白河水电站坝基岩体长大结构面分析与处理

刘高峰 林仕祥 向能武 唐良辉 廖伟

摘要：白河水电站一期泄洪闸坝基岩体开挖揭露出3条长大结构面，对坝基及上部建筑物的稳定影响较大，一度严重制约工程顺利建设，且不利于工程安全。通过分析与研究长大结构面的发育特征、结构面性状，评价其对大坝的不利影响，针对不同的结构面及时提出了切实可行的处理措施建议，并付诸实施，以满足大坝坝基变形与抗滑稳定的要求。工程蓄水运行实践表明：工程处理效果良好，对长大结构面进行及时而有效的处理对电站一期工程的顺利建设和投运、确保工程安全具有重要意义。

关 键 词：长大结构面; 发育特征; 处理措施; 泄洪闸坝基; 白河水电站

中图法分类号： P642

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.12.018

0 引 言

白河水电站位于陕南和鄂西北交接处的汉江上游干流，开发任务主要为发电、航运。水库总库容2.67亿m3，电站装机容量18万kW，枢纽建筑物包括厂房、泄洪闸、船闸及两岸非溢流重力坝等，属Ⅱ等大（2） 型工程。工程区地处秦岭褶皱系，坝址区成岩环境为早古生代寒武纪一套低温浅变质岩系，岩体中断裂构造发育，其中泄洪闸坝基岩体中分布长大结构面，对坝基及上部建筑物的稳定不利[1]，如何及时而高效地对坝基岩体长大结构面进行分析和处理，对确保工程顺利建设具有重要意义。中国水利水电工程建设在坝基分析与处理方面积累了很多经验，针对坝基结构面的处理方法包括清挖、追蹤、刻槽、置换、灌浆、锚固、抗滑桩（洞）等[2-4]。鉴于地质条件具有唯一性和不可复制性的特点，白河水电站坝基岩体长大结构面分析与处理的方法同样值得类似工程借鉴。

1 坝基地质条件

白河水电站坝址河谷呈较宽阔的不对称“U”字形，谷底宽220～300 m，坝顶高程207.2 m，最大坝高58.6 m。工程分两期施工，其中一期工程建基岩体主要为千枚岩和结晶灰岩两大类，厂房坝段坝基主要为千枚岩，泄洪闸坝基以结晶灰岩为主。

一期3孔泄洪闸坝基建基面高程165.23～168.23 m，上下游设有齿槽，右侧1号泄洪闸部位以1∶0.6的斜坡与厂房开挖建基面衔接，坡脚高程148.6～151.1 m。该段坝基开挖揭露地层岩性为寒武系中统岳家坪组第二段（∈2y2），含石英结晶灰岩夹钙质千枚岩，钙质千枚岩夹层相间分布，厚度10～30 cm。片理走向300°～310°，与坝轴线交角47°～57°，倾向SW（右岸偏上游），倾角50°～70°，片理揉皱及岩体断层裂隙较发育。坝基岩体主要呈微风化-新鲜状，其主要物理力学指标见表1。建基岩体主要属较软-中硬岩，岩体完整性较好，岩体基本质量为Ⅲ类[5-6]。根据前期勘察压水试验成果可知，建基岩体主要为微-弱透水性。

2 长大结构面发育特征

一期泄洪闸坝基开挖揭露长大结构面主要有f8、f9和f10断层（见图1）。其中f8和f9断层均发育于f10断层下盘（北侧）的缓倾角断层，f8断层贯穿整个一期泄洪闸坝段，f9和f10断层主要分布于泄洪闸坝基右侧。各断层发育特征见表2。

根据前期勘察成果、类似工程经验[7-8]并结合开挖揭露结构面性状，包括岩层片理面及裂隙，可知坝基岩体结构面抗剪断强度指标如表3所列。开挖揭露显示：沿f9和f10断层一般未见或局部微渗水，沿 f8断层相间分布集中渗水点，钻孔压水试验结果为1.1～5.2 Lu（局部24.9～69.9 Lu），施工期总渗水量结果为860～2 000 L/min。

前期勘察及施工期补充勘察钻孔压水试验显示沿断层主要具弱透水性，局部中等透水。开挖揭露沿断层主要分布4处集中渗水点，渗流量与堰外江水呈正相关性。

3 长大结构面对大坝的影响

3.1 对大坝的影响

（1） f8断层。

f8断层走向NNW，与坝轴线夹角较小，为7°～37°，倾向W偏S（上游），倾角30°左右，可见延伸长度大于90 m，纵贯整个一期泄洪闸坝段及纵堰坝身段，上游向下延伸，在大坝轴线埋深为12.8～23.8 m。断层带宽0.5～30.0 cm，主要由碎裂岩组成，钙泥质胶结，沿断层不同程度溶蚀呈缝，溶缝高多小于0.5 m，主要充填黏性土。沿断层具有一定的透水性，其中泄洪闸右侧坡沿其渗水量较大（W1-3）。开挖揭露断层形态特征见图2。

根据开挖揭露的坝基岩体结构面发育状态及组合特征进行分析可知，f8断层与近南北走向裂隙及片钙质千枚岩夹层组合可形成不利结构体，对坝基抗滑稳定不利。最不利的是坝轴线附近分布规模较大的近南北走向陡倾下游裂隙，与f8断层及钙质千枚岩夹层组合切割构成的结构体，坝基抗滑稳定性分析的地质剖面见图3。

（2） f9断层。

f9断层近东西走向，主要分布于泄洪闸右侧坝基浅表层，断层面起伏较大，主要倾向SE，局部倾向SW，倾角较平缓，为12°～21°，建基面以下埋深0～6 m。断层带宽0.03～0.10 m，局部宽0.15～0.20 m，主要由碎裂岩组成，沿断层局部轻微溶蚀呈窄缝。断层下游侧受f8断层、上游侧受f10断层切割，形成不利结构体，断面较平缓，上盘岩体单薄，为发育于坝基浅表层的缓倾角断层，对坝基抗滑稳定不利。

（3） f10断层。

f10断层靠近泄洪闸右侧坡展布，由于f10断层上盘岩体完整性较差，加之该部位设计轮廓线较复杂，开挖爆破难以控制，开挖过程中大部分坡段顺f10断层面产生垮塌，仅靠近下游齿槽段部分残留。残留岩体顺断层方向长约15 m，厚3～5 m，岩体单薄，岩体内NE走向陡倾角裂隙发育，裂面多不同程度风化，岩体受片理面及裂隙切割完整性较差，对坝基稳定不利（见图4）。

（4） 结构面组合。

弱切层断层f10发育规模相对较大，f8、f9缓倾角断层均发育于其下盘，f9断层被f8切断，断距小于1.0 m，结构面组合特征见图5。根据设计开挖线及结构面组合可知，缓倾角f8断层、泄洪闸坝基右侧f9及f10断层上盘岩体单薄，对坝基变形与抗滑稳定不利。

3.2 處理建议

一期坝基开挖过程中，根据开挖揭露长大结构面的发育情况，及时进行了地质分析并提出了施工地质简报，具体处理建议如下。

（1） 结合泄洪建筑物对f8断层进行坝基抗滑稳定核算。

（2） 为确保坝基稳定，建议针对f8断层，对泄洪闸坝段建基岩体进行适当加固处理;对开挖揭露f8断层上盘相对破碎及单薄岩体进行清挖回填混凝土处理。

（3） 鉴于沿f8断层存在渗水现象，建议泄洪闸坝段及纵堰坝身段大坝防渗帷幕伸入f8断层下盘一定深度。

（4） f8断层延伸至河床左侧，同样存在不利结构体，二期工程设计、施工须重点关注。

（5） 为确保坝基稳定，建议对坝基范围内f9断层上盘单薄岩体全部予以挖除并回填混凝土;建议对泄洪闸右侧坡f10断层上盘残留单薄岩体予以挖除。

4 长大结构面工程处理

4.1 主要处理措施

针对上述工程地质问题和处理措施建议，在一期泄洪闸工程实施过程中，几乎完全按地质意见进行了工程处理。

（1） 经设计，结合泄洪建筑物对f8断层进行了坝基抗滑稳定复核计算，坝基抗滑稳定可满足要求。

（2） 针对f8断层，布置了适量的加混凝土盖重固结灌浆对坝基进行了加固。固结灌浆前对沿断层渗水进行了专项封堵处理。

（3） 对f8断层上盘相对破碎及单薄岩体进行清挖回填混凝土处理，最大清挖深度约4 m;对坝基范围内f9断层上盘单薄岩体进行了挖除回填混凝土处理;对泄洪闸右侧坡f10断层上盘残留单薄岩体进行了挖除处理（见图6）。

（4） 泄洪闸及纵堰坝身段大坝防渗帷幕伸入f8断层下盘5 m以上。

4.2 处理效果

在白河水电站一期工程下闸蓄水后1 a多的时间里，大坝安全监测成果显示，泄洪闸坝基变形趋势总体较平稳，最大压缩变形量小于0.6 mm（见图7），坝基渗压及扬压力、大坝水平位移等监测值均无异常;坝基固结灌浆及坝前帷幕灌浆压水试验检查，透水率均小于3 Lu;一期长约230 m的大坝基础廊道排水孔观测最大总渗流量约1.2 L/s，渗流量小且相对稳定;坝基整体稳定。这表明对坝基长大结构面采取工程处理后，可满足大坝坝基变形与抗滑稳定的要求，处理效果良好[9-10]。

5 结 语

白河水电站一期工程下闸蓄水后，泄洪闸坝基变形、渗压及扬压力、大坝水平位移等安全监测成果显示均无异常，坝基整体稳定，大坝基础廊道渗流量小且相对稳定。表明对坝基长大结构面采取工程处理后，可满足大坝坝基变形与抗滑稳定的要求，处理效果良好。对坝基开挖揭露岩体长大结构面及时进行分析研究和采取切实有效的工程处理，对工程的顺利建设和确保工程安全具有重要意义，为提前1 a实现4台机组投运及其所产生巨大经济效益和社会效益打下了坚实的基础。同时，本文针对多层次坝基、发育特征各异且相互组合切割的多条建基岩体结构面，在把握住坝基工程地质关键技术的基础上，所采取的分析研究和处理的方法具有技术创新性，并兼顾了安全与经济，该工程成功的实践经验对类似水利水电工程的勘察设计施工具有一定的借鉴和参考价值。

参考文献：

[1] 丁建新.汉江白河（夹河）水电站二期截流主体工程安全鉴定设计自检报告[R].武汉：长江勘测规则设计研究有限责任公司，2019.

[2] 李美蓉，陈媛，张林，等.复杂地质条件下多结构面对重力坝坝基稳定性的影响及处理[J].岩土力学，2014，35（增1）：328-333.

[3] 苏鹏，郝鹏，张海超，等.沙陀水电站坝基缓倾角结构面深层抗滑稳定处理[J].贵州水力发电，2012，26（1）：24-27.

[4] 辛常清，李芬.汾河二库坝基软弱结构面工程地质特征及工程处理[J].水电站设计，2002，18（4）：85-87.

[5] 彭士标.水力发电工程地质手册[M].北京：中国水利水电出版社，2011.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部.水利发电工程地质勘察规范：GB 50287-2016[S].北京：中国计划出版社，2016.

[7] 吴琦，黄润秋，林锋，等.中缓倾角结构面分类及其抗剪强度的研究[J].工程地质学报，2008，16（1）：42-46.

[8] 杨永胜.黑河龙首二级（西流水）电站工程坝基结构面抗剪强度试验及特性分析[J].甘肃水利水电技术，2003，39（2）：170-171.

[9] 王毅，杨建宏.溪洛渡水电站河床坝基固结灌浆与检测评价[J].工程地质学报，2015，23（增1）：499-503.

[10] 孟波，李光雄，魏振远.坝基断层处理措施及效果分析[J].中国水运，2015，15（9）：199-200.

（编辑：胡旭东）

Analysis and treatment of long and large structural plane of dam foundation rock mass in Baihe Hydropower Station

LIU Gaofeng1，LIN Shixiang1，XIANG Nengwu1，TANG Lianghui2，LIAO Wei1

（1.Changjiang Geotechnical Engineering Corporation （Wuhan），Wuhan 430010，China; 2.CGN Hanjiang Hydropower Development Co.，Ltd.，Ankang 725800，China）

Abstract：

During excavation of the dam foundation of the first-stage flood discharge sluice of Baihe Hydropower Station，three long and large structural planes were exposed，which had great influence on the stability of the dam foundation stability and the upper buildings，and once seriously restricted the smooth construction of the project and was unfavorable to the safety of the project.In this paper，the development characteristics and structural face traits of the three long and large structural planes were analyzed，and their adverse effects on the dam were evaluated.In view of different structural planes，practical and feasible treatment measures were proposed and put into practice to meet the requirements of dam foundation deformation and anti-sliding stability.The operation of this project proved that the engineering treatment effect was good.Timely and effective treatment for long and large structural planes was of great significance to the smooth construction and operation of the first phase of the power station project and to ensuring the safety of the project.

Key words：

long and large structural plane;development characteristic;treatment measures;dam foundation rock mass of discharge sluice;Baihe Hydropower Station