0 m。坝轴线附近河谷呈“U”型，两岸1 080 m高程以下地形基本对称，岸坡坡度40°～50°。高程1 080 m以上坡度20°左右。

坝轴线河谷两岸坡脚及河床中有大量崩积岩块堆积，崩积层下多为基岩出露。坝轴线下游左岸有少量河漫滩冲积堆积；右岸下游300 m处分布一级阶地；山梁可见零星残留三级阶地。两岸坝肩植被茂盛。冲沟不太发育，冲沟方向近乎垂直河流，地形较完整，呈陡坡地貌。

1.2 地层岩性

枢纽区出露地层主要为：

(1)第四系全新统坡积层(Q4dl)，以砂质壤土为主，浅黄～棕红色，含碎、块石，松散，稍湿。坝址两岸均有分布，出露厚度0.5～1.0 m。

(2)第四系冲洪积层(Q4al+pl)分布于坝址河床、漫滩和堆积阶地，主要为漂石、卵石、砾石、砂及砂质粉土，松散～稍密。

(3)第四系崩积层(Q4col)分布于坝址河床两岸坡脚处，主要为块石、漂石，主要成分为砂岩、砾岩等，厚度2～5 m。岩块直径一般1～2 m，少量大于5 m。

(4)石炭系～二叠系(C-P)，岩性为砾岩、含砾砂岩、砂岩夹薄层状泥质粉砂岩、泥岩。其中砾岩、砂岩呈厚层～巨厚层状，钙质胶结，强度较高；泥质粉砂岩、泥岩呈薄层状，片理发育，泥质胶结，较软。

1.3 地质构造

本区构造表现为差异性上升为特征，河流下切，新构造运动活跃，构造活动一直延至第四纪晚更新世，由于构造的影响使得枢纽区基岩揉皱发育。但枢纽区均无区域构造形迹和大断裂通过。根据地质测绘成果及勘探揭露情况，枢纽区发育F1～F4四条较大断层和五条f1～f5小断层。

F1：在坝轴线下游侧70～150 m处横切河床向发育，产状 N40°～45°E，NW∠50°～75°，宽1～2 m，主要由碎块岩夹角砾岩等组成，胶结性较差。

F2：在坝轴线右岸山脊下游500 m左右处见发育，产状N61°W，SW∠60～80°，宽度2～5 m，充填断层泥及碎块状砂岩，胶结差。在右岸坝肩钻孔附近与坝轴线相交。

F3：在坝轴线下游200 m左右处发育，河边及山坡陡坎上均有出露。在该断层发育处陡坎上(高程1 080 m左右)有一长期渗水点，水量较小。受该断层影响，两侧150 m范围内褶皱发育。产状N45°E，NW∠42°，宽度1～2 m，充填断层泥，胶结差。

F4：在F3下游60 m左右处发育，与其近乎平行。充填泥，胶结差。

另在坝址左岸平硐发育4条顺坡断层，描述如下：

f1：距离平硐进口6 m左右，断层产状 N25°W，SW∠48°，洞壁两侧宽约 0.8 m，洞顶部位较宽。充填泥、角砾等，较松散，胶结性较差。

f2：距离平硐进口27 m左右，断层产状 N80°W，SW∠55～70°，宽约 0.3～0.35 m，充填泥、岩屑等。

f3：距离平硐进口36 m左右，断层产状 N60°W，SW∠63°，两侧洞壁上宽约 0.05～0.2 m，在右侧(下游侧)洞顶部位宽度约0.7 m，充填泥、岩屑等。沿该断层有渗水现象。

f4：距离平硐进口50 m左右，断层产状 N44°W，NE∠68°，宽约 0.1～0.15 m，充填泥、黄斑岩、方解石脉等，有渗水现象。

在坝址右岸平硐发育1条顺坡断层，描述如下：

f5：在36.1～38.4 m洞段发育，性质为压扭，产状为31°∠60°，宽度在5～15 cm，影响带宽度在2.0～3.0 m，由断层泥和岩屑充填，与洞轴线夹角为63°。

裂隙：枢纽区发育的主要裂隙为构造裂隙及层面裂隙。从裂隙统计分析可知，枢纽区主要受构造裂隙控制，层面裂隙基本是顺河向发育。

1.4 物理地质现象

枢纽区物理地质现象主要为崩塌、风化卸荷等地质作用

坝址崩塌主要分布于河流两岸基岩坡脚，受节理切割及风化剥蚀，当岩体所承受荷载超过其强度时，岩体发生崩塌。崩塌体多堆积在两岸坡脚及河床中，块径较大，一般为2～6 m，最大可达10 m以上。

根据钻孔揭露和天然露头地质调查，受水流冲刷影响，河床及两岸坡脚岩体1～3 m范围内，岩体风化，层面裂隙呈张开状、贯通性较好。枢纽区岩石风化卸荷有如下特征：

岩体风化程度与所处地貌特征关系密切。两岸山脊及缓坡地段风化较厚，而陡坡地段一般风化较薄。河床段基本无强风化岩体。

卸荷裂隙主要发育于两岸斜坡地层中，据地质测绘和平硐开挖编录资料，砂岩、砾岩卸荷裂隙较深，而泥岩卸荷裂隙较浅。卸荷裂隙一般在构造裂隙的基础上发育或叠加。

崩塌体岩性主要为砾岩、砂岩，松散，呈架空结构，局部有少量土充填。崩塌的形成与枢纽区断层有着紧密的联系，因为受断层的影响，泥岩、泥质粉砂岩(粉砂质泥岩)等软岩受到挤压、错动、扭曲，使其呈饼状、片状等，硬岩出现崩塌、卸荷张开等。

1.5 水文地质特征

坝址地下水类型为基岩裂隙水和第四系孔隙水。基岩裂隙水赋存在两岸山体及河床基岩裂隙中，水源补给以大气降水及残坡积孔隙水为主，水量不丰。水位埋深受地形坡度与裂隙发育深度控制。基岩裂隙水以潜流形式向河谷排泄，补给地表水。

2 坝型分析

依据以上的工程地质条件，碾压混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝均可作为该坝址的坝型选择。但是，两种坝型从施工工艺、投资规模、经济效益、施工时长等方面存在比较大的差别。

1)碾压混凝土重力坝优点：筑坝技术具有工艺简单、上坝强度高、工期短、造价低、适应性强等特点；混凝土面板堆石坝的优点：对地形和地质条件都有较强的适应能力，并且施工方便、投资省、工期短、运行安全、抗震性好，因而其作为坝型选择具有很大的优势。

2)混凝土面板堆石坝就地取材，节省钢材﹑水泥﹑木材等重要建筑材料，从而减少了建坝过程中的远途运输。结构简单，便于维修和加高﹑扩建。坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好性能，因此对地基的要求低。施工技术简单，工序少，便于组合机械快速施工。

3)碾压混凝土重力坝的缺点：坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；坝体体积大，耗用水泥多；施工期混凝土温度应力和收缩应力大，对温度控制要求高。混凝土面板堆石坝的缺点：坝身一般不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便，粘性土料的填筑受气候条件影响较大等。

4)依据规范[2][3]规定，混凝土重力坝坝基经处理后应满足一下要求：

(1)具有足够的强度，以承受坝体的压力；

(2)具有足够的整体性和均匀性，以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷；

(3)具有足够的抗渗性，以满足渗透稳定，控制渗流量；

(4)具有足够的耐久性，以防止岩体性质在水的长期作用下发生恶化。

混凝土面板堆石坝坝基处理应满足的一般要求：

混凝土面板堆石坝是土石坝的一种，它的底面积大，坝基应力较小，坝身具有一定适应变形能力，坝身断面分区和材料的选择也具有灵活性，所以堆石坝对天然地基强度和变形的要求，以及处理措施所达到的标准等，都可以略低于混凝土坝。但是，土石坝坝基的承载力、强度、变形和抗渗能力等条件一般远不如混凝土坝，所以对坝基处理的要求丝毫不能放松。坝基(包括坝头)处理应满足渗流控制(包括渗透稳定和控制渗流量)、静力和动力稳定、允许沉降量和不均匀沉降量等方面的要求，保证坝的安全运行。处理的标准与要求应根据具体情况在设计中确定。竣工后的坝顶沉降量不宜大于坝高的1%。对于特殊土的坝基，允许总沉降量应视具体情况确定。