那恩水电站工程地质勘察、研究成果

朱振华（广西百色市水利电力设计院，广西　百色　533000）



那恩水电站工程地质勘察、研究成果

朱振华（广西百色市水利电力设计院，广西百色533000）

那恩水电站主要水工建筑物为坝高68.6m的碾压混凝土单心圆双曲拦河拱坝、塔式进水口、压力引水隧洞、压力管道、发电厂房。本文对电站的工程地质勘察和研究成果——电站的工程地质条件进行概括性综述。

碾压混凝土单心圆双曲拱坝；中厚拱坝；工程地质勘察和研究；那恩水电站

1　电站工程概况、勘察工作和勘察方法

那恩水电站坝址位于广西那坡县百省乡下华村那恩屯附近的百都河，电站大坝为单心圆双曲碾压混凝土拱坝，坝基开挖到高程387m，坝顶高程461.5m，最大坝高68.6m。392.9m高程河床处拱圈厚19.5m，拱顶厚5.0m，为中厚拱坝。水库正常蓄水位460.00m，水库总库容2165万m3；水电站为引水式电站，总装机容量25.5MW，多年平均发电量9448.67万kW·h。

1978年6月进行过规划，2003年12月进行项目建议书的编制。2004年4月～7月进行可行性研究阶段的现场工程地质勘察、研究，并完成可行性研究阶段的工程地质报告，2004 年9月下旬可行性研究报告审理通过。可行性研究阶段有上坝址和下坝址，经地质勘察选定地质条件较好的上坝址。

2004年10月～2005年2月进行初步设计阶段的工程地质勘察和研究工作，2005年5月完成初步设计工程地质报告的初稿。根据初稿审查意见进行补充地质工作并于2005年12月完成初步设计报告二稿，2006年5月初步设计报告审查通过。初步设计阶段上坝址有上坝线和下坝线两条坝线，经地质勘察选定地质条件较好的下坝线作为建坝轴线。

拦河坝于2006年3月29日开工，至2010年10月浇筑到461.5m高程。

电站的工程地质勘察方法有：大比例尺（主要是1：1000）的坝区地质测绘和中等比例尺的库区地质测绘（以库区岸坡稳定性调查为主要）、钻探、硐探、钻孔压水试验、现场抗剪试验和变形试验、室内岩石物理力学性质试验和岩石磨片鉴定等。

2　区域地质条件

该工程区域位于华南准地台桂西拗陷那坡褶皱带，藏滇“歹”字型构造的东边尾部撒开部位，属下华～那孟向斜的北东翼。

该工程区域出露的地层为三迭系中统百逢组第一段～第四段（T2b1～4），主要岩性是细砂岩、粉砂岩、泥岩、钙质泥岩，局部分布硅质岩、薄层或透镜体的泥质灰岩、砾岩、混杂岩。库区内地层的主要岩性为中层状、厚层至巨厚层至块状细粒岩屑质长石石英砂岩和中～细粒岩屑质砂岩，夹钙质泥岩。坝区内地层主要岩性是中～厚层状少量巨厚层状粉砂岩夹细砂岩和夹薄～中层状泥岩和泥质粉砂岩，局部硅质岩。

该工程区域主要构造线方向为NW向和NNW向，构造断裂有NW向及NE向，均属压性断裂。主要有下华～那孟向斜、百都～各卜断裂、德隆～下华断裂、那坡～坡宿断裂。工程区8km范围内没有区域性深大断裂带，区域构造相对简单。

该工程区域处于富宁——那坡潜在震源区内，在坝首东北侧约21km处有区域性富宁）——那坡断裂带通过。富宁——那坡震源带1962年4月23日，云南富宁发生5.5级地震，1963年6月3日基干发生5.25级地震，1975年中越边界发生5.5级地震。工程区处于构造相对稳定地块，工程区的地震动峰值加速度0.05g，地震基本烈度为Ⅵ度。

3　库区地质条件

库区地貌为构造剥蚀中山～中低山地貌，为由砂泥岩组成的碎屑岩狭谷山区，山顶高程在830～1300m之间，相对高差450～830m。库区河段河谷深切狭窄，库区岸坡35～55°，呈“V”字型，河谷宽20～50m，偶有狭窄阶地。库区以纵向谷为主，横向谷不甚发育。

库区出露地层有：①三迭系中统百逢组第四段（T2b4），岩性主要是中～厚层状少量巨厚层状粉砂岩夹细砂岩、薄～中层状泥岩、泥质粉砂岩，局部地段为硅质岩（分布在导流洞进口至压力引水隧洞进口的上游约250m处）；②三迭系中统百逢组第二+三段（T2b2+3）中层状、厚层至巨厚层至块状细砂岩（细粒岩屑质长石石英砂岩、中～细粒岩屑质砂岩）夹钙质泥岩。

库区内地质构造简单，仅有两条规模一般的断层，走向为NW向和NNW向。NW向断层分布于库区中部距离坝首约4.2km，断层长约2.2km，断层两端均未切穿库区两岸山体。NNW向走向与库区河流基本一致，在坝首上游约850m处尖灭，断层长约16km。库区内岩层呈单斜状，在坝首至库区中部约5km的河道范围内岩层走向与河流方向交角近垂直。

经地质勘察，库区工程地质条件较简单。库区两岸山体高差较大、山体雄厚、没有断层破碎带等渗漏通道，不存在库区渗漏问题；库区处于深山狭谷，建库蓄水后对原河流地下水没有大的改变，不会产生浸没、沼泽化及盐渍化现象；库区两岸山体覆盖层薄、基岩走向与河流两岸岸坡交角近垂直，岸坡稳定性较好，没有大的滑坡、崩塌现象，库岸再造时强风化带的岩石可能会发生少量的浅层崩塌，对工程影响不大；库区岩层为三迭系砂岩、泥岩，新鲜岩层属弱透水地层，库区虽然发育两条断层，但断层已位于地下水位之下，水库蓄水后对断层的水环境改变不大，发生水库诱发地震的可能性不大。

4　坝址地质条件

4.1地形地貌

坝轴线处河流近南北向，河床岸坡呈“V”字型，两岸基本对称，山坡较陡，自然坡度为40～45°，下部为陡坎，坡度在55～65°以上，坝轴线处河谷狭窄，河床宽约16m，在460m高程处两岸相距约160m。坝线地形条件优越，是修建拱坝的理想地形。

4.2地层岩性

坝址区出露的基岩岩性为三迭系中统百逢组第四段（T2b4），初步设计阶段时上坝址下坝线的岩性是：灰绿色、青灰色薄～中层状粉砂质泥岩夹少量薄～中层状局部为厚层状不等粒岩屑砂岩、长石岩屑砂岩、泥质粉砂岩和灰黑色中～薄层状局部为厚层状粉砂岩夹薄层状粉砂质泥岩、硅质岩。岩层产状169～184°∠71～85°，岩层走向基本上与河床正交。施工开挖后，发现右坝肩建基面岩体风化破碎，于是将坝轴线上移了5m。上移后的坝基岩性为中～厚层状、少量巨厚层状粉砂岩夹细砂岩和夹薄～中层状泥岩（泥岩含有钙质）和泥质粉砂岩。岩层产状177～183°∠65～71°，岩层走向与山坡坡面大角度相交。砂岩饱和单轴抗压强度35.2～85.6MPa，平均值为60.7MPa，标准值47.92MPa，变形模量的初始模量大于6.5MPa。泥岩饱和单轴抗压强度 30.6～50.9MPa，平均值为 38MPa，标准值33.7MPa，变形模量的初始模量大于3.4MPa。坝线处微风化基岩中等强度，较完整～完整，岩性条件和岩层产状条件优良，适宜修建拱坝。

4.3地质构造

坝线范围内地质构造简单，岩层呈单斜状，岩层产状177～183°∠65～71°，岩层倾向下游略偏向左岸，岩层局部小褶曲发育。岩层产状陡，局部岩层有反倾倾向上游现象。两岸下部基岩裸露良好，裂隙发育一般～不甚发育，节理裂隙走向以与河流平行或近平行为主。局部有层间小错动及左岸有一条小断裂。坝线范围内未发现有较大规模的断裂通过。

坝基开挖后没发现有断层，没有缓倾角的不利结构面。左坝肩在高程约427m（坝肩上游侧）到高程约424m（坝肩下游侧）处有一小断层，小断层约在高程 423m处尖灭，小断层为黄色强风化状碎石充填，小断层上侧有一个呈透镜状沿岩层面风化破碎的破碎岩，破碎岩呈黄色、灰黄色，最宽处约0.35m，透镜体破碎岩向两侧尖灭。右坝肩基础开挖后局部见有沿岩层面发育的石英脉及裂隙。

坝线处强风化下限线埋深：左岸约0～14.5m，河床0m，右岸约0～10m。弱风化下限线埋深：左岸约2.0～22m，河床约0.5～3m，右岸约0.5～18m。

勘察阶段和坝基、坝肩开挖阶段，坝基没有缓倾角软弱结构面，坝下游没有临空面，两坝肩没有缓倾角软弱夹层也没有平行天河流的断层。坝线处地质构造条件较优良。

4.4风化卸荷

坝址基岩风化程度相对较弱，左岸风化深度约2.0～22m，河床风化深度约0.5～3m，右岸风化深度约0.5～18m。两岸风化卸荷带基本与弱风化带一致，在坡底风化卸荷带比弱风化带浅。风化卸荷带内地表强风化基岩节理裂隙走向较杂乱且以张节理为主，张开度相对大，有泥土及岩屑充填；弱风化基岩以剪节理为主且节理裂隙走向以与河流平行或近平行为主，一般呈闭合或微张开状态，充填物少～无充填物。

4.5水文地质条件

坝址区覆盖层较薄，孔隙水较贫乏，地下水类型主要为基岩裂隙水，坝区未发现有大规模断裂构造通过，只发育有几条小断层，基本没有断层裂隙水。大量钻孔揭示地下水埋深线与岩石弱风化下限线形状相同，地下水埋深比岩石弱风化下限线略深3～5m。

勘察平硐揭示坝址区地下水的含水量、活动性为：强风化岩体及弱风化上部的岩体地下水相对充沛，平硐节理裂隙中均有地下水渗出，均呈较快的点滴状，没有呈线状流水的情况出现；弱风化下部、微风化的岩体地下水含水量少，节理裂隙中的地下水间隔时间较久才往下流出一滴。勘察平硐揭示坝址区地下水有限，活动性不强。

岩体的透水性具有如下特征：根据钻孔水文地质试验成果，在强～弱风化岩层内节理较发育～节理发育一般，岩体透水性能主要是中等透水～中等偏弱透水，偶尔（仅一个压水试验段）有透水率大于100Lu的强透水岩体；微风化～新鲜岩石裂隙不发育，岩体较完整，属弱～微透水。坝线渗漏条件主要是强～弱风化岩体内和小构造带集中部位。

4.6选定坝址处坝基坝肩可利用岩体的确定

4.6.1岩石强度和岩体承载条件

建坝处坝基坝肩以粉砂岩为主夹细砂岩、泥岩，大部分泥岩含有钙质。根据坝肩基础开挖，左岸坝肩泥岩主要分布在高程439～444.3m，右岸坝肩泥岩主要分布在高程436～447m。岩石抗压试验微风化岩石饱和单轴抗压强度30.6～85.6MPa，岩石强度主要是中硬岩，少量为硬岩。按岩石饱和单轴抗压强度1/ 12～1/20折算，新鲜、坚硬岩按1/20折算，软岩、强风化岩1/12折算，建坝处坝基坝肩岩石承载力至少在2.55～4.28MPa之间。

按拱梁分载法计算，各种荷载（水压力、泥沙压力、自重、扬压力、温度、地震等）下在校核洪水位461.6m（下游泄洪时水位405.8m）+温升时大坝作用于左、右坝肩下游面的压力最大，即是在工况校核洪水位+温升时左、右坝肩基岩受力最大。计算成果如表1。

表1　

按有限元法计算，各种荷载下在校核洪水位461.6m（下游校核尾水位410.45m）+温升时大坝作用于左、右坝肩下游面的压力最大，即是左、右坝肩基岩受力最大。计算成果如表2。

表2　

4.6.2可利用岩体的确定

根据拱梁分载法计算得到的表1，坝肩受力最大，最大值出现在高程418m附近，坝肩受力最小位于坝顶。拱坝作用于坝肩的压力，不同高程其压力大小不同，即是坝肩岩体承载条件不同，对于基岩是砂泥岩的坝肩来说，地质勘察时选定筑坝部位十分关键！地质勘察时选定筑坝部位时必须使左、右岸坝肩承受压力最大部位的岩体承载力满足要求，一般应是中硬以上的岩石。本工程左岸坝肩泥岩主要分布在高程439～444.3m，右岸坝肩泥岩主要分布在高程 436～447m，其他部位为粉砂岩夹细砂岩，偶夹纹层～薄层状泥岩，岩性条件满足要求。拱坝不同高程的坝肩承受的压力不同，可利用的岩体不同。本工程可利用的岩体为：建基面要求左、右两岸高程440m以下开挖到微风化～新鲜基岩，高程440m以上要求开挖到弱风化下部基岩。

4.7建基岩体的变形模量

在进行现场岩体变形试验和试验成果变形模量的论证选择时必须注意到岩体的变形模量不是一个定值，岩体的变形模量与岩体的内因（岩性类型、风化情况、裂隙发育程度）有关，也与外因（岩体所受的压力及卸荷）有关，此外还与岩体埋深有关（岩体的变形模量随深度的增加而增加）。为了获得本工程建基面岩体的变形模量，在硐探中进行现场岩体变形试验时必须提前考虑建基面可利用岩体的情况和坝肩不同高程岩体受力情况而选择正确的岩体进行岩体变形试验。本工程在硐探中进行现场岩体变形试验时选择合适的埋深 （建基面附近）、建基面出现的不同岩性、弱风化下部基岩和微风化～新鲜基岩的岩体进行岩体变形试验，试验成果统计见表3。

由于泥岩的变形模量较小，实际筑坝时进行了优化设计，坝轴线往上游移动了5m，上移后岩性为粉砂岩夹细砂岩、泥岩、泥质粉砂岩，坝轴线往上游移动后岩体的变形模量相对提高。

5　其他主要水工建筑物工程地质条件

5.1进水塔工程地质条件

进水塔处于河道转弯处，河边有宽约16m高于河水面6～14m呈台阶状的裸露基岩。基岩为硅质岩，岩石坚硬、抗压强度高（承载力大）、弹性模量大、吸水率低、吸水软化小，岩石条件优良。但是硅质岩为硬脆性岩体，岩体节理、裂隙较发育。进水塔上侧山坡为陡坎、陡壁，自然山坡稳定性良好。

5.2压力引水隧洞工程地质条件

压力引水隧洞长约480m，进口处坡度陡，出口处坡度适中。岩性条件为：进口处一小段为硅质岩、出口段约170m为泥岩夹粉砂岩、泥质粉砂岩；其他为粉砂岩夹细砂岩、泥岩、泥质粉砂岩，局部为硅质岩。岩层产状陡，而且隧洞方位与岩层走向近垂直。硅质岩和粉砂岩夹细砂岩、泥岩、泥质粉砂岩的洞段围岩为Ⅱ类和Ⅲ类，泥岩夹粉砂岩、泥质粉砂岩的洞段围岩为Ⅲ类和Ⅳ类（Ⅳ类洞段采用明挖）。隧洞处于一个较长的山脊，洞顶最大高差约170m，隧洞岩体地下水贫乏，渗流场微弱。总体上压力引水隧洞工程地质条件较好。

表3　现场岩石变形模量试验成果统计表

6　主要水工建筑物基础开挖的实际地质情况、工程地质缺陷及处理措施

6.1坝基、坝肩基础开挖后的实际地质情况、工程地质缺陷及处理措施

坝基开挖后的实际地质情况与初步设计阶段查明的地质情况基本一致，没有大的工程地质缺陷，主要缺陷是坝基开挖时爆破对岩石的松动和岩体中的裂隙。

左坝肩基础开挖后岩性比初步设计时的岩性略好，主要是在高程424～449m地段的岩性为中～厚层状粉砂岩为主夹细砂岩和夹泥岩。由于沿岩层面风化和裂隙的风化深度不一，因此左坝肩基础开挖均超挖，超挖采用锚杆加钢筋网混凝土回填（锚杆深入完整基岩1.5～2m）。在高程423～435m左右有一轴部宽阔的小向斜，向斜轴部岩层倾向山里，轴部岩层为厚层状粉砂岩、细砂岩为主中层状粉砂岩为次夹薄层泥岩（含有钙质），因向斜轴部宽阔，所以轴部岩石没有破碎，较完整。另外，从上游高程约427m到下游高程约424m处有一小断层，小断层约在坝肩外高程423m处尖灭，小断层为黄色强风化状碎石充填，小断层处深挖约0.6m后与坝肩超挖一起采用锚杆加钢筋网混凝土回填。小断层上侧有一个呈透镜状沿岩层面风化破碎的破碎岩，破碎岩呈黄色、灰黄色，最宽处约0.35m，透镜体破碎岩向两侧尖灭，透镜体破碎岩处理方法与小断层相同。

右坝肩基础开挖后的实际地质情况与初步设计阶段查明地质情况基本一致，局部见有沿岩层面发育的石英脉及裂隙。由于石英脉硬度较大且胶结较好而不作处理，而裂隙较小，无法挖除，也不作特别处理。由于风化深浅不一的原因，为了右坝肩基础面平整，右坝肩基础开挖均超挖，超挖后采用锚杆加钢筋网混凝土回填。

大坝坝基、两岸坝肩采用固结灌浆补强措施和帷幕灌浆防渗措施。

6.2进水塔基础开挖后的实际地质情况及边坡加固处理措施

进水塔施工开挖后的实际地质情况与初步设计阶段查明的地质条件一致，进水塔施工开挖后地基基岩硅质岩的工程地质条件较好，岩石承载力较大。但是由于硅质岩为硬脆性岩石，虽然抗风化能力强，但是地表硅质岩裂隙较发育，因此进水塔施工开挖后形成的高陡边坡裂隙较发育而采用锚杆加钢筋网喷混凝土护坡。

6.3压力引水隧洞施工开挖后的实际地质情况及围岩加固处理措施

压力引水隧洞于2005年11月30日开工，至2011年6月基本完工，时间跨度较长。引水隧洞开挖后围岩的工程地质条件与初步设计阶段查明的工程地质基本条件一致。但是，由于隧洞施工有二个施工方：前一施工方在隧洞开挖贯通后并对隧洞进、出口段进行支护后由于种种原因没有对隧洞进行衬砌就退出施工，约5年后后一施工方才进场进行隧洞衬砌施工，由于时间间隔太久，因此造成隧洞出口段岩体失稳、崩塌，隧洞出口处的洞口塌陷。隧洞衬砌施工时对隧洞出口段采取以下处理措施：挖除洞口处的崩塌土体，洞脸采用锚杆加钢筋网喷水泥混凝土进行护坡。由于出口段原有的支护无法拆除（若拆除必然引起洞顶大规模塌方），采用直接衬砌并预留水泥混凝土高压填充口，衬砌好一段时间后对洞顶因失稳崩塌的岩体采用从洞内通过衬砌时预留水泥混凝土高压填充口用水泥混凝土高压填充和从地表钻孔对洞顶岩体进行压力灌浆。

6.4压力管道和发电厂房施工开挖后的地质情况及边坡加固处理措施

压力管道和发电厂房施工开挖后的工程地质条件与初步设计阶段地质勘探得出的结论一致。由于压力管道和发电厂房地段人工开挖边坡高、陡，边坡采用锚杆加钢筋网喷水泥混凝土进行护坡。由于压力管道段基岩产状陡，而且有部分岩石是薄层状的泥质粉砂岩、泥岩，因此原设计的近洞口处的镇墩基础无法开挖成平台状，并造成基础超挖，后采用从压力管道斜坡段底部的2#镇墩处至隧洞出口修建钢筋水泥混凝土铺垫作为压力管道的承载体。

7　天然建筑材料

砂石料、角石料料场位于电站下游南侧约24km的桂林屯边的石料场，从那恩电站工程区到料场有公路直达。料场周边灰岩为石炭系上统（C3）和石炭系中统（C2）的灰岩，岩石厚层至块状，灰色、灰白色，致密、坚硬。岩石大面积裸露，没有无用层，开采方便，储量巨大，岩石单轴饱和抗压强度大于100MPa，岩石软化系数在0.85～0.9之间，岩石质量好。

8　结语

通过现场钻探、硐探、工程地质测绘、现场岩体试验等工程地质勘察手段和室内岩石试验，取得了丰富翔实的不同勘察阶段的地质资料，通过对不同勘察阶段获得的地质资料的研究、总结，再到现场指导勘察、施工，这种勘察——研究的循环使勘察成果更接近实际的工程地质条件，通过认真、详细的施工地质工作使修建的各水工建筑物的安全更有保证，目前那恩水电站已安全运行约5年。

2016-4-2

TV221.2

A

2095-2066（2016）12-0023-03