百龙滩水电站船闸工程地质问题及处理

陈承今

摘 要：文章介绍了百龙滩水电站船闸工程的地质条件，并对船闸工程存在的软弱地基、边坡稳定等主要工程地质问题及其处理进行了论述。

关键词：船闸工程；工程地质；软弱地基；边坡稳定

中图分类号：U641 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0132-02

1 工程概况

百龙滩水电站位于广西马山县百龙滩镇红水河上，上游距大化电站约27.6 km，下游距恶滩电站约75 km。电站一期工程于1993年开工建设，1996年并网发电。枢纽建筑物由碾压混凝土重力台阶式溢流坝、河床式厂房、船闸及冲砂闸、左右岸接头坝及开关站组成。

船闸布置于枢纽右岸滩地，是一座单级船闸，纵轴线与坝轴线正交，主要由上游引航道、船闸本体段和下游引航道等部分组成，全长约1 170 m。船闸近期为V级船闸，远期对下游引航道扩建后可达到IV级航道的通航标准。船闸有效尺度为120 m×12 m×2.5 m（长×宽×门槛水深）。设计通航规模为：近期通航1顶2×250 t级硬绑船队，远期通航1顶2×500 t级硬绑船队。

2 区域地质构造及地震

本区位于广西山字型构造前弧西翼中南段，构造线以北西和北北西为主，褶皱与断裂均较发育，褶皱以北北西向条形褶皱、隔槽式褶皱和短轴背向斜褶皱为主。

工程区在地震构造分区上属桂西北构造地震区，地震规模均较小。据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001）及《建筑抗震设计规范（GB50011-2001）》附录A划分，场地区地震动峰值加速度为0.05 g，相当于地震基本烈度6度。

3 船闸工程地质概况

3.1 地形地貌

船闸位于坝址河床右岸基岩滩地边缘，原地面高程106～120 m，滩地之上为一级基座阶地，阶地高程为150～157 m，阶地宽20～200 m，阶地上冲积层厚度0～25 m，人工堆积0～15 m。

3.2 地层岩性

工程区地层主要有第四系（Q）覆盖层、三迭系（T）及二迭系（P），现分述如下：

①第四系：按成因主要有人工堆积、冲积及残坡积3类。

②三迭系（T）：主要为碎屑岩层，有中统（T2）和下统（T1）。

③二迭系（P）：按岩性组合自上而下可分为上统（P2）和下统（P1 m）。

3.3 地质构造

船闸区岩层为单斜构造，走向：340？觷～350？觷/SW∠30？觷～45？觷，与河流方向夹角70？觷～80？觷，倾向上游。断层以陡倾角为主，主要断层按其走向归纳为如下三组：

①北西向组。主要有F9断层，断层出露于电站坝址右岸上游滩地，斜切大婆山及坝线，经厂房往东南与F16相交，可测长约1 400 m，断层走向N65？觷～75？觷 W，倾向SW或NE，倾角80？觷～90？觷 W，为左行平移正断层。断层水平断距10～30 m，垂直断距17m，断层破碎带宽0.5～9.0 m。构造岩为压碎岩、片状岩、方解石及少量断层泥。断层带平均纵波速VP=3 420 m/s。

断层在航下0+154至航下0+260段斜穿下闸首及下引航道右上侧，并往下游延伸至4#靠船墩部位。

②北北西向组。主要有F16断层，分布于尾水渠及船闸下引航道中段，斜穿河床，延伸长约1 000 m，为逆断层。断层走向N5？觷～20？觷 W，倾向SW，倾角70？觷。破碎带宽0.5～1.0 m，构造岩为糜棱岩、压碎岩。

此外北北西向断裂尚有F23、f970断层，但规模较小，均属左行平移断层。其中F23断层分布在下引航道出口右侧；f970断层分布在闸室右侧冲砂闸出水道内。

③北东东向组：主要有F24、f662、f849、f990断层，断层规模较小。其中F24分布于下引航道左隔水墙，产状88？觷/SE∠85？觷，与下引航道近平行；f662分布于船闸上闸首，向北东方向延伸至F9。这些小断层均为F9断层分支，具右行压扭性特征，断层破碎带宽0.1～0.7 m。构造岩为片状岩、压碎岩及少量断层泥。

3.4 水文地质

船闸区地下水类型主要有孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水三类，其补给源为大气降水、河水。在碎屑岩体内，一般含水透水性较弱，岩体透水率q一般小于5.0 Lu；岩溶水分布于碳酸岩分布区，以岩溶—裂隙水为主，局部有裂隙—溶洞水，岩体透水率q一般在0.6～21 Lu，或渗透系数k值为9.4～13.2 m/d，属中等—弱透水，局部地带受断裂构造影响，溶洞发育，渗透系数k达112 m/d，属强透水性，与河水有水力联系。

据水质分析，区内水化学类型主要为低矿化度（小于150 mg/L）重碳酸钙水。白云岩、白云质灰岩分布区为重碳酸钙镁水，三叠系地层中地下水也普遍含有钙。PH值一般为7.5～7.85，呈弱碱性水，总硬度为7.5～12.5德国度，为微硬水。

4 船闸区主要工程地质问题及处理

船闸的上游引航道、上闸首部分底板和边墩均已竣工，船闸区主要工程地质问题集中在闸室段、下闸首、下游引航道、下游主副导航墙及下游靠船墩等地段。

4.1 闸室段软弱地基问题及处理

闸室分布在航下0+026至航下0+154，以16 m为一段，共分8段。基坑原已开挖至高程109.0 m，并已采用混凝土铺盖保护。闸室第1段建基面高程106.0 m，第2～8段建基面高程107.8 m，开挖深度约1.2m～3.0 m，基坑开挖基本将铺盖拆除，仅在闸室第4～7段残留有约占1/2建基面面积的旧混凝土。

地基出露地层主要有T13、T14、T15岩组，弱风化～微风化。残留的旧混凝土厚约0.1～1.0 m，前期未作清基就进行浇筑，其底部与基岩接触面处存在碎石、泥等充填物，下伏基岩呈较破碎状。闸室在航下0+100附近分布有顺岩层走向的强风化凝灰岩夹层t65，宽约0.5 m；在航下0+120附近分布有层间挤压错动带Ph201，带内岩体破碎，宽约2.0 m。

残留旧混凝土铺盖、强风化凝灰岩夹层t65及层间挤压错动带Ph201为软弱地基，施工中采取了如下地基处理：软弱夹层t65及层间错动带Ph201采用深挖1.5倍宽度及置换回填混凝土处理。残留的旧混凝土铺盖范围岩体物理力学性质尚未满足设计要求，进行了固结灌浆处理，共布置了55个灌浆孔，孔距2 m～3 m，孔深7 m，其中混凝土内2 m，基岩内5m，灌浆压力在闸室最左边采用0.4 MPa，其余为0.6 MPa。

软弱夹层、层间错动带及基岩陡坎经处理满足设计要求。残留旧混凝土铺盖范围的地基固结灌浆质量采用同一孔灌浆前、后声波测试对比检验，共抽检了3个孔，灌前纵波速Vp值3 082～4 329 m/s，平均值为3 556 m/s，灌后纵波速Vp值4 040～6734m/s，平均值为5 661 m/s，平均值提高了59.2%，可见固结灌浆使地基岩体力学强度得到了明显补强。闸室建成多年未发现异常裂缝及沉降，地基经处理后的力学强度满足结构要求。

4.2 下闸首段软弱地基问题及处理

分布在航下0+154～航下0+191.7，建基面高程103～105 m，开挖深度约4～6 m，局部约7.5 m。

地基出露地层主要有T12、T11岩组：地基上游段主要出露薄层白云质灰岩与白云质泥灰岩互层（T12），岩体属较坚硬岩～坚硬岩，微风化，较完整；地基下游段主要出露中～薄层含粉砂含钙质泥岩夹灰岩（T11），岩体力学强度较低，结构松散、破碎。

下闸首段主要发育有断层F9和F24：F9为左行平移断层，分布于下闸首左侧，走向为北西西，倾向南西，倾角80？觷，水平错距约10 m，断层破碎带宽2～5 m，带内为压碎岩、断层泥充填；F24为左行平移断层，分布于F9左侧，走向北东东，倾向南东，倾角85？觷，水平错距约2 m，断层破碎带宽约0.5 m，带内为压碎岩、断层泥充填，与F9交汇。

地基下游段T11岩体及F9、F24断层破碎带岩体力学性质较差，属软弱地基，施工中采取了如下地基处理：对F9、F24断层破碎带采用深挖1～1.5倍宽度及置换回填混凝土处理，并对断层破碎带及地基下游段T11岩体设置固结灌浆，共布置了60个灌浆孔，孔距2.2～3 m，入岩6 m，灌浆压力0.6 MPa。

固结灌浆质量采用同一孔灌浆前、后声波测试对比检验，共抽检了10个孔，灌前纵波速Vp值2 043～4 687 m/s，平均值为3 617 m/s，灌后纵波速Vp值3 711～6 993 m/s，平均值为5 553 m/s，平均值提高了53.5%，可见固结灌浆使地基岩体力学强度得到了明显补强。下闸首建成多年未发现异常裂缝及沉降，结构运行良好。

4.3 下游引航道软弱地基问题、边坡稳定问题及处理

分布在航下0+191.7至下游，航道航下0+191.7～航下0+260为消力池及护坦段，建基面高程108.3～109.8 m，开挖深度约0.7～12.7 m。航下0+260至下游采用天然基岩底板，设计开挖底高程为110.8 m，开挖深度约8.4～18.8 m。

航道段主要发育有断层F9和F16：断层F9，呈北西西向从航下0+191.7延伸下游靠船墩4#墩，在航下0+400附近与断层F16相交，在消力池及护坦部位水平错距约10 m，破碎带宽5～9 m，带内岩体破碎夹泥，受其影响，两侧岩体裂隙发育，呈破碎～较破碎；逆断层F16，走向北北西，约在航下0+400与引航道斜交，破碎带宽约1 m，为压碎岩、劣质煤及断层泥充填。

断层破碎带、影响带及夹泥溶槽为软弱地基，施工中采取了如下地基处理：对消力池及护坦部位的F9断层破碎带及影响带采用深挖1～1.5倍宽度及置换回填混凝土处理；对夹泥溶槽采用深挖1.5倍宽度和置换回填混凝土处理。

航下0+523～航下0+750右边坡高程110.8～120.0 m右边坡岩溶较发育，局部存在边坡稳定问题，采取了挂钢筋网及喷混凝土护面处理。

F9断层破碎带、影响带和航下0+280～航下0+400右边坡经处理后，运行多年未发现裂缝及坍塌等现象，地基及边坡稳定性良好。

5 结 语

百龙滩船闸主要工程地质问题为软弱地基问题和边坡稳定问题，施工中根据不同的结构及地质条件进行了有针对性的处理。对规模不大的槽状软弱地基一般采用深挖1～1.5倍槽度后置换回填混凝土或钢筋混凝土处理；对物理力学性质较差的残留旧混凝土铺盖、强风化岩体、结构松散破碎岩体一般采用固结灌浆处理，灌浆深度达6 m以上；对发育规模较大的夹泥溶槽还增设了钻孔钢筋桩处理；对欠稳定的土质边坡主要采用了坡率法削坡及挂网喷护处理。工程中采取的地基处理方法经济可靠、施工简单，具有一定的可行性，可作为相关工程地质问题处理的经验借鉴。

参考文献：

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