乌江银盘水电站大坝基础处理设计（刘瑞懿,李洪斌,李凸）

摘要: 经过各阶段地质勘察发现，乌江银盘水电站坝基工程地质条件及主要工程地质问题是:岩性不均一，软弱夹层和岩溶问题。针对坝基存在的主要工程地质问题，处理方法为:对于宽度大于1m的较大断层、剪切交汇带及裂隙密集带，采取槽挖并置换混凝土的措施进行处理;对于在坝基发育的浅层缓倾角溶蚀裂隙，在基坑开挖时即进行混凝土置换处理;对于埋藏较深、地表开挖回填混凝土处理较困难的溶蚀带，进行固结灌浆处理或井挖追踪回填。

关 键 词: 基础开挖;帷幕灌浆;固结灌浆;基础排水;软弱夹层;银盘水电站

中图分类号: TV698.2 + 3 文献标识码: A

1 主要工程地质条件

乌江银盘水电站坝基岩体主要由页岩、砂岩和灰岩相间组成，灰岩段突出形成山脊，页岩段形成凹槽。岩层走向355°～15°，倾向265°～285°（倾向右岸偏下游），倾角35°～50°，为单斜地层。主要出露有奥陶系分乡组（O1f ）、红花园组（O1h ）、大湾组（O1d ）、十字铺组（O2s ）、宝塔组（O2b ）、临湘组（O3L ）和五峰组（O3w ）及志留系龙马溪组（S1Ln ）地层。

坝基岩体中O1h 、O2+3 为强岩溶层，O1-21d 、O21d 为中等岩溶层，透水性强，其余砂页岩地层透水性较弱，其中左岸O1-21d 层发育W9 岩溶系统，右岸O2+3 层发育KW64 岩溶系统。左岸、河床和右岸q<3Lu的试段上限高程分别为149.45、135.61、157.99m。坝址区8个平洞中共揭露35条断层，其中左岸PD1 、PD3 平洞发育27条，右岸PD2 、PD8 平洞发育8条，其余平洞未发现断层。坝基发育各类剪切带66条。左岸河床和右岸弱风化深度分别为6.55～21.10、1.90～3.60、0～10.35m。O1h 、O1-21d 、O21d 、O3-21d 、O3-31d 、O2+3 为Ⅱ类岩体，其余多为Ⅲ～Ⅳ类岩体。总体上看，坝基岩体力学强度高，满足中高重力坝的建坝要求，但对以下工程地质问题需采取适当工程处理措施。

1.1 岩性不均一问题

坝址地层主要有O1d 页岩、含泥质页岩、长石石英砂岩、中奥陶（O2 ）系灰岩、五峰组（O3w ）板状页岩和志留系（S）页岩，岩性和力学参数差异性大。虽然Ⅲ、Ⅳ类页岩岩体强度能满足建坝要求，但变形模量较低，需采取固结灌浆或其他工程措施予以加强，避免坝基不均匀变形。

1.2 软弱夹层问题

坝基发育Ⅰ类泥化剪切带11条，Ⅱ1 类破碎剪切带25条，Ⅱ2 类破碎剪切带30条。

Ⅱ1 类剪切带为页岩夹灰岩透镜体或为页岩夹方解石脉，厚1～7cm，页岩挤压成鳞片状，局部强风化成泥，性状较差。

1.3 O2+3 灰岩岩溶问题

O2+3 为灰岩层，岩溶发育，坝基岩体钻孔揭露溶洞多达19个，一般洞高0.30～1.80m，最高3.04m，累计洞高19.29m，遇洞线率5.9%。岩溶发育高程154.82～212.47m，大部分在高程175m以上。建基面以下发现溶洞8个，洞高0.2～1.80m，均为黄泥半充填，洞壁附钙华，位于高程154.82～174.54m。钻孔揭露溶洞与地表K21 溶洞、PD2 平洞内溶洞构成KW64 岩溶系统，总体上呈顺层分布。沿大田沟一带溶洞尤为发育，发育高程较低，可能造成大坝压缩变形过大，故应进行处理。

钻孔发现坝基O2+3 灰岩层中溶蚀裂隙52条，溶蚀线率15.8条/100m，岩体透水性大，q>3Lu试段占总数的27.0%，q>3Lu试段底板高程157.99m，说明O2+3 灰岩层岩溶发育强烈。

2 基础开挖

2.1 建基面利用高程

坝基Ⅱ、Ⅲ类岩体性状较好，进行常规固结灌浆处理即可满足要求，Ⅳ类页岩岩体强度满足建坝要求，但变形模量较低，需采取固结灌浆或其他工程处理措施，避免坝基产生不均匀变形。根据各建筑物对地基的要求，建基面可利用微风化至弱风化中部岩体。据现有地质勘探资料，河床最低基岩顶板高程为152.74m，弱—强风化下限高程为150.84m，结合坝基岩体质量分级、剪切带性状及建筑物布置需要，确定河床厂房坝段建基面高程为149.0～154.4m，溢流坝段建基面高程为149.0～175m，左岸厂房安装间建基面高程154.4～169.0m;右岸受O2+3 灰岩层中溶洞影响，溢流坝段建基面高程175m，船闸坝段建基面高程176.5m，非溢流坝段建基面高程为169.0～221.5m，主要处于微新岩体。

2.2 开挖形式

坝基及岸坡开挖均采用台阶式。根据坝体侧向稳定计算成果，为便于施工，确定每坝段台阶总宽度应大于坝段总宽度的50%，且每一台阶宽度不小于4m。岸坡开挖每15m高差设一马道，开挖坡比见表1，遇顺向坡或岩体产状不利时，适当放宽坡比并采取必要的支护措施，主要有表面喷护混凝土封闭保护、预应力锚索加固、锚杆支护、混凝土阻滑键、边坡截水沟及排水等，单一或综合处理措施，同时加强边坡变形监测。

2.3 地质缺陷处理

2.3.1 断层及软弱夹层

对于宽度大于1m的较大断层、剪切交汇带及裂隙密集带，采取槽挖并置换混凝土的措施进行处理。混凝土塞深度一般为1.0～1.5倍破碎带宽度，槽挖断面为梯形，两侧坡度1∶0.5。在坝踵、坝趾出露的断层，开挖回填范围适当延长和加深。断层开挖、回填混凝土塞后，再对其周边一定深度范围进行固结灌浆，灌浆深度穿过断层下盘1～2m。

对岩石破碎、裂隙发育、剪切带性状差的重点地段，全面进行固结灌浆，以加强地基完整性，增加承载力。

2.3.2 岩溶处理

中奥陶（O2+3 ）含泥质生物灰岩为强岩溶层，对于在坝基发育的浅层缓倾角溶蚀裂隙，在基坑开挖时即进行混凝土置换处理;对于埋藏较深、地表开挖回填混凝土处理较困难的溶蚀带，进行固结灌浆处理或井挖追踪回填。

对右岸KW64 岩溶系统及溶洞采用明挖或洞挖清除，回填一定厚度的混凝土。对KW64 岩溶系统水流设置专门管路引出坝基以外。

对平洞开挖过程中遇到的溶洞，进行追索掏槽或扩挖清理回填混凝土，并进行必要的固结灌浆和回填灌浆。

3 坝基渗流控制

3.1 设计方案

为降低渗透压力，满足坝基扬压力要求，并为减少渗漏量，增强坝基泥化软弱夹层的长期渗透稳定性，需有效控制坝基渗流。经对比研究，坝基渗控采用竖直灌浆帷幕加排水方案，即坝基前缘及两岸坝肩一定范围设置竖直帷幕，幕后设置排水，以进一步消减幕后残余水头。该方案防渗面积3.89万m2 ，帷幕灌浆进尺2.83万m，排水进尺1.38万m。

3.2 防渗帷幕

防渗帷幕布置在上游基础灌浆廊道内，并分别向两岸坝肩山体延伸:左岸帷幕通过弧形坝体后沿坝轴线方向延伸50m，接大湾组一段（O1-11d ）页岩隔水层;右岸防渗帷幕出坝体后接志留系下统龙马溪组（S1Ln ）砂页岩隔水层。防渗主帷幕轴线全长约为705m。根据坝高并类比同类工程经验，幕体防渗标准:坝基主帷幕设计防渗标准按透水率q≤3Lu控制，两岸山体防渗帷幕透水率不大于5.0Lu。

防渗帷幕一般采用单排，对岩溶发育区，加强为双排，并在防渗帷幕前系统布置1排孔深12m的固结灌浆孔，兼起辅助防渗作用，以加强坝基浅层岩体的抗渗能力。帷幕灌浆孔一般为直孔，排距为0.2m，孔距2.0m。

坝基帷幕灌浆一般在灌浆廊道内进行，坝肩主帷幕在设置的专用灌浆平洞内施工。灌浆平洞为城门洞型，断面尺寸2.5m×3.0m，总洞长约90m。

3.3 基础排水

防渗帷幕后排水孔:孔距一般为2.0m，孔径110mm，排水孔倾向下游，倾角75°，孔深一般按帷幕孔深的0.4～0.6倍控制。

室内渗透流变试验表明，坝基软弱夹层抗渗透破坏能力较差，临界渗透比降为2.5～6，破坏渗透比降为20～46。为避免软弱夹层特别是泥化夹层发生渗透破坏，各类排水孔穿过剪切破碎带时均进行孔内保护。

4 地基固结灌浆

为提高基岩的整体性和均匀性，改善地基表层岩体及地质缺陷部位的物理力学性能，增强地基表层岩体的抗渗能力，针对坝基工程地质缺陷、基础应力较大或应力集中部位、爆破及卸荷裂隙发育区，以及坝基上、下游浅层岩体防渗性能较差部位布置一定的浅层固结灌浆孔。固结灌浆孔一般采用竖直孔，呈梅花型布置，孔、排距2.0m×2.0m，孔深一般6.0m。防渗帷幕上游一排孔加深至12m，以加强坝基主帷幕防渗效果。对性状较差的地质缺陷，如断层、夹层、裂隙密集发育带等部位适当加深和加密固结灌浆孔。固结灌浆一般要求在有混凝土盖重条件下进行，灌浆帷幕质量标准按透水率q≤5Lu控制。

5 灌浆试验研究

根据银盘水电站基岩软硬相间、夹层众多、岩溶透水的特点，在灌浆工程实施前应进行现场灌浆试验，并深入研究相关问题。

5.1 固结灌浆试验

（1）研究不同冲洗工艺（单孔与串通孔冲洗、风水联合冲洗、高速水流喷射冲洗等）、不同冲洗时间下的灌浆效果，探索适合工程特点、灌浆效果的灌浆工艺及控制措施。

（2）对发育夹层的岩体，研究不同孔、排距灌浆条件下，灌前、灌后岩体物理力学性能（变（弹）模、声波）的提高和改善程度，并为坝基灌浆具体实施与优化提供科学依据。

5.2 帷幕灌浆试验

（1）探索适合夹泥层或充泥层特点的浆材配比、升压措施等施工技术参数和灌浆工艺。

（2）通过疲劳压水试验、破坏性压水试验，研究软弱夹泥带或岩溶充泥层的渗透比例极限与允许水力比降，取得夹泥层或充泥层的可灌性、耐久性及抗击出性等设计参数。

（3）对夹泥类地质缺陷部位，研究单、双排灌浆孔配合不同孔距布置方案及相应的工艺措施，根据试验成果初步确定单、双排帷幕的布置范围、孔排距等设计参数，为施工技术文件编制提供依据，并为施工优化提供理论及实践依据。

目前正在开展此项研究工作，通过灌浆试验，将进一步完善基础处理方案和工艺措施。

作者简介: 刘瑞懿，女，长江水利委员会设计院枢纽处，高级工程师。