藤子溝水電站拱壩壩基勘察技術(shù)創(chuàng)新及優(yōu)化

王寶文

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

藤子溝水電站工程采用混合式開發(fā)，由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水系統(tǒng)和廠區(qū)系統(tǒng)組成。

根據(jù)DL5180—2003《水電工程等級劃分及設(shè)計安全標準》的規(guī)定，藤子溝水電站工程規(guī)模為大（2）型，大壩及泄洪建筑物為2級建筑物，消能建筑物水墊塘、電站引水系統(tǒng)和發(fā)電廠房為3級建筑物。

1 工程區(qū)地質(zhì)概況

藤子溝水電站位于長江右岸一級支流龍河中上游重慶市石柱縣境內(nèi)，地處鄂西山地與四川盆地過渡地帶，地勢陡竣，屬中低山層狀地貌。由于河流深切河谷，巖層為軟硬相間巖層，故區(qū)內(nèi)巖體卸荷較強烈。

工程區(qū)出露地層主為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組6～18層（J2S6～18）紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及中厚層細粒長石石英砂巖。

區(qū)域地質(zhì)環(huán)境上，該區(qū)位于川東褶皺帶中的石柱向斜附近軸部的東南翼，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好，樞紐區(qū)地震基本裂度為Ⅵ度。

拱壩是一個空間殼體結(jié)構(gòu)，它在平面上形成拱向上游的弧形拱圈，將作用于壩體上的外荷載通過拱的作用傳遞到兩岸壩肩，依靠壩體混凝土的抗壓強度和兩岸壩肩抗力巖體的支撐來保證大壩的穩(wěn)定。

藤子溝壩址雖為寬 60～240 m，長 450 m的“V”型峽谷，兩岸地形較完整對稱，適于修建拱壩，但在地質(zhì)條件上比較復(fù)雜。兩岸抗力體主要為軟、硬相間的長石石英砂巖夾薄層粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖組成，同時，兩岸壩肩巖體內(nèi)分布有大、小十余條軟弱夾層，在壩址左岸不同高程上形成底部切割面并和F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4等17條斷層破碎帶組合后，于壩址左岸680 m至750 m高程，因巖體卸荷變形，致使該地段自上而下形成臺階式卸荷變形巖體，對左岸拱座的穩(wěn)定不利。

2 工程項目采用的新方法及新技術(shù)

1）采用以平硐勘探為主、鉆探為輔的新方法和鉆孔數(shù)字成像新技術(shù)。

由于壩址巖體巖性復(fù)雜，軟硬巖層相間分布，斷層破碎帶及軟弱夾層分布較多，巖體卸荷嚴重，如按常規(guī)單一勘察方法是難以查明壩基（肩）巖體的抗變形性能和抗滑穩(wěn)定條件的。因此在技術(shù)上必須創(chuàng)新，注重采用新方法。在地表工作基礎(chǔ)上通過在兩岸不同高程布置硐探輔以適量鉆探進行綜合查證。如在左岸壩基（肩）軟弱夾層和斷層較多、巖體卸荷嚴重的地段，分別于 682，705，715，738 m 高程布置了 5 條平硐并輔以 ZK73，79，80，88，89 等鉆孔，同時通過采用鉆孔數(shù)字成像新技術(shù)查明了左岸壩基（肩）抗力巖體等軟弱巖層的層面分布高程和RJ1，RJ1-1，RJ2，RJ3等軟弱夾層及 F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3等斷層破碎帶的出露位置及左岸卸荷巖體在不同高程上的分布范圍和節(jié)理裂隙聯(lián)通率等。為設(shè)計確定壩基位置及建基高程和處理措施提供了可靠的地質(zhì)資料。

2）采用剛體極限平衡法對大壩左端庫岸邊坡穩(wěn)定性進行了分析計算。

計算中分別以RJ1，RJ4等軟弱夾層為底滑面的組合塊體，按剛體極限平衡法對大壩左岸邊坡在不同假定條件下進行了穩(wěn)定分析計算。計算結(jié)果表明，其邊坡穩(wěn)定系數(shù)Ks滿足了GB50021—2001的規(guī)定值。從計算結(jié)果看出，采用減載卸荷（即挖除邊坡上部一部分巖體）的方法，對改善邊坡巖體的穩(wěn)定狀況其效果是不明顯的，地下水壓力和揚壓力對邊坡的穩(wěn)定性影響很大，尤其當水庫水位驟降至735 m高程以下時對邊坡穩(wěn)定條件很不利，建議設(shè)計對邊坡地段采取排水措施，如充分利用原有勘探平硐和適當增設(shè)排水廊道等。因此為施工減少開挖節(jié)約工程投資，保護庫岸生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造了條件。

3）勇于創(chuàng)新。

在滿足規(guī)范規(guī)定的條件下，開拓性的優(yōu)化勘察工作布置，一硐多用，即在完成常規(guī)地質(zhì)資料采集基礎(chǔ)上，充分利用布置于抗力巖體不同高程的探硐，在進行常規(guī)原位測試巖體和軟弱結(jié)構(gòu)面物理力學性質(zhì)的基礎(chǔ)上，采用跨硐法測定抗力巖體不同巖性、不同分布高程和硐深范圍內(nèi)巖體的彈性波縱波波速特征，研究分析抗力巖體的完整程度和工程巖體質(zhì)量。

3 國內(nèi)同類型工程勘察工作量對比

國內(nèi)已建（在建）同類拱壩工程勘察工作量對比見表1。

表1 國內(nèi)已建（在建）同類拱壩工程勘察工作量對比表

4 工程地質(zhì)評價

1）同意不存在水庫誘發(fā)地震地質(zhì)條件的結(jié)論，對左岸壩前可能失穩(wěn)的部分巖體應(yīng)結(jié)合大壩施工進行處理。

2）兩條壩線比較的工程地質(zhì)條件基本相同，目前推薦的壩線左岸等斷層和巖體卸荷的影響較小，右岸泥巖出露高程較高，因此是合理的。

3）壩基（肩）及抗力體的工程地質(zhì)條件比較清楚，建議設(shè)計使用的巖體物理力學參數(shù)基本合理。存在的主要工程地質(zhì)問題∶作為壩基持力層的砂巖厚度較薄，下伏泥巖軟弱，難以滿足承載要求，應(yīng)做基礎(chǔ)處理；兩岸抗力體存在砂巖與泥巖軟硬相間分布，巖體內(nèi)存在滑移結(jié)構(gòu)面，須做變形、抗滑穩(wěn)定核算，并視核算結(jié)果進行相應(yīng)的工程處理。

5 項目的經(jīng)濟效益和社會效益

1）對該工程減少勘察工作量，縮短勘察工期起到了關(guān)鍵作用，與國內(nèi)同類型（已建、在建）工程比較，藤子溝電站大壩初步設(shè)計節(jié)省勘察經(jīng)費約174～255萬元，縮短勘察工期約6個月，向設(shè)計提交了優(yōu)質(zhì)的初步設(shè)計地質(zhì)成果，并經(jīng)審查得到了充分肯定。

2）藤子溝電站水庫具有較好的調(diào)節(jié)能力，是重慶統(tǒng)調(diào)電網(wǎng)的主力調(diào)峰電源之一，自2005年4月30日并網(wǎng)發(fā)電至2007年年底，電站累計發(fā)電3.032億kW·h，創(chuàng)產(chǎn)值0.9億元，工程建成后，大大緩解了重慶市電網(wǎng)調(diào)峰，增加調(diào)度靈活性及供電質(zhì)量，對推動地方經(jīng)濟建設(shè)，盡快脫貧致富和西部大開發(fā)做出了重大貢獻。

3）對拱壩壩肩抗力體開拓性地采用以探硐為主，鉆探及數(shù)字電視為輔的新方法，為國內(nèi)拱壩勘察工作探索出一條新路。