天桥水电站岩溶承压水对新增泄洪闸闸基稳定的影响

王志宏，王 楠，陈晓光

（1．黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州450003;2．华南理工大学 土木交通学院，广东 广州 510641）

黄河天桥水电站位于山西省保德县与陕西省府谷县交界处的黄河北干流上，是一座低水头、大流量、河床式径流电站．水电站于1978年建成投产，经过30多年运行，原设计洪水标准已无法满足现行规范要求，需新增加2孔泄洪闸和4孔排沙底孔扩大泄流规模［1］．拟建泄洪闸及排沙洞位于原厂房坝轴线向右侧延伸方向上的水寨岛部位，设计闸基及排沙洞底面高程为806～815 m．

1 水文地质特征

1．1 区域岩溶水文地质特征

水电站位于吕梁背斜西翼与鄂尔多斯台向斜东缘过渡地带，该区域广泛分布着下古生代奥陶系的碳酸盐岩层．受区域地质构造的影响，在神池、五寨等地形成一系列断陷盆地及岩溶洼地，为降水入渗创造了有利条件．区域内近700 m厚的灰岩地层，节理裂隙及断裂发育，岩溶较为发育，地下水丰富，渗透性强，为该区地下水主要含水层．从水电站钻孔T501自流涌水资料来看［2］，水头降低21～22 m，涌水量达5 184 m3/d;在工程区西北部的苛岚3#孔，水头降低10 m时，涌水量达3 900 m3/d．岩溶水的径流方向由吕梁背斜向鄂尔多斯向斜排泄，即岩溶地下水排泄方向是由东向西，排泄于黄河河谷，且坡降较缓．区域水文地质剖面如图1所示．

图1 区域水文地质剖面示意图

1．2 工程区水文地质特征

1．2．1 含水岩层的分布规律及其渗透特征

工程区地层为奥陶系中统，表现为灰岩与泥灰岩、角砾状灰岩相间分布，根据岩性特征、岩溶发育程度和地质构造条件等，将其分为14个岩组．与工程有关的水文地质岩组主要为：①奥陶系中统层，该层为灰色灰岩及灰白色白云质灰岩，厚5．5～7．0 m，分布在河床底部，被奥陶系中统覆盖，仅在土坝上游100 m以远的河床覆盖层下直接与砂砾石层接触，形成“透水天窗”，该层透水性强，渗透系数k=30～40 m/d，为工程区主要承压水径流通道和含水层;②奥陶系中统层，该层为灰色角砾状灰岩、灰黄色泥质灰岩，厚13．6～17．0 m，夹有多层软弱夹层，分布在河床底部，渗透系数 k=1～3 m/d，为工程区相对隔水层;③奥陶系中统层，该层为棕灰色厚层灰岩，厚19．0～21．0 m，受河流切割，主要分布于水寨岛部位，在水寨岛部位为孤立岩层，为自由层间水，渗透系数k=40～60 m/d;④河床冲积层（alQ4），该层分布于黄河河床覆盖层中，河床覆盖层在坝上游厚近35 m，在坝下游厚5～20 m，为工程区主要潜水含水层，该层平均渗透系数k=30 m/d．

1．2．2 含水岩层的水力联系及补排关系

图2 已建2号闸闸基垂向实测水位分布图（闸坝下25 m）

2 岩溶承压水对泄洪闸闸基稳定的影响

2．1 对闸基扬压力的影响

根据前期观测资料［3］，建坝前层层承压水位基本相同，为817～818 m，高出当时黄河水位2 m左右;建坝后库水位达到正常蓄水位834 m时，拟建泄洪闸（水寨岛部位）在没有帷幕、排水设置的情况下，层水位将在816～820 m，高出闸基底面15～25 m，对闸基扬压力的影响显著．

从图2及已建2号闸坝轴线下25 m处不同层位的实测水位观测资料分析可知，层承压水对闸基扬压力的影响不大，是由于层之上存在厚13．6～17．0 m的层泥灰岩、泥质角砾状灰岩相对隔水层，消减了闸基下层承压含水层水头势能，降低了闸基扬压力．

2．2 对闸基抗滑稳定的影响

拟建泄洪闸及排沙洞座落在水寨岛上，基岩面高程为815～832 m，闸基底面高程为806～815 m，泄洪闸及排沙洞大部分建在层灰岩和层角砾状灰岩及灰黄色泥质灰岩上层角砾状灰岩顶、底面及层间分布有多层软弱泥化夹层，这些软弱夹层见水易崩解软化，有时成泥状可塑，在长期高承压地下水存在条件下，可能会进一步软化崩解，甚至引起机械破坏，造成岩石基础强度降低，将对闸基抗滑稳定产生不利影响．故建议在进行闸基抗滑稳定计算分析时，同时应考虑到岩溶承压水对闸基岩体的影响．

2．3 对基坑开挖的影响

3 闸基岩溶承压水处理措施及建议

2）建议沿基坑上游及右岸侧（基坑左岸侧为已建右导墙）设置帷幕排水线，使泄洪闸主体工程形成三面围堵的防渗排水线，以堵截来自上游和右岸侧面通过，岩层的浅层来水，降低上游和两侧来水的渗流坡降，达到降低闸基扬压力和保护泥化夹层不受渗流破坏的目的．

4 结语

1）工程区位于吕梁背斜的西翼碳酸盐层分布区，地下水汇集范围大，而在黄河河谷的排泄面积相对较小，同时受地质构造边界条件控制，形成了在黄河干流上少有的高水头岩溶承压水区，给泄洪建筑物的施工及闸基稳定带来了不利影响．

2）通过对岩溶承压水的观测与分析，基本查清了该区岩溶承压水水文地质特征，提出了采取以减压排导为主，辅之封堵的处理措施．

［1］孔彩粉，朱天平，范伟兵．天桥水电站扩泄除险方案分析［J］．华北水利水电学院学报，2007，28（5）：20－22．

［2］耿莉，耿波，哈佳．天桥水电站新增泄洪闸深层滑动稳定研究［J］．甘肃科技，2006（06）：160－161．

［3］黄河勘测规划设计有限公司．天桥水电站除险加固工程初步设计阶段工程地质勘察报告［R］．郑州：黄河勘测规划设计有限公司，2004．