金安桥水电站枢纽区工程地质条件评价

高 健，孙朝碧

（中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南 昆明 650051）

1 枢纽区的工程地质条件

金安桥电站枢纽区金沙江总体呈向东凸起的弧形，主体建筑物布置地段河流近南北向，枯期河水面高程为1 294 m，水面宽60～100 m，水深约10 m。河谷呈 “V”形，为纵向单斜谷，两岸地形基本对称，山体雄厚，地形陡峻。因受流层产状和顺河向陡倾角结构面影响，两岸岸坡多为阶梯状地形。右岸为逆向坡，在高程1 320～1 350 m之间为长约1 500 m，宽100～170 m的平缓台地。两岸浅沟发育，左岸有5条，右岸有7条。

枢纽区分布的地层主要为二叠系上统玄武岩组上段，岩性有玄武岩、杏仁状玄武岩夹火山角砾熔岩及凝灰岩，枢纽区分布有数层连续性较好的凝灰岩，其中对建筑物影响较大的有t1b、t1c、t2、t34层。受构造影响，玄武岩较破碎，河床部位分布有较厚的裂面绿泥石化玄武岩岩体，杏仁状玄武岩及火山角砾熔岩岩体相对较完整。凝灰岩属相对软弱岩层，常发生顺层挤压并出现泥化现象，个别凝灰岩有崩解现象。两岸零星分布的坡积层厚度一般小于3 m。

枢纽区岩层呈单斜构造。玄武岩流层呈舒缓波状，其总体产状近南北，倾向西，倾角12°～30°。枢纽区以坚硬的玄武岩为主，构造形迹主要表现为断裂构造，断层等破裂结构面较发育。坝段内无区域性Ⅰ级结构面，分布的Ⅱ级结构面断层有3条，但均远离主要建筑物。已发现的Ⅲ级结构面断层有47条，按产状主要有以下两组：①N50°～80°W，NE（少量 SW） ∠70°～90°； ②N10°～30°W， NE 或 SW∠60°～90°。它们多分布于枢纽区下游边缘，对建筑物影响较大的有F63和F77，F63纵贯右岸坝基及溢洪道边坡， 产状 N10°E， SE∠87°或 N3°～5°E， NW∠80°～85°破碎带宽0.5 m，主要由角砾岩、糜棱岩、片状岩、构造透镜体及断层泥组成，胶结差。F77横穿溢洪道边坡及泄槽， 产状 N75°～85°W， NE∠75°～85°，破碎带宽0.5～1.2 m，主要由碎裂岩、角砾岩、糜棱岩、断层泥、片状岩、透镜体组成，胶结差。Ⅳ级结构面包括小断层 （f）、挤压面 （g）及绿帘石、石英脉错动面 （EP）。其中，f、g以近EW和近SN两组陡倾角为主，EP为缓倾角硬性结构面，已发现的延伸较长的EP有31条，主要分布在两岸江边，特别是左岸Ⅰ勘线至Ⅲ勘线之间。根据其产状可分如下两组： ①N20°～40°E， NW∠20°～35°； ②近EW，S∠20°～35°；属Ⅴ级结构面的节理裂隙发育，以陡倾角为主，按走向可分为近EW、近SN和NW向3组。

枢纽区物理地质作用较强烈，主要物理地质现象有崩塌、岩体风化和卸荷。崩塌作用以滑移型崩塌为主，底面受凝灰岩层面控制。枢纽区左岸为顺向坡， 1 360～1 600 m高程间从上游到下游分布有B1、B2、B20三个规模较大的崩塌堆积体，体积分别达 246×104、 84×104m3和 226×104m3。 一般厚度达20～40 m，最厚达60余m。其中，B2崩塌体表层为崩塌堆积，下部为一卸荷松动岩体。

枢纽区岩体风化不强烈，以物理风化为主，岸坡一般无全风化层，河床部位无强风化层且一般无弱风化上带。两岸强风化带厚度一般小于15 m，局部可达20～25 m；弱风化带厚度一般30～50 m。其中，上带一般厚10～25 m，下带一般厚20～40 m，但河床部位一般小于20 m。坝址左岸为顺层坡，流层缓倾坡外，卸荷裂隙水平发育深度约30～48 m，最深达90余m。右岸卸荷裂隙的发育深度较左岸稍小，一般为24～30 m，最深为58 m。在右岸滩地部位发育有水平卸荷回弹裂隙，裂隙多沿流层理发育，张开0.5～3.0 cm，充填次生黄泥及岩屑，延伸长度一般为3～5 m，长者大于10 m，垂直发育深度15～30 m。

坝址区地下水以基岩裂隙潜水为主，岩体的透水性不均一，总的趋势是自地表至深部逐渐减弱。相对隔水层 （q＜1 Lu）顶板埋深：河床部位30～50 m，两岸一般为40～110 m。经对地表水及地下水的水质简分析，枢纽区地下水和河水、沟水的化学类型主要为重碳酸钙型水或重碳酸钙钾 （钠）型水，属弱碱性淡水，对混凝土无腐蚀性。

根据岩石的物理力学试验，玄武岩、杏仁状玄武岩、火山角砾熔岩等火山岩，平均湿抗压强度在87.28 MPa以上；由于岩石中玄武质含量不同，凝灰岩表现出抗压强度差别较大，除个别较纯的凝灰岩湿抗压强度较低仅23 MPa，一般具有较高强度，平均湿抗压强度达93.86 MPa。

除了裂面绿泥石化岩体及断层破碎带变形模量值偏低外，枢纽区岩体普遍具有很高的变形模量。弱风化下带镶嵌碎裂结构岩体的平均变形模量为31.39 GPa；微风化及新鲜块状结构岩体变形模量平均值高达40.79 GPa；次块状岩体变形模量平均值达36.93 GPa；裂面绿泥石化岩体变形模量偏低，块裂 （镶嵌碎裂结构）裂面绿泥石化岩体变形模量平均值为11.75 GPa；碎裂 （碎裂结构）裂面绿泥石化岩体变形模量平均值为4.29 GPa。

岩体抗剪的峰值强度随岩体的完整性提高而增大，具有良好的对应关系，而残余强度数值基本一致，与岩体结构关系不大。此外，岩体的结构类型对岩体与混凝土接触面的抗剪参数的影响也不大。

2 坝基工程地质条件

2.1 工程地质条件

坝基分布岩层有玄武岩、杏仁状玄武岩夹火山角砾熔岩及t1c、t2凝灰岩。两层凝灰岩均存在顺层挤压并有连续分布的泥化夹层，F63断层纵贯右岸坝基上下游，并切穿t1c凝灰岩，形成不利块体，对局部坝段深层抗滑及变形稳定不利；新鲜玄武岩、杏仁状玄武岩夹火山角砾熔岩，岩石坚硬较完整，但河床坝基部位玄武岩受裂面绿泥石化影响，块裂与碎裂裂面绿泥石化岩体交错分布，岩体破碎，强度相对较低，对坝基变形及抗滑稳定不利。根据坝基岩性、岩体结构、风化等因素制定了一套坝基岩体质量分类标准，将坝基岩体由好到差分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5个大类以及Ⅲa、Ⅲb、Ⅳa、Ⅳb4个亚类。其中，两岸坝基岩体以Ⅲ类为主，占80%以上，具有一定的抗剪强度和变形模量，工程地质条件一般；河床坝基分布的裂面绿泥石化岩体分属Ⅲb类和Ⅳa类，分别占56%和44%，其中Ⅳa类岩体变形模量偏低，且开挖易受扰动，全部挖除又极为困难，必须采取妥善有效的工程处理措施并严格控制施工质量以达到设计要求。

2.2 坝基抗滑、变形稳定分析

坝基岩石以玄武岩为主，夹火山角砾熔岩及凝灰岩。玄武岩及火山角砾熔岩岩石坚硬，强度高，湿抗压强度在80 MPa以上。凝灰岩在新鲜完整状态下具有较高的强度，属硬岩或中硬岩，t1c、t2凝灰岩顺层挤压明显，具泥化、软化现象，为软弱夹层，岩层走向与河流近平行，缓倾右岸偏下游，倾角12°～30°，对坝基抗滑、变形稳定不利。t1b位于河床坝段坝基以下20～30 m，总体完整性较好，强度高，对坝基抗滑及变形稳定影响不大。分布于左岸坝肩部位的t1c，顺层挤压强烈，泥化夹层厚度大，抗剪强度、变形模量均很低，且埋深浅，有顺河向陡倾角结构面侧向切割，下游t1c又被冲沟切割临空，已构成十分不利的组合，在工程荷载下对左岸坝肩抗滑及变形稳定很不利，进行工程加固处理难度很大，建议对其进行挖除处理。分布于右岸坝基部位的t1c、t2凝灰岩受顺河向陡倾角结构面切割，对局部坝段抗滑及变形稳定不利，建议对坝基出露地段采取槽挖并置换混凝土，在坝基内部设置抗剪洞等工程措施，以提高其抗滑稳定性，并满足工程要求。除凝灰岩夹层及不太发育的玄武岩流层外，坝基范围内分布的少量断层及Ⅳ、Ⅴ结构面以陡倾角为主，对坝基抗滑稳定一般不起控制作用。对延伸较长且缓倾上、下游的绿帘石、石英错动面应分析其对局部坝基抗滑稳定的影响及处理措施。分布于河床坝基下的裂面绿泥石化岩体，特别是Ⅳa类岩体，抗剪强度及变形模量较低，对坝基抗滑及变形稳定不利，应进行专门研究，采用调整上部结构，并进行有效的工程处理以提高其整体抗滑稳定性及抗变形能力。

2.3 坝基渗透稳定分析

坝基岩体以玄武岩为主，节理裂隙发育，但延伸长度有限且多闭合，岩体透水性较弱，不存在发生化学管涌及机械管涌的问题。分布于右岸的t1c、t2凝灰岩及断层F63贯穿整个坝基，需注意断层破碎带及凝灰岩顺层挤压泥化带的渗透稳定问题。根据左岸t1c凝灰岩泥化夹层试验资料，渗透系数在2×10-5～3×10-5cm/s之间，临界水力坡降达1.3。分析显示，贯穿右岸坝基上下游的t1c、t2凝灰岩及断层F63，在水库蓄水后的实际工程水力坡降均小于凝灰岩泥化夹层的临界水力坡降，沿凝灰岩和断层产生渗透变形的可能性不大；但从安全考虑，需对其进行必要的防渗处理。

3 坝后厂房及尾水渠地基的工程地质条件

厂房布置于坝后河床，建基高程1 255 m，基础置于微、新岩体中，岩性以玄武岩为主夹火山角砾熔岩及t1b凝灰岩，玄武岩流层及凝灰岩夹层走向与厂房轴线近垂直，缓倾右岸。除揭露有两条顺河向陡倾角小断层外，未见Ⅲ级以上断层分布。t1b出露于厂基部位埋深6（左边墙）～46 m （右边墙）位置，岩性已相变为凝灰质火山角砾熔岩，岩石坚硬完整，强度高。岩体裂面绿泥石化不强烈，岩体类型以Ⅲb类为主，少量Ⅳa类。尾水渠部位为弱风化下部及微、新岩体，工程地质条件与厂基相似。总体上，厂基及尾水渠工程地质条件一般，将局部裂面绿泥石化强烈的Ⅳa类岩体挖除，并对Ⅲb类岩体适当处理后，基础可以满足要求。

4 溢洪道的工程地质条件

4.1 地基的工程地质条件

溢洪道布置于右岸边，底板宽88 m，长394～594 m，前后泄槽段开挖深度相对较浅，开挖深度一般10～20 m，地基岩体为玄武岩，部分火山角砾熔岩及t1c凝灰岩夹层。岩体为强风化～弱风化上带，岩体完整性差。由于强风化岩体呈散体～碎裂状结构，抗剪及抗变形能力低，地基条件较差，将地基内强风化岩体全部挖除并对t1c凝灰岩夹层、F50、F27及F77断层及小断层破碎带进行处理后，地基可满足设计要求；但需注意，t1c凝灰岩及水平卸荷回弹裂对溢洪道基础抗浮稳定的影响。消力池布置于溢洪道中后段，长约210 m，底板开挖高程1 278.5 m，开挖深度40～60 m。地基岩体为玄武岩及火山角砾熔岩，t1c凝灰岩在右侧边墙脚出露。岩体以微风化及新鲜为主，部分弱风化下部岩体，完整性较好。对t1c凝灰岩夹层进行处理后，地基可满足设计要求。

4.2 边坡的工程地质条件

溢洪道布置于右岸台地部位，前后泄槽段开挖边坡高度较小，里侧边坡高度小于40 m。消力池部位底板开挖高程1 278.5 m，里侧边坡高达80～100 m。溢洪道外侧与右岸冲沙底孔泄槽相邻，向外为厂房及尾水渠边坡。溢洪道外侧不存在边坡稳定问题。

内侧边坡位于缓坡台地与陡坡交接处，除在10号冲沟部位分布有5～10 m厚的洪积物外，绝大部分为岩质边坡。其中，前后泄槽段边坡主要由弱风化上部及强风化岩体构成，消力池部位坡顶由弱上及强风化岩体构成，中下部为弱风化下部及微～新岩体。t2凝灰岩出露在边坡顶部，t1c出露在消力池边坡底部，岩层缓倾坡内，对边坡稳定影响不大，但应注意凝灰岩泥化夹层的压缩变形问题。边坡顶部发育F63断层，同时边坡中顺坡陡倾节理较发育，有产生倾倒变形破坏的条件。边坡强风化岩体较破碎，岩体完整性差、强度低，边坡开挖后有沿其底界面产生 “脱壳”滑移失稳或沿最大剪应力面发生局部类似圆弧形塌滑的可能。

5 结语

金安桥水电站枢纽区以坚硬的玄武岩、杏仁状玄武岩及火山角砾熔岩为主。河床部位分布有大量的裂面绿泥石化岩体，相对软的凝灰岩夹层在后期构造变动过程中多发生顺层挤压并出现软化、泥化现象，对坝基抗滑、变形及边坡稳定影响较大，从而使得枢纽区工程地质条件较为复杂。针对枢纽区主要工程地质问题，采取了相应的工程处理措施，在保证工程安全的前提下，坝基充分利用了裂面绿泥石化岩体，节省了投资，在工程地质技术上取得了成功。