沅水桃源水电站坝基岩体质量控制与分析

■曾俊才

（中南勘测设计研究院　湖南　长沙　410014）

沅水桃源水电站坝基岩体质量控制与分析

■曾俊才

（中南勘测设计研究院湖南长沙410014）

坝基岩性为主要为泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩并夹有少量石膏薄层。工程地质条件一般，经过坝基开挖，主要工程地质问题均已揭露；开挖过程中根据揭露的工程地质条件，通过对闸坝基础岩体采取了一系列的岩体质量控制及处理措施，保证了建基岩体质量满足设计要求。

坝基岩体质量控制声波检测工程处理

1　前言

桃源水电站为低水头径流式电站，位于湖南省常德市桃源县城附近的沅水干流上，是沅水干流最末一个水电开发梯级，坝址位于桃源县城，上接凌津滩水电站尾水，上游距凌津滩水电站约38km，为一槽蓄型水库。本工程开发任务以发电为主，兼顾航运、旅游等综合利用。水库正常蓄水位39.50m，相应库容1.28亿m3，电站装机180MW，多年平均发电量为7.93亿KW·h，本枢纽工程等级为二等，工程规模为大(2)型，枢纽主要由泄洪闸、土石副坝、电站厂房、船闸等建筑物组成，枢纽布置从左至右依次布置左岸接头土石坝段、左槽14孔泄洪闸、双洲土石副坝、船闸、电站厂房、右槽11孔泄洪闸、右岸接头土石坝段，坝顶总长1286m，本文以右槽11孔泄洪闸坝基础1#～12#坝段开挖岩体为例进行论述。

2　坝基岩体质量控制与分析

2.1建基面验收标准

综合现有大坝设计技术要求，对于建基岩体的利用和开挖后的验收可归结为对工程岩体质量的要求，即岩体应具有足够的承载力、较高的变形模量和较好的抗渗性，建基岩体质量应能满足作为建筑物基础的要求，或者经过固结灌浆等改良措施后达到质量要求。

针对第一系红层岩体的物理力学性状及开挖措施，为防止岩体开挖暴露后的风化、遇水崩解软化作用，建基面地质验收标准为：

（1）建基面岩体应为弱风化以下岩体；

（2）表面无浮土、虚渣、松动块体和干缩崩解层及泥质；

（3）无失水干缩裂缝或浸水软化现象；

（4）岩石含水量为天然状态，即含水量不大于10%；

（5）声波速度应大于2200m/s；

（6）建基面沿层面发育零星分布的薄层石膏应清除干净

（7）避免斜坡梯度的明显变化，避免有反坡面、直立或近直立的岩石表面。

2.2岩体质量分析

坝（闸）基础泥岩、粉砂质泥岩其力学强度、结构面发育情况及风化特性等甚为相近，同等风化状态下岩体基本质量无明显差异，粉砂质泥岩与泥岩视为一种均质岩体。

依据GB50218-94《工程岩体分级标准》，结合前期勘探资料、岩石室内试验成果及施工地质编录成果、声波测试成果等对坝（闸）基岩体基本质量进行分析论述。

施工阶段主要进行的是声波检测，并对右槽泄洪闸坝7#～11#段取得完整的声波检测资料，这些资料可以代表右槽泄洪闸1#～12#坝段的实际情况，依据声波资料进行分析如下：

现场检测获得的资料主要为岩体波速值 (建基面下深度5m范围），为了利用多参数评价建基面岩体的质量，引入岩体完整性系数(Kv)、裂隙系数（LS）、风化系数（β）来评价建基面岩体的完整性和风化程度。

岩体完整性系数(Kv)：Kv＝(Vpm/Vpr)2

式中Vpm为岩体声波速度，Vpr为岩石声波速度

裂隙系数（LS）：是表征岩体裂隙发育程度的系数，可表示为：

式中VPr为无裂隙完整岩石的声波速度，VPm为有裂隙岩体的声波速度

根据岩体完整性系数和风化系数可将岩体分为二级。

其中：Vp新为新鲜岩体的声波速度，根据风化系数可将岩体分为四级。

根据初设阶段实测资料，认为其最大值(取加权平均值)可代表本区完整岩体的波速Vp，因此在计算完整性系数Kv时，声波速度Vp取2800m/s，新鲜岩体的声波速度Vp新取3500m/s。

由于受结构面发育，爆破层含水程度的影响，整个建基面岩体声波波速度变化区间较大，一般为2226～2950m/s，极少数裂隙、松动(爆破影响)的区段波速低于2200m/s。一般完整岩体声波波速值高，爆破破坏或岩体结构面的增多或岩体加剧，均会使岩体声波速度降低，声波速度较低部位测试结束后已作相应处理。

利用波速对岩体强度参数评价，按照坝基岩体风化对应的波速划分岩体的类型基本为Ⅳ类，为此根据给定的选择值建立的fg～Vp、cg～Vp、f～Vp、c～Vp的相关方程分别为：

f=0.23Vp+0.04796（r=0.993）

c=0.46Vp-0.86（r=0.997）

fg=0.2286Vp+0.0353（r=0.998）

cg=0.3591Vp-0.61（r=0.993）

上式中：f为岩体抗剪断摩擦系数；c岩体抗剪断内聚力（Mpa）；fg为混凝土与岩石抗剪断摩擦系数；cg为混凝土与岩石抗剪断内聚力（Mpa）；Vp为岩体波速（m/s）；r为相关系数。

将坝基岩体平均波速2.613km/s代入上面的各公式中，其对应的强度参数为：

f=0.66、c=0.34、fg=0.63、cg=0.33

上述结果表明，参数强度高于建议值，本工程设计采用0.40～0.5Mpa的承载力仍有一定的安全裕度。

根据初步确定声波波速评价建基面岩体质量、风化程度及完整性：右槽泄洪闸坝段声波平均值介于2554～2735 m/s，为弱风化岩体，Kv平均值范围值为0.7～0.8，岩体较完整～完整，岩体基本质量指标（BQ值）平均值为289～310，岩体质量为Ⅳ1～Ⅳ2类，总体上声波波速特征应是Ⅳ1类岩体高于Ⅳ2类岩体，但由于受结构面、风化程度、爆破等综合影响，局部波速偏低；开挖完成后对建基面岩体进行声波测试，结果表明平均声波速度2613m/s。

综上所述，声波测试及其最终成果表明，坝基依托的岩体其Vp值均能保证在2200m/s以上，就其力学属性上应属于Ⅳ类工程岩体，局部囊状风化以及爆破影响严重部位根据实际情况进行了处理，即现在开挖形成的建基面是能够满足大坝的建坝需求；由此可见，借助声波检测获得的波速资料，结合现场地质编录成果来评价建基面岩体的质量，从而为建基面的验收提供科学依据，一期工程建基岩体的检测成果证明上述方法是可行的、有效的。

3　工程地质问题处理及评价

主要工程地质问题：坝基软化变形、抗滑稳定、渗透变形。

闸坝基础岩性为下第三系（E1）泥岩、粉砂质泥岩，少量粉砂岩，为内陆湖相碎屑岩沉积，由于其古地理环境的不稳定性，岩性岩相变化大，在这些岩层中，对闸坝基起控制作用的为泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩，成岩作用差，波速低，岩性软弱，不均一，属其软弱类岩石，岩石的孔隙率大，为16%左右，天然容重与干容重差值也较大，力学强度低，泥岩类黏粒含量高，其胀缩性为弱～中等，天然状态下弱风化泥岩、粉砂质泥岩湿抗压强度为3Mpa～8Mpa，岩体纵波速度为2200～2800m/s，弱风化粉砂泥岩湿抗压强度为6Mpa～10 Mpa，岩体纵波速度为2800～3200 m/s，变形模量为1GPa～3GPa，岩体质量分级为Ⅳ1～Ⅳ2类；由于泥岩具有遇水软化、失水干裂和膨胀性的特性，施工过程中，如保护不及时或措施不当，岩体将很快产生风化和软化，从而降底岩体强度而导致承载力不足，在工程荷载作用下，软化的泥岩会产生大的变形和压致破坏，从而影响建筑物基础稳定。

建基面基础要求置于弱风化以上岩体，开挖后建基岩体多为弱风化岩体，极少量微风化岩体，声波速度大于2200m/s，对干缩松动或浸水软化的岩体进行了彻底清除，局部强风化的囊状风化体或槽形风化体采取深挖回填混凝土措施，保证了岩体强度达到弱风化以上岩体的强度，通过采取抽排、堵水措施，防止基坑积水或基础浸水影响，使建基岩体基本上保持了天然含水状态；气温变化将影响泥岩的风化及变形，经验收达到建基面要求时，及时进行了混凝土浇筑覆盖。

闸坝基持力层中未发现有泥化夹层的连续软弱结构面，虽NW向节理较发育，虽延伸长，多闭合或微张，或充填石膏，胶结好，且为陡倾角，局部少量发育的缓倾解节理，延伸短且连续性差，附泥膜或充填石膏，经分析坝段岩体中无不利组合结构体或形成潜在贯穿性的软弱结构面，影响抗滑稳定主要来自于混凝土与岩体接触面，由于泥岩本身抗剪强度低，混凝土与泥岩接触面有可能发生泥化从而影响抗滑稳定性，通过进行钢筋锚固并固结灌浆处理措施，能满足设计抗滑稳定要求。

控制坝基软岩渗漏条件为粉砂岩中构造裂隙与泥岩中含易溶岩的化学溶蚀，当石膏层遭受溶蚀后形成孔隙或空洞与构造裂隙相连形成渗漏通道，增加透水性；坝基岩体基本处于小于5Lu的渗漏水平级，采取防渗处理后，坝基岩体基本上不存在渗漏问题。

4　结论

由于坝基软岩的存在，给桃源水电站工程的建设带来了一定的困难，在施工过程中，针对枢纽坝基软岩的特点，采取了预留保护层、限制爆破、限时保护层开挖、基坑排水等措施，尽量减少对基岩的扰动破坏，使之保持天然状态，通过声波检测评价岩体质量，为坝基验收提供科学依据，在坝基软岩的处理方面，取得了比较好的效果，保证了工程质量。

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TV74[文献码]B

1000-405X（2016）-9-495-2