南欧江三级水电站坝基工程地质条件评价及分析

钟辉 张燚

中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司

1 引言

南欧江为湄公河在老挝境内最大的一级支流，整个流域按“一库七级”方案进行开发[1]，其中南欧江三级水电站位于南欧江中游，为流域开发方案中第三梯级。挡水建筑物为混凝土重力坝，大坝共分13个坝段，由非溢流坝段、河床厂房坝段、冲沙底孔坝段、溢流表孔坝段等组成，最大坝高59.5m，坝顶长度272m。

2 坝基工程地质概况

坝基所在河段河流呈S53°W流向，河谷较开阔，枯期河宽90m～108m，两岸地形不对称，左岸自然坡度约32°～46°，右岸自然坡度约25°～28°，左陡右缓。左岸冲沟较发育，地形较零乱，完整性差，右岸地形相对完整。两岸江边均分布有规模不大，连续性差的基岩滩地。

坝基范围分布的地层有第四系覆盖层，主要包括河床冲积层和岸坡坡积层，冲积层厚度一般8m～10m，主要成分为砂卵砾石等，具极强透水性；坡积层厚度1m～5m，主要成分为砂质粉土、碎块石质粉土、粉质黏土等。下伏含钙质、白云质砂质板岩，紫红色、青灰色，变余泥质结构，板状构造。

坝基部位为单斜构造，岩层产状近SN，E∠75°～90°，倾左岸偏上游，为斜向谷。未见Ⅲ级及以上结构面，Ⅳ级结构面以挤压面（带）为主。Ⅴ级结构面以板理面和两组节理为主：①板理J，N10°E～N15°W，SE（NE）∠75°～90°，间距0.5cm～5cm，延伸一般1m～8m，面较平直，较光滑；②缓倾节理J1，N75°～90°W，SW∠20°～31°及N70°～85°E，SE∠24°～27°，间距30cm～200cm，延伸一般1m～10m，面平直，较光滑；③陡倾节理J2，N60°～75°W，NE∠60°～70°，间距50cm～400cm，延伸一般2m～5m，部分较长，面稍起伏，粗糙。

坝址区物理地质现象主要表现为岩体风化和钙质流失。两岸全风化层底界埋深约5m～10m；强风化层底界埋深左岸约13m～22m，右岸约10m，局部受构造影响，存在夹层风化现象；弱风化层底界埋深左岸约40m～50m，高处局部可达60m～80m，右岸约20m～30m；河床及漫滩部位无全、强风化岩体，弱风化层底界埋深约为20m。岩体受地下水活动影响，左岸局部地段强风化～弱风化岩体中可见轻微～中等钙质流失现象，岩体完整性及强度相对有所降低。

左岸地下水埋深20m～60m，右岸地下水埋深10m～40m，在低处山坡，地下水位线低平，略高于河水位。相对隔水（q≤5Lu）岩体顶界埋深：两岸23m～54m，河床23m～30m。

3 坝基工程地质条件评价及缺陷处理

3.1 坝基工程地质条件评价

坝基开挖后，所揭露的地质条件总体与前期勘察成果基本一致。

（1）左岸非溢流坝段（1#～2#坝段）。1#坝段上部开挖坡比为1:0.5，中下部开挖坡比为1:1.5；2#坝段开挖坡比为1:0.9。开挖揭露1#坝段坝基整体为强风化岩体，局部可见钙质流失残留小溶孔；2#坝段以弱风化岩体为主，局部为强风化。2#坝段分布3条Ⅳ级挤压带，均沿板理面发育，走向近SN，倾角垂直，破碎带宽度0.2m～0.3m，可见长度8m～20m，由碎裂岩组成。Ⅴ级结构面主要为板理面和缓倾节理J1。1#坝段强风化岩体为碎裂结构，岩体质量类别为Ⅳ2类；2#坝段岩体以薄层状为主，夹块裂和碎裂结构，岩体质量类别为Ⅳ1类，夹少量Ⅳ2类，Ⅳ2类约占10%。

（2）厂房坝段（3#～5#坝段）。厂房坝段开挖揭露为弱风化岩体，分布Ⅳ级挤压面4条，产状N60°W，NE∠60°～70°，其中一条倾角垂直，可见延伸长度7m～12m，破碎带宽度0.05m～0.08m，由碎裂岩组成。Ⅴ级结构面主要为板理面和节理J1和J2。岩体结构以中厚层～厚层状为主，其中4#和5#坝段局部分布有少量薄层状。岩体质量类别为Ⅲ2，夹少量Ⅳ1类。Ⅳ1类岩体在4#坝段约占2%，在5#坝段约占10%。

（3）冲沙闸坝段（6#坝段）。冲沙闸坝段坝基开挖揭露为弱风化岩体，未见Ⅳ级及以上结构面，Ⅴ级结构面主要为板理和2组节理J1和J2。岩体结构为中厚～厚层状，岩体质量类别为Ⅲ2类。

（4）溢流坝段（7#～11#坝段）。7#～11#坝段为溢流坝段，其中9#坝段为中隔墙坝段。坝基开挖揭露均为弱风化岩体。9#～11#坝段揭露Ⅳ级结构面7条，其中Gy-1规模稍大，产状N80°E～EW，SE（S）∠4°～12°，缓倾下游，可见延伸长度45m，横穿中隔墙，破碎带宽度0.1m～0.3m，由碎块岩夹泥组成，物理力学性质较差；gy-1缓倾左岸偏下游，延伸长15m，破碎带宽0.05m～0.1m，由碎裂岩夹泥组成；其余5条均为陡倾挤压面（带），延伸11m～16m，破碎带宽度0.05m～0.1m，由碎裂岩组成。Ⅴ级结构面主要为板理和节理J1和J2，J1广泛分布，J2零星分布。岩体结构为中厚～厚层状，岩体质量类别为Ⅲ2类。

（5）右岸非溢流坝段（12#～13#坝段）。右岸非溢流坝段开挖揭露坝基为弱风化岩体，未见Ⅳ级及以上结构面，Ⅴ级结构面主要为板理和节理J1。岩体结构以中厚层～厚层状为主，仅在13#坝段高处分布有薄层状岩体，岩体质量类别为Ⅲ2类夹Ⅳ1类，Ⅳ1类岩体主要分布在13#坝段高处，约占13#坝段的60%。

3.2 坝基地质缺陷处理

坝基工程地质条件整体一般，岩体质量以Ⅲ2类为主，两岸坝肩附近岩体质量稍差，以Ⅳ1类为主，Ⅳ2类岩体仅局部分布。开挖揭露的地质缺陷主要表现为3类：①规模稍大的Ⅳ级结构面；②不利结构面组合切割的块体；③钙质流失导致的物理力学性质较差的岩体。

针对揭露的地质缺陷，均采取了工程措施进行专门处理，主要措施包括以下几点。

（1）Ⅳ级结构面采用槽挖，清除软弱物质后回填，清槽深度按结构面宽度的1.5倍～3倍控制。

（2）对不利结构面组合切割的块体进行清除后回填。

（3）对钙质流失的岩体进行扩挖后回填。

（4）对于中隔墙坝段，由于揭露的Gy-1与gy-1均为缓倾结构面，破碎带性质较差，且推测二者连通，考虑到二期导流侧向水压力对其存在不利影响，为保证中隔墙稳定，在影响范围内增设了锚筋桩，同时进行固结灌浆。

4 坝基稳定性分析

4.1 坝基抗滑及变形稳定分析评价

坝基范围未发现规模较大的Ⅲ级及以上结构面，揭露的Ⅳ级结构面以挤压面（带）为主，胶结一般较好。Ⅴ级结构面主要为板理面和J1、J2两组节理。

开挖揭露的挤压面（带）及受影响的破碎岩体均已进行了针对性地质缺陷处理，并对坝基进行了固结灌浆和帷幕灌浆，局部固结灌浆加深加密。中隔墙受Gy-1和gy-1影响的范围增设了锚筋桩。

缓倾下游的结构面在局部出露较密集，多为刚性接触，通过固结灌浆，增强了岩体的完整性，不存在浅层抗滑稳定问题。陡倾上游的结构面亦为刚性结构面，总体不发育，不存在与缓倾下游的结构面组合切割形成不稳定块体的可能，不存在深层抗滑问题。

对坝基共选取6个典型剖面分正常蓄水位、校核洪水位和设计地震3种工况进行抗滑稳定计算。经计算，滑动体系抗力作用比η在三种工况下分别为1.28～3.76、1.67～4.73、2.57～5.35，均大于规范η≥1的要求。

为监测坝基岩体变形，在2#、5#、11#坝段布置了基岩变位计。根据监测成果显示，在2021年5月当前位移值在-0.42mm～0.57mm之间，月变化量在-0.01mm～0.02mm之间，各测点位移变化小，数据稳定，说明坝基变形小，趋于收敛（见图1）。

图1 坝基岩体位移变化时序图

根据坝基抗滑稳定复核及监测成果，抗滑稳定性良好。

4.2 坝基渗漏评价

坝基岩性均一，除1#～2#坝段上部为强风化岩体外，其余坝段均为弱风化岩体。弱风化岩体为弱透水性，微新岩体渗透性相对更小。大坝开挖后，对所有地质缺陷均进行了专门处理。同时，为改善坝基防渗能力，进行了固结灌浆和帷幕灌浆。帷幕灌浆厂房坝段防渗深度为相对隔水层顶界以下6m～15m；冲沙底孔坝段和溢流表孔坝段6m～16m；两岸非溢流坝段8m～23m，左岸延伸59m与相对隔水层相交，右岸延伸58m至正常水位与地下水位相交处。经处理后，检查成果显示，灌浆防渗效果明显，岩体透水率一般1Lu～3Lu，均小于5Lu，经处理后的坝基渗透性微弱。对大坝进行渗流计算复核，在正常蓄水位工况下，坝体与坝基总渗流量为569.5m3∕d。根据监测成果分析，在2021年5月当前坝基渗流量为244.51m3∕d，大坝总渗流量为295.14m3∕d（见图2）。经渗流计算复核和监测验证，坝基经处理后，防渗效果明显，渗流量满足设计要求（〈1000m3∕d），其渗流量控制在有效范围内。

图2 坝基渗流量变化曲线图

5 结束语

①坝基作为水电站重要建筑物地基，前期勘察应对工程地质条件予以查明，尤其是重大地质缺陷。施工过程中，要加强开挖揭露情况与前期勘察对比分析，及时与设计、施工反映分析成果。②南欧江三级水电站坝基工程地质条件一般，岩体质量以Ⅲ2类为主，两岸坝肩附近以Ⅳ1类为主，局部Ⅳ2类。开挖揭露的地质缺陷主要为Ⅳ级结构面、钙质流失导致的岩体性质变差及局部节理密集带等，针对所揭露的地质缺陷均进行了专门处理。③坝基处理后，经抗滑稳定和渗流计算复核、监测及运行验证，抗滑稳定性良好，变形稳定，趋于收敛，坝基防渗效果明显，渗流量小，电站运行良好。