下屯拱坝右坝肩K6溶洞影响分析及处理方案研究

王国香 钱 刚（贵州中水建设管理股份有限公司，贵州贵阳　550002）



下屯拱坝右坝肩K6溶洞影响分析及处理方案研究

王国香 钱 刚
（贵州中水建设管理股份有限公司，贵州贵阳550002）

【摘 要】下屯水电站右坝肩在1140～1160m高程发育K6溶洞，洞内黏土夹块石充填，溶洞规模较大，对拱坝坝肩的稳定不利。经分析溶洞对拱坝坝肩及下游岩体稳定的影响较小，但为了提高坝肩的安全可靠性，对溶洞进行了清挖，并回填混凝土及设置了混凝土重力墩。本文对此加以介绍。

【关键词】拱坝坝肩；溶洞；重力墩

1 工程概况

下屯水电站位于珠江流域西江水系南盘江的一级支流马别河中游，为马别河梯级开发中第五级电站，距盘县县城约126km。水库总库容970万m3，正常蓄水位1173m，电站装机容量20MW，多年平均发电量6460万kW·h。大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高69m，坝底宽16m，坝顶宽5m，拱坝厚高比为0.24，属中厚拱坝。电站为Ⅳ等小（1）型工程，大坝为4级建筑物。

2 坝址区工程地质条件

2.1 地形条件

坝址河谷呈不对称的“V”形，两岸地形相对平整，河流方向在坝线下游由SE折向SW，两岸地形浅切溶蚀型冲沟较发育，正常蓄水位1173m时，河谷宽117m，河谷宽高比为2～2.1。右岸1142m高程以下地形坡度65°～80°，1142～1210m高程地形坡度30° ～35°，1210～1260m高程地形坡度5°～20°，1260m高程以上地形坡度45°～60°。

2.2 工程地质条件

右岸发育一条断层（F1），产状为N15°～20°W/SW∠73°，为张性断层，破碎带宽10～15m，成分为碎块石夹砂质土，断距20m。

右坝肩基岩出露，地层为二叠系茅口组（P2m）灰色、灰白色厚层块状灰岩，根据勘探和施工开挖揭露，在紧贴右拱肩下游1140m～1160m高程发育K6溶洞，该溶洞宽约15m，高20m，为黏土夹块石充填，充填量约2000m3。溶洞下游为一凸出山脊，山脊下游面有一切割深约5～6m的溶槽，溶蚀裂隙发育，黏土半充填，溶洞及溶槽是右坝肩抗滑稳定的不利条件。坝址区地质条件见图1。

3　K6溶洞对拱坝右坝肩抗滑稳定影响分析

3.1 计算方法及计算模型

坝肩稳定采用极限刚体平衡法［1］，内力采用ADASO多拱梁分层计算，考虑基本组合（正常蓄水位+相应尾水位+设计正常温降+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力）和特殊组合（校核洪水位+相应尾水位+设计正常温升+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力）两种荷载组合，计算模型见图2。

图2　拱坝坝肩稳定计算模型

3.2 计算公式及参数取值

坝肩抗滑稳定计算公式［2］如下：根据开挖揭露的地质条件进行取值：f1= 0.45，

fb=0.65，c1=0.10MPa，cb=0.2MPa，α=0.5。

3.3 抗滑稳定计算

经计算，右坝肩最小抗滑安全系数：基本荷载组合K1=4.18，特殊荷载组合K2= 5.32，计算成果均满足SL 282—2003规范中稳定控制标准，坝肩抗滑稳定是安全的，K6溶洞对坝肩影响较小（见表1）。但考虑溶洞已开挖揭露及下游溶槽的影响，需对溶洞及下游溶槽进行处理。

表1　坝肩抗滑稳定安全系数计算成果

4　K6溶洞对右坝肩下游岩体稳定影响分析

根据开挖揭露，右坝肩在1160～1140m高程，K6

溶洞溶蚀水平宽度向下逐渐收窄，垂直方向与导流洞内溶洞相通，且充填黏土，影响右坝肩稳定。

4.1 计算模式

坝肩稳定计算方法为采用单位高度的水平拱计算各个高程的最小稳定安全系数，分别设定侧滑面与拱座径向面夹角为θ，每隔10°计算一个断面，底滑面仍同前，搜索坝肩抗滑稳定的最小安全系数。计算简图见图3。

图3　坝肩稳定岩体线计算简图

4.2 计算方法及参数取值

采用与坝肩相同的抗剪断公式进行计算，根据开挖揭露的地质条件按弱风化岩体进行取值：f1=0.45，fb=0.65，c1=0.10MPa，cb=0.10MPa，α=1。

4.3 计算结果

根据坝肩不同高程的平切图，右坝肩1160m、1150m、1140m高程最小抗滑安全系数为：基本荷载组合K1= 7.43，特殊荷载组合K2= 2.70，均满足SL 282—2003规范中稳定控制标准，坝肩岩体抗滑稳定是安全的，K6溶洞对坝肩岩体稳定影响较小（见表2）。

表2　抗剪断安全系数

5 溶洞处理设计方案

根据K6溶洞开挖揭露的分布情况，经多方案比较决定对K6溶洞分1177～1162m和1162～1140m高程上下两部分进行处理，上部加设混凝土重力墩，下部清挖并回填混凝土。

5.1 混凝土重力墩

考虑与右肩坝拱坝体形的衔接，重力墩墩顶高程为1177m，顶宽10m，上游面直立，下游面坡比为1∶0.7，建基面高程为1162m，采用C20混凝土（外掺MgO）填筑（见图4）。

图4　重力墩及溶洞回填处理方案（单位：mm）

5.2 混凝土回填

1162m高程以下基岩受溶洞、溶槽、溶沟切割呈石林状，黏土充填其间。为了提高基础的承载力，一是清除溶洞或溶槽内充填物，冲洗、凿毛洞壁后回填C20混凝土（外掺MgO）；二是将基础进行固结灌浆，钻孔深入基岩20m，在进行混凝土回填时预埋PVC管［3］，待混凝土达到设计强度50%以上时，在1162m高程进行固结灌浆。同时，为了右坝肩下游面整体效果以及增加下游抗滑岩体的安全储备，对坝肩下游1162～1144m高程的溶槽及溶沟进行清挖后回填混凝土护坡。

5.3 混凝土重力墩抗滑稳定及应力复核

5.3.1 抗滑稳定复核

考虑基本荷载组合（1）为：正常水位的拱端合力+正常水位上游水压力+正常水位扬压力+自重基本荷载；基本荷载组合（2）为：设计洪水位的拱端合力+设计洪水位上游水压力+设计洪水位扬压力+自重；特殊荷载组合为：校核洪水位的拱端合力+校核洪水位上游水压力+校核洪水位扬压力+自重。

抗滑稳定稳定验算公式［4］如下：

式中，由于重力墩基础面1160m高程溶蚀发育较为显著，取f′= 0.8、c′岩= 0.7MPa［5］；滑移面的面积因岩溶影响，有效面积降低，总有效滑移面面积按实际面积的0.7倍予以折减。

经计算，基本荷载组合（1）抗滑稳定安全系数为7.79，基本荷载组合（2）抗滑稳定安全系数为3.05，特殊荷载组合抗滑稳定安全系数为2.85，均满足规范规定，重力墩是安全稳定的。

5.3.2 应力复核

在各种荷载组合作用下，各计算断面应力值均大于零，为压应力，未出现拉应力，满足规范规定要求，且小于地基允许承载力［6］（见表3）。

表3　重力墩应力计算值表单位：10-2MPa

6 结 语

下屯水电站为混凝土抛物线双曲拱坝，根据勘探及施工开挖发现右坝肩在1140～1160m高程发育K6溶洞，洞内黏土夹块石充填，充填量约2000m3，溶洞规模较大，对拱坝坝肩的抗滑稳定不利。由于溶洞处于拱坝中上部，与坝肩基础有一定距离，经过对拱坝坝肩及下游岩体的稳定影响分析，溶洞对坝肩及下游岩体稳定影响较小。为了提高坝肩的安全性，经比较后对溶洞进行了清挖，并回填混凝土及设置了混凝土重力墩。

参考文献

［1］周彩霞，何蕴龙，何卫平.花山拱坝右坝肩溶洞对坝体及坝肩的影响分析［J］.武汉大学学报（工学版），2011（3）：285-288.

［2］陈捷.张凡.泗渡河水电站拱坝右坝肩处理及稳定分析［J］.水电与新能源，2014（7）：51-52.

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［5］李敏，陈崇潮，娄绍撑.顺溪水库坝肩断层处理措施［J］.中国水能及电气化，2015（5）：25-28.

［6］陈映.潭角水库埋石混凝土双曲拱坝布置及应力和稳定分析［J］.水利建设与管理，2005（4）：19-21.

简 讯

Research on the impact analysis of Xiatun arch dam right abutment K6karst cave and treatment plan

WANG Guoxiang，QIAN Gang
（Guizhou Zhongshui Construction Management Co.，Ltd.，Guiyang 550002，China）

Abstract：K6karst cave is developed in 1140～1160m elevation of Xiatun arch dam right abutment.The cave is filled by clay and stones.The karst cave has larger scale，which is not beneficial for the stability of dam abutment.The karst cave has lower influence on the stability of dam abutment and downstream rocks according to analysis.The karst cave is excavated in order to improve the safety and reliability of the abutment.Concrete is backfilled，and concrete gravity pier is set.The above measures are introduced in the paper.

Key words：arch dam abutment；karst cave；gravity pier

DOI：10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.03.016

中图分类号：TV642.4

文献标识码：B

文章编号：1673-8241（2016）03-0066-04