旭龙水电站坝基岩体质量验收控制标准研究

谭朝爽 杜华冬 陈金龙 杨志川 刘冲 钟华

摘要：旭龙水电站为混凝土双曲拱坝，坝基岩体质量控制标准对工程具有重要意义，施工前应对坝基岩体质量验收控制标准进行研究。在前期勘察过程中，通过力学试验、岩体纵波波速值测定等方法确定了坝基岩体质量；类比同类工程，提出了一套适合旭龙水电站坝基ⅡA、Ⅲ1A、Ⅲ2A岩体质量控制标准。结果表明：ⅡA类坝基岩体Vp均值>5 000 m/s，波速值<4 500 m/s的占比不超过15%，且不集中；Ⅲ1A类坝基岩体Vp均值>4 500 m/s，波速值<4 200 m/s的占比不超过15%，且不集中；Ⅲ2A类坝基岩体Vp均值>4 500 m/s，波速值<4 000 m/s的占比不超过10%，且不集中。研究成果可为确定旭龙水电站坝基岩体质量验收定量标准提供依据，并供类似工程参考。

关键词：岩体质量； 岩体卸荷； 岩体纵波波速值； 质量控制标准； 旭龙水电站

中图法分类号：TV223.1

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.05.004

文章编号：1006-0081（2024）05-0020-06

0 引言

旭龙水电站位于金沙江上游干流河段，拟建坝型为混凝土双曲拱坝，坝基岩体质量验收控制标准对于工程有重要意义［1-2］。以前，在国内大坝施工过程中，大部分对坝基岩体质量控制基于宏观定性的判断，如在贵州省鱼简河水库大坝坝基施工过程中，主要以宏观判断为依据［3］。部分工程针对工程特点确定坝基岩体质量控制标准量化指标，但在实施过程中均存在一定不足［4-6］，如四川大渡河大岗山水电站［7-8］和云南澜沧江小湾电站［9］。因此，旭龙水电站针对工程特点及岩体特性，在前期勘察阶段对坝基岩体进行了大量的物理力学试验及现场岩体纵波波速值测试，通过对坝基巖体质量和纵波波速值分析，综合确定坝基岩体的岩体质量［1-2］，并结合同类工程进行类比，提出了一套施工期结合工程特点的坝基岩体质量控制指标，作为施工期开挖、验收的指导和依据。

1 工程概况

旭龙水电站坝基岩体主要为三叠纪印支期侵入花岗岩（γ51），局部夹混合岩与斜长角闪片岩（图1）。岩石强度高，抗风化能力强，饱和单轴抗压强度大于60 MPa，属于坚硬岩。岩体结构以块状结构及整体结构为主，根据GB 50287-2016《水力发电工程地质勘察规范》，对坝基岩石强度及岩体特征进行综合分析判定：左岸坝基岩体大部分属ⅡA～Ⅲ1A类，Sc3斜长角闪片岩条带属Ⅲ2A类岩体；右岸及河床坝基岩体大部分属于ⅡA类，部分属于Ⅲ1A类。

（1） ⅡA类。岩体呈块状及次块状结构，结构面轻度～中等发育，软弱结构面不发育。岩体较完整～完整，强度高，软弱结构面不控制岩体稳定，抗滑、抗变形性能强，为良好的高混凝土坝坝基。

（2） Ⅲ1A类。岩体主要为次块状～镶嵌及互层状结构，结构面中等发育。岩体较完整～完整性差，强度高，抗变形性能总体较强。

（3） Ⅲ2A类。岩体主要为镶嵌结构、薄层状，结构面较发育。岩体完整性差，不适宜直接作坝基岩体，经工程处理后可局部利用［1-2］。

2 坝基岩体纵波波速值分析

2.1 岩体纵波波速值测试与分析

（1） 坝址各类岩性钻孔纵波波速值总体特征。

为了解坝址岩体在垂直方向上的纵波波速特性，钻孔中岩体纵波波速值统计见图2。从图2可以看出：坝区钻孔岩体纵波波速值总体较高，呈正态分布，其中花岗岩纵波波速值Vp分布区间4 750～6 250 m/s，均值5 520 m/s。混合岩纵波波速值Vp分布区间5 000～6 250 m/s，均值5 430 m/s，斜长角闪岩纵波波速值Vp分布区间4 000～6 000 m/s，均值5 170 m/s。

（2） 大坝坝基钻孔纵波波速值特征。在坝基范围布置了大量钻孔，均进行了纵波波速测试，选取XZK43、XZK44、XZK45、XZK49、XZK50、XZK52这6个钻孔的纵波波速值进行统计分析。钻孔纵波波速测试基本在微新岩体中完成，由图3可以看出，纵波波速值大于5 000 m/s的完整岩体占67.82%，小于4 500m/s的占11.9%。通过结合钻孔电视分析，纵波波速值降低多数是在相应孔深出现裂隙或小断层。

2.2 钻孔纵波波速值与RQD及透水率对比分析

岩体质量可用纵波波速值、岩芯RQD值、透水率等指标等进行综合评价［3-4］，且这些指标有一定的对应关系。在旭龙水电站坝址7个钻孔（两岸各选取3个钻孔、河床选取1个钻孔）建基面高程上、下各10 m范围对上述3项指标进行对比分析，见表1。

由表1可以看出，透水率小于3 Lu，RQD＞50%，坝基岩体纵波波速值一般大于4 800 m/s，岩体质量较好。当透水率较大（>10 Lu）或不起压，同时RQD＜50%，纵波波速值小于4 500 m/s或测试不成功，岩体质量较差。当RQD值很大，但压水试验不起压，纵波波速测试不成功时，岩体质量一般较好，出现这种情况的主要原因是该段下部可能发育有张性裂隙，漏水严重，但大部分岩体完整。

3 旭龙水电站坝基岩体质量判别地质建议

（1） 旭龙水电站坝基岩体主要为花岗岩，左岸夹有Sc3斜长角闪片岩条带，两岸高处利用部分弱卸荷岩体作为坝基，其余均为微新岩体作为坝基。通过对旭龙水电站坝址多年的勘察试验研究，微新花岗岩基本为ⅡA类岩体，微新斜长角闪片岩为Ⅲ2A类岩体，弱卸荷花岗岩为Ⅲ1A类岩体，可作为施工验收过程中定性判断坝基岩体质量的基本思路。

（2） 一般通过纵波波速值、RQD、透水率、弹性模量等指标进行岩体质量定量判断，这些指标有一定相关性。多年工程经验表明，用RQD、透水率、弹性模量等指标判断岩体质量，在全面性、客观性及工作效率上都有较大局限，而纵波波速测试是一种较为客观且易操作的判断方法。

（3） 通过对旭龙水电站坝基岩体纵波波速值统计分析可以看出，较完整、微新的花岗岩纵波波速值一般为4 800～6 200 m/s，卸荷、风化、断层、裂隙、爆破松动均会使纵波波速值不同程度降低。结合类似工程经验，花岗岩中当纵波波速值大于4 800 m/s时，可直接作为坝基利用；4 500～4 800 m/s可考虑固结灌浆后作为坝基；小于4 500 m/s建议进行置换处理；对Sc3斜长角闪片岩条带建议加强灌浆。

（4） 平洞内纵波波速测试显示松动圈为1.2～1.6 m，坝基开挖时松动层可能更厚，建议在施工过程中根据纵波波速测试结果，加强松动层的固结灌浆。同时，在坝基开挖后利用钻孔进行钻孔电视，以了解坝基岩体回弹程度。

4  同类工程建基面验收标准类比

为确定旭龙水电站坝基岩体施工期验收标准，对乌东德水电站、杨房沟水电站、大岗山水电站、小湾水电站等同类型工程岩体质量验收标准进行类比。

（1） 乌东德水电站坝基岩体验收标准［5］见表2。

（2） 杨房沟水电站坝基岩体验收标准［6］见表3。

（3） 大岗山水电站坝基岩体验收［7-8］标准见表4。

（4） 小湾水电站坝基岩体验收标准［9］见表5。

5 旭龙水电站坝基岩体质量控制及验收标准

对旭龙水电站坝址区两岸、河床坝基按照岩体工程地质分类进行纵波波速值统计，统计结果如下：

（1） 坝址区钻孔ⅡA类岩体。对坝址区XZK59、XZK104、XZK106、XZK107、XZK108、XZK109、XZK110、XZK43等钻孔设计建基面以下10 m范围ⅡA类岩体纵波波速值进行统计分析（图4），均值为5 322 m/s。其中，纵波波速值Vp≤4 000 m/s的占比3.19%；4 000 m/s≤Vp≤4 400 m/s的占比1.23%；4 400 m/s＜Vp≤5 000 m/s的占比15.21%；5 000 m/s＜Vp≤6 200 m/s的占比80.4%。

（2） 拱端平洞ⅡA类岩体。对拱端平洞ⅡA类岩体纵波波速值进行统计（图5），纵波波速均值为5 243 m/s。Vp≤4 000 m/s的占比3.26%；4 000 m/s＜Vp≤4 400 m/s的占比3.26%；4 400 m/s＜Vp≤5 000 m/s的占比27.18%；5 000 m/s＜Vp≤6 200 m/s的占比66.32%。

（3） Ⅲ1A类岩体。对两岸建基面附近平洞Ⅲ1A类弱风化卸荷岩体进行纵波波速值统计（图6），均值4 400 m/s。纵波波速值Vp≤4000 m/s的占比23.41%；4 000 m/s＜Vp≤4 400 m/s的占比21.27%；4 400 m/s＜Vp≤4 800 m/s的占比34.04%；4 800 m/s＜Vp≤5 200 m/s的占比21.28%。

（4） Ⅲ2A类岩体。左岸坝基Ⅲ2A类岩体主要为Sc3斜长角闪片岩条带，其特征见表6。顺洞轴线方向片岩宽度30～40 m，斜长角闪片岩宽度7.0～20.7 m，片岩占比24.5%～55%，花岗岩占比45%～75.5%，片岩与花岗岩相间分布。

对左岸平洞内Sc3斜长角闪片岩条带纵波速值进行统计（图7），均值为4 985 m/s。其中，纵波波速值低于4 000 m/s占比为3.51%；4 000 m/s≤Vp≤4 400 m/s占比为10.52%；4 400 m/s＜Vp≤5 000 m/s占比为29.83%；5 000 m/s＜Vp≤6 000 m/s占比为56.14%。根据资料分析，受花岗岩与斜长角闪片岩相间分布影响，纵波波速值偏大。

通过对旭龙水电站坝基及两岸岩体质量、纵波波速值统计分析，类比乌东德水电站、杨房沟水电站、大岗山水电站、小湾水电站，提出一套适用于旭龙水电站的坝基岩体质量驗收标准，为确定电站坝基岩体质量验收标准提供依据［10-11］，见表7。

6 结语

旭龙水电站坝基岩体主要为三叠纪印支期侵入花岗岩（γ15），局部夹混合岩与斜长角闪片岩。坝基岩体类别主要为ⅡA、Ⅲ1A类岩体，仅左岸Sc3斜长角闪片岩条带为Ⅲ2A类岩体。Ⅲ1A类岩体主要分布在两岸拱端下游弱卸荷部位。前期勘察现场进行了大量岩体物理力学试验，结合坝基岩体纵波波速值统计分析，类比乌东德、杨房沟、大岗山、小湾等电站在施工期坝基岩体纵波波速值控制标准，提出了旭龙水电站大坝建基岩体质量控制标准，为工程施工提供依据。

参考文献：

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［2］钟华，谭朝爽.金沙江上游旭龙水电站枢纽布置专题报告［R］.武汉：长江勘测规划设计研究有限责任公司，2018.

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［5］王吉亮，郝文忠.乌东德坝基岩体变形模量与波速相关性及应用［J］.地下工程与空间工程学报，2019，15（5）：1434-1441.

［6］李光耀.雅砻江杨房沟水电站建基岩体质量综合评价及地质缺陷处理［D］.成都：成都理工大学，2009.

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［8］吴基昌，郭金婷.大岗山拱坝建基面质量标准及评价［J］.人民长江，2012，43（22）：12-15.

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［11］刘冲平，谭朝爽，钟华，等.旭龙水电站重大地质问题勘察与论证［J］.人民长江，2023，54（增2）：153-156.

编辑：李慧

Study on quality acceptance control standard of dam foundation rock mass of Xulong Hydropower Station

TAN Chaoshuang1，DU Huadong2，CHEN Jinlong1，YANG Zhichuan1，LIU Chongping1，ZHONG Hua1

（1.Three Gorges Geotechnical Consultants Co.，Ltd.，（Wuhan），Wuhan 430074，China；2.Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：

Xulong Hydropower Station is a concrete hyperbolic arch dam，and the quality control standards for the dam foundation rock mass are of great significance to the project.Before the construction，the quality acceptance control standards for the dam foundation rock mass should be studied.In the preliminary survey，the quality of the dam foundation rock mass was determined through mechanical tests and measurement of longitudinal wave velocity of the rock mass，etc.A set of rock mass quality control standards suitable for the foundation ⅡA，Ⅲ1A，and Ⅲ2A of Xulong Hydropower Station was proposed by analogy with similar projects.The results showed that the average Vp of the ⅡA dam foundation rock mass was above 5 000 m/s，and the proportion of wave velocity values smaller than 4 500 m/s did not exceed 15%，which was not concentrated；the average Vp of Class Ⅲ1A dam foundation rock mass was above 4 500 m/s，and the proportion of wave velocity values smaller than 4 200 m/s did not exceed 15%，which was not concentrated.The average Vp of Class Ⅲ2A dam foundation rock mass was above 4 500 m/s，and the proportion of wave velocity values smaller than 4 000 m/s did not exceed 10%，which was not concentrated.The research results can provide a quantitative standard for the quality acceptance of the rock mass of the Xulong Hydropower Station dam foundation and serves as a reference for similar projects.

Key words：

rock mass quality； rock unloading； longitudinal wave velocity of rock mass； quality control standards； Xulong Hydropower Station

收稿日期：2023-12-11

作者简介：谭朝爽，男，高级工程师，主要从事水电工程勘察工作。E-mail：79984593@qq.com