角木塘水电站工程碾压混凝土重力坝建基面（河床段）抬高论证

罗 平，肖 胶，胡大彪

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002）

1 工程简况

角木塘水电站工程位于贵州省遵义市道真县境内，地处忠信镇与桃源乡交界的芙蓉江上，是芙蓉江电站开发中的第10 级，上邻官庄水电站，下毗浩口水电站。枢纽建筑物为碾压混凝土重力坝，最大坝高55.0 m，坝顶高程388.00 m。校核洪水位387.034 m，总库容3259 万m3，设计正常蓄水位383.0 m，相应库容2332 万m3，死水位381.0 m，电站装机容量70 MW。

2 前期勘察成果

2.1 坝址地形及地层岩性

坝址河谷为不对称“U”型谷，左陡、右缓，枯水期河水面高程约353.64 m，水深0.6 m～6.7 m，水面宽25.1 m～39.12 m，河流流向为N54°E，在下游一带微转为N42°E；左岸地形较为陡峻，地形坡度32°～70°，右岸地形坡度为34°～51°，两岸地形呈下缓上陡的形态。

大坝地基出露岩性为二叠系中统栖霞组（P2q）灰岩及茅口组（P2m）灰岩夹薄层炭质页岩，河床为冲洪积层，主要为块石、砂卵石层，厚11.3 m～18.9 m。

2.2 构造及结构面

坝址区位于浩口向斜的北西翼，坝址区发育有一条顺河断层F2，平面形态呈“～”展布，其产状为N10°～50°E/SE∠63°～65°，为陡倾断层，延伸长约3.0 km，与坝轴线大角度相交。坝址区左岸岩层倾角为23°～49°，倾左岸；右岸岩层倾角31°～72°倾右岸。受断层影响，左岸地层发生倒转，老地层分布在上部，新地层分布在下部。

2.3 溶蚀风化分带

根据地表地质调查、钻孔、平洞揭露、物探测试等，并结合地形、地貌和地层岩性等特征，河床强风化深15 m～20 m，弱风化下限深度18 m～25 m。

2.4 岩溶水文地质条件

坝址区分布岩体主要为碳酸盐岩夹少量碎屑岩，前期勘察通过地表地质测绘、钻探、勘探平硐结合物探手段，未发现较大规模的溶洞及溶槽发育，综合评价得出坝址区岩溶弱发育，岩溶水文动力地质条件简单。

2.5 坝基岩体工程质量分类

根据坝区室内试验资料，弱风化岩块饱和单轴抗压强度40 MPa～70 MPa，钻孔声波在2700 m/s～5200 m/s，通过工程地质条件类比，根据《水力发电工程地质勘察规范》（GB 50287-2016）中附录O坝基岩体工程地质分类[1]，坝区弱至微风化岩体中：岩体为层状结构的中硬质岩类，坝基肩岩体工程地质为BⅢ2 类，局部为BⅣ1 类。

2.6 综合评价

根据前期勘察资料，河床覆盖层厚11.3 m～18.9 m，河床基岩出露高程分布在329.5 m～330.5 m，强风化岩体分布下限在326 m～326.8 m，强风化带岩体节理裂隙发育，岩体较破碎夹泥严重，呈碎裂结构，弱风化下界高程在320.7 m，河床建基面高程选择在弱风化上部，高程为321.6 m，建基面下部岩体完整性好，裂隙不发育，岩体力学强度高，坝基肩岩体工程地质为BⅢ2 类，局部为BⅣ1类，能够满足建坝要求。对坝基存在的软弱夹层、断层破碎带及裂隙密集带必须进行地基处理[2]。

3 施工阶段建基面地质分析及评价

3.1 问题由来

当大坝河床段已经开挖至338 m～340 m高程时，河床覆盖层大部分已被清除，河床基岩基本已揭露，覆盖层深度比可研研究成果抬高。基于坝基河床段建基面地质条件变好，同时施工工期较紧，节约工程投资等客观原因，工程建设单位及施工单位提出勘察设计单位对河床段建基面抬高进行专项论证工作[3]。

勘察单位对坝基抬高论证采用的主要勘察手段：现场开挖揭露地质条件编录、物探钻孔声波检测、孔壁电视。

3.2 河床段坝基开挖地质条件

（1）谷形式

基坑开挖后，揭露出F2断层，在坝轴线上F2断层靠近河床偏右岸，整个河床水平段岩层倾向左岸偏上游，为纵向谷。

（2）岩性及岩层厚度、分布情况

施工开挖揭露，坝基岩体岩性主要为栖霞组（P2q）深灰色中厚层灰岩夹薄层炭质泥岩，炭质泥岩不连续分布。河床近右岸分布有部分茅口组（P2m）薄至中厚层灰岩夹泥岩、炭质页岩，断层带岩体为2.4 m厚的炭质泥岩，胶结较好。

（3）地质构造

河床靠近右岸有断层F2发育，其基坑段产状为N30°E/SE∠70°～80°，F2断层上缓下陡，破碎带2.4 m，影响带2 m～5 m，基坑内的断层带炭质泥岩胶结较好。无规模较大的缓倾角裂隙发育，F2断层上盘岩层倾向右岸，岩层产状为135°∠81°；F2断层下盘岩层倾向左岸偏上游，岩层产状为315°∠75°。岩体结构总体为层状岩体，裂隙面中等至弱发育，多为方解石脉及岩屑填充，河床基坑主要发育8组裂隙，其中有5 组陡倾角裂隙，3 组缓倾角裂隙，分别对应素描图中的①、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧。其性状分别如下：①N40°W/NE∠85°～88°，与岩层走向近似垂直，切层，延伸长2 m～3 m，间距0.3 m～0.5 m，裂面多闭合，方解石充填，局部无充填；②N30°W/SW∠70°～75°，间距0.5 m～0.8 m，一般延伸长1 m～2 m，多为方解石脉充填；③N75°E/NW∠50°～55°，裂面有起伏，延伸长一般0.5 m～1 m；④N20°E/SE∠16°～20°，为缓倾角裂隙，面起伏，黄色泥膜充填，延伸长1 m～3 m；⑤N55°E/SE∠11°～20°，为缓倾角裂隙，延伸长1m～5m，黄色泥膜充填，面略起伏，⑥SN/W∠12°～18°，缓倾角裂隙，延伸长1 m～3 m，黄色泥膜充填；⑦N15°～20°E/SE∠35°～50°，延伸长2 m～5 m，局部夹泥，面起伏；⑧EW/S∠42°，延伸长1 m～2 m，局部夹泥，面起伏。

（4）风化分带

可研阶段评价河床强风化层深度15 m～20 m（强风化下限高程约在328 m左右），弱风化层深度18 m～25 m（弱风化下限高程约在320 m左右），施工阶段坝基河床段开挖发现，靠近右岸段高程337.5 m，受F2断层影响，断层上盘（靠近右岸一带）出露地层为（P2m）灰岩夹多层粉砂质泥岩、炭质页岩（软质岩），层面或裂隙面多夹泥，岩体风化差异大，强风化较深，岩体强度低，节理、裂隙发育，岩体破碎。断层下盘（河床及左岸）出露地层为（P2q）灰岩夹少量炭质页岩，为硬质岩，河床岩体强风化较浅，岩体较完整。

河床覆盖层抬高约10.8 m，强风化带下限抬高了10.5 m，弱风化带较可研抬高了3 m～3.5 m（见图1），坝基弱风化带抬高为建基面抬高奠定必要条件[4]。

图1 坝上游地质剖面图

（5）岩溶水文地质条件

结合前期钻孔、声波测试，施工阶段大坝基坑开挖、揭露的地质情况可知，基坑分布的可溶岩，岩溶弱发育，未发现隐伏岩溶发育，坝基岩溶水文地质条件较好。

3.3 物探声波测试

在河床基坑左（A区）、右（C区）两个区域共布置了三组声波测试，共计7个钻孔声波测试孔进行基坑检测，同时还进行了孔壁电视，钻孔布置见图2。

图2 坝基素描及物探声波测试孔

第一组钻孔声波测试值对比（BZK1、BZK2、BZK3），BZK3 在高程324.8 m岩体波速呈现明显拐点，岩体完整性较好，其上部与BZK1、BZK2 测试成果相当，波速多在2700 m/s～5300 m/s之间波动，岩体时好时差，主要受节理裂隙发育的影响，岩体完整性较差，建基面最理想的高程为325 m以下。

第二组钻孔声波测试值对比（BZK4、BZK5），BZK4在高程330.9 m，岩体波速呈现明显拐点，其下部在325.3 m～324.3 m之间局部有跳跃，岩体完整性较好，其上部与BZK5 测试成果相当，波速多在2800 m/s～5100 m/s之间波动，岩体时好时差，主要受节理裂隙发育的影响，建基面最理想的高程为330 m以下。

第三组钻孔声波测试值对比（BZK6、BZK7），BZK6 深度14.8 m以后（高程324.2 m），岩体波速呈现明显拐点，岩体完整性较好，其上部与BZK7 测试成果相当，波速多在2700 m/s～5000 m/s之间波动，岩体时好时差，主要受节理裂隙发育的影响，建基面最理想的高程为324.2 m以下。

3.4 与可研成果比较及评价

河床基坑开挖后揭露出F2 断层，F2 断层靠近右岸坝肩附近，与可研推测F2 断层在河床发育不一致；河床基坑岩性主要为栖霞组的灰岩，少部分为茅口组灰岩夹泥岩，受可研推测断层的影响，坝基岩性与可研资料有部分出入；坝基弱风化至微风化岩体，相比可研阶段成果资料明显变高；岩层层面性状较好，多为闭合状态，与可研评价基本一致；缓倾角裂隙结构面规模小，延伸短，多为闭合状态，无软弱夹层及泥化夹层分布，裂隙多为方解石脉、岩屑充填，与可研估计的一致；基坑内未见明显岩溶发育，与前期成果资料预测情况吻合；建基面下游河床基岩面平整连续，下游侧基岩无临空面；可研阶段将灰岩划分为坝基肩岩体工程地质为BⅢ2类，局部为BⅣ1 类；开挖后坝基岩体风化状态呈弱风化及微风化基岩，岩体质量总体上要比可研确定的岩体质量好，基坑开挖至高程333 m时，大部分基岩已处于弱风化中部，A区岩体为（P2q）中厚层灰岩，岩体质量等级BⅢ1类，B区为断层带，岩性为炭质泥岩，胶结较好，岩体质量等级为CⅣ类；C区为茅口组（P2m）灰岩，完整性较差，层面夹泥，岩体质量等级为BⅢ2类（见表1）。

表1 坝基岩体力学参数

3.5 坝址物理力学参数优化

通过施工阶段对坝基岩体的开挖，大坝建基面进行优化，同时揭露出断层带的炭质页岩及右岸坝基的炭质页岩，栖霞组（P2q）灰岩岩体质量好于前期勘察成果资料，力学参数得到了提高，茅口组（P2m）灰岩由于层面夹泥，岩体质量比前期勘察成果资料评价稍差，对其力学参数进行调低，增加了F2断层带上的炭质页岩力学参数，对坝基岩体力学参数进行复核调整成果。

3.6 地基承载力

根据计算，溢流坝段坝基最大压应力429.16 kPa，坝基岩体主要为P2q、P2m灰岩夹少量炭质页岩，室内试验结合工程经验对比，坝基地基承载力为2.5 MPa～3.5 MPa，可满足坝基最大压应力要求。

4 结论

坝基抬高后，坝基岩体完整性较好，强度等级较高，岩体呈弱至微风化状态，力学参数满足建重力坝要求，建基面抬高具备一定的地质条件。

A区建基面抬高至333.0 m，鉴于坝基A区因局部岩体破碎，部分裂隙面夹泥，须进行处理，采取局部刻槽、深挖，清除破碎的岩体及夹泥的裂隙面。

坝基B、C区为断层破碎带及影响带，B区岩体为软质岩，C区岩体层面夹泥及夹软弱夹层，B、C区域内坝基岩体须深挖，B区开挖至330 m，C区开挖至332 m。

河床段建基面抬高是合理、必要的，不仅节约了施工工期[5]，加快了工程建设，而且节省工程投资，电站提前发挥了发电效益。