第三系软基地层建混凝土重力坝可行性研究

第三系软基地层建混凝土重力坝可行性研究

雷昊李德春

云南水利水电工程技术开发有限公司云南昆明650000

摘要：桥街水电站位于龙川江中游，第三系半成岩地层内。整个工程各个建筑物基础均位于第三系地层内，属于软基基础。

关键词：混凝土重力坝；桥街水电站；第三系软基

1案例工程地质情况分析

工程主要建筑物拦河大坝基础置于第三系半成岩地层内，基础属于软基，大坝工程属于在软基基础上建设刚性重力坝。

2地层岩性

坝址枢纽区主要出露地层为第四系（Q）、上第三系上新统芒棒组下段（N2m1）以河床相沉积环境为主的花岗质砂砾岩、细粒岩、粘土质粉砂岩，以及上第三系上新统芒棒组中段（N2m2）玄武岩，凝灰质玄武岩，气孔状玄武岩。

上第三系上新统芒棒组下段（N2m1）：

该地层厚度较大，河床钻孔未揭穿，仅根据枢纽区勘探钻孔岩芯编录资料、钻孔声波测试成果、物探地震资料、平硐资料及地表测绘资料进行描述，坝址区岩性分为三个岩组，描述如下：

a、砂粒岩组（N2m1-ss）：岩性主要以砂砾岩、粉细砂岩、泥质粉砂岩、砂质粘土岩为主，微成岩，属细粒土质砂，颗粒成分以粉细砂为主。该、砂粒岩组相变显著，其特征是岩性不稳定且厚度变化大。砂粒岩岩性成分以花岗岩、花岗片麻岩为主。根据钻孔编录及岩芯照片、钻孔电视、钻孔声波，在勘探深度范围内共揭露约8层砂粒岩组：

①第8层（N2m1—⑧）：灰、灰白色含砾砂岩夹卵砾，厚度左岸3～5m，右岸1～2m，呈带状分布于左右岸坝肩。

②第7层（N2m1—⑦）：灰、青灰色砂岩夹砾石及少量卵砾，厚度左岸1～2m，右岸2～3m，呈带状分布于左右岸坝肩。

③第6层（N2m1—⑥）：：灰、灰白色砂岩夹砾石及少量卵砾，厚度左岸5～7m，右岸3～5m，呈带状分布于左右岸坝肩。

④第5层（N2m1—⑤）：灰、灰白色砂砾岩，厚度河床2～4m，左岸3～5m，右岸2～4m，呈带状分布。

⑤第4层（N2m1—④）：灰、灰白色含砾砂岩夹卵砾，厚度河床2～4m，左岸3～4m，右岸4～5m，呈带状分布。

⑥第3层（N2m1—③）：灰、灰白色砂砾岩夹卵砾，厚度河床4～5m，左岸2～3m，右岸3～4m，呈带状分布。

⑦第2层（N2m1—②）：灰、青灰色砂砾岩，厚度河床1～2m，左岸1～2m，右岸1～2m，呈带状分布。

⑧第1层（N2m1—①）灰、灰白色砂砾岩夹卵砾，厚度河床5～7m，左岸5～6m，右岸5～6m，呈带状分布。

b、卵粒岩组（N2m1-cg（cb））：岩性主要以粗砾岩为主，微成岩，属卵石混合土，颗粒成分以砾石、卵石为主。颗粒岩性以花岗岩、花岗片麻岩为主。

c、漂粒岩组（N2m1-cg（B））：岩性主要以巨砾岩为主，微成岩，属漂石混合土，颗粒成分以漂石、卵石为主。颗粒岩性以花岗岩、花岗片麻岩为主。

以上三种岩组出露厚度及出露位置无严格韵律及分层特征，仅以颗粒大小及所占比例大致划分。其中漂粒岩组主要集中分布在右岸河床以上段，河床以下以卵粒岩为主夹砂砾岩，总体上表层颗粒较粗，下部颗粒较细。根据钻孔岩芯统计及声波测试成果，如颗粒大小及波速值大致在同一级别范围，即连线后归纳为同一层。为此，河床以下卵粒岩组与砂粒岩组出现互层现象。

3建混凝土重力坝可行性分析

3.1第三系地层岩组分析

①砂粒岩组（N2m1-ss）：岩性主要以砂砾岩、粉细砂岩、泥质粉砂岩、砂质粘土岩为主，微成岩，属细粒土质砂，颗粒成分以粉细砂为主。砂粒岩岩性成分以花岗岩、花岗片麻岩为主。纵波速度一般范围值1500～2500m/s，最低1380～1720m/s，平均2000～2200m/s；岩体工程地质类别为ⅤC，岩体结构类型近似碎裂～层状结构岩体。

②卵粒岩组（N2m1-cg（cb））：岩性主要以粗砾岩为主，微成岩，属卵石混合土，颗粒成分以砾石、卵石为主。颗粒岩性以花岗岩、花岗片麻岩为主。纵波速度一般范围值2000～3500m/s，平均2200～3000m/s，岩体工程地质类别为ⅤB，岩体结构类型近似碎裂结构。

③漂粒岩组（N2m1-cg（B））：岩性主要以巨砾岩为主，微成岩，属漂石混合土，颗粒成分以漂石、卵石为主。颗粒岩性以花岗岩、花岗片麻岩为主。颗粒岩性以花岗岩、花岗片麻岩为主。纵波速度一般范围值2500～4500m/s，最高达到5260m/s，平均3000～3800m/s，岩体工程地质类别为ⅤA，岩体结构类型近似块裂结构。

3.2现场原位实验

预可研阶段对砂粒岩组现场重力触探试验统计，实测锤击数N63.5=13～20，校正后击数7.7～10.6，承载力换算为0.48～0.60Mpa。

4坝基工程地质评价

①岸坡稳定性

（一）左岸坡

左岸坡坡度15°～40°，为第四系洪积层覆盖，覆盖层岸坡稳定性差。下伏基岩为上第三系芒棒组下段卵粒岩组夹砂粒岩组，微成岩。岩层缓倾向下游偏左岸，岩层产状：125°～155°∠3°～8°（层面产状），无其他结构面发育。总体左岸天然边坡稳定性较差，开挖边坡稳定性差。

（二）右岸坡

右岸坡现状一般坡度30°～48°，大部分为基岩裸露，天然边坡稳定性较好。下伏基岩为上第三系芒棒组下段漂粒岩、卵粒岩组夹砂粒岩组，微成岩。岩层缓倾向下游偏左岸，岩层产状：125°～155°∠3°～8°（层面产状），无其他结构面发育。总体右岸天然边坡稳定性较好，开挖边坡稳定性差。

②坝基稳定性

（一）坝基岩体质量分类

左岸属“ⅤB”类结构类型近似碎裂结构。

河床属“ⅤB”类结构类型近似碎裂结构“ⅤC”类结构类型近似碎裂～层状结构岩体。

右岸属“ⅤA”类结构类型近似块裂结构夹“ⅤC”类结构类型近似碎裂～层状结构岩体。

（二）坝基岩体强度及压缩变形

坝址区河床部位地表岩性为第四系洪冲积砂卵砾石层，结构松散，具中等压缩性。两岸坡大部份为第四系残坡积、崩积碎块石夹土层，具中～高压缩性。下伏基岩以上第三系芒棒组下段漂粒岩、卵粒岩组夹砂粒岩组，微成岩，粗颗粒岩块岩性以花岗岩、花岗片麻岩为主夹片麻岩，埋深10m范围内花岗岩及花岗片麻岩岩块多强风化至弱风化状态，片麻岩多全风化，砂质微胶结物，扰动后多分散开，尤其是砂粒岩组，岩体抗压强度较低。漂粒岩组、卵粒岩组及砂粒岩组总体微成岩，为混合土状，存在一定压缩变形问题。

（三）坝基抗滑稳定性

根据坝址区钻孔岩芯编录资料及钻孔声波测试成果（出露深度及位置可参考坝轴线工程地质剖面图），河床两岸及深部存在力学指标较低的砂粒岩组，单层厚度一般3～5m，最厚接近10m，砂粒岩组抗压强度及抗剪强度指标均较低，岩层产状倾向下游偏左岸，但侧向切割的结构面不发育，作为刚性坝坝基存在浅层抗滑稳定问题，深层抗滑稳定性取决于坝基齿槽的开挖深度或基础处理深度及下游坝基岩体的抗力大小。

（四）渗流稳定性

电站水库蓄水后，水位雍高约22m左右，河床洪冲积层、岸坡残坡积层、阶地及第三系地层坝基表层10～15m范围内，结构松散，透水性较强，岩体破碎，存在渗透变形问题；下部漂粒岩组、卵粒岩组及砂砾岩，属于微成岩，结构紧密，不存在渗透变形破坏问题。

④处理建议

（一）建议建基面及开挖深度

（一）大坝建基面

河床部分第四系砂卵砾石及下伏基岩天然坝基岩体不满足重力坝方案承载力、抗滑、抗变形能力要求，需进行坝基基础处理。设计上考虑采取桩基处理及复合地基处理两种方案。

河床段：桩基处理方案河床冲洪积层开挖2.0～3.0m，直接以冲洪积层为建基面。复核地基处理方案河床冲洪积层须全部清除，以第三系岩体为建基面。

左岸：清除第四系洪积层，以第三系岩体为建基面，清基深度8.0～17.0m。

右岸：深入第三系岩体3.0～5.0m，清基深度3.0～5.0m。

对大坝地基进行固结灌浆处理，梅花形布置，孔距3m，孔深5～15m。

5结论

根据声波、钻孔电视、钻孔岩性鉴定及现场剪切实验可知：第三系地层岩性虽属于半成岩属于软基类，但通过大量的实验数据及钻孔岩心分析可知此地层虽属于软基基础但此地层内含有大量孤块石是成份，对基础强度整体有一定提升，只需对地层内的薄弱夹层进行工程地质处理后具备建设混凝土重力坝的条件。

参考文献

[1]黄钢，郭加忠，石岩明.小型水轮发电机组增容改造可行性及其效益分析.新疆电力[J]，2009（01）.

[2]王爱文.电厂水轮发电机组增容改造的实践与认识[J].吉林水利，2010（S1）.