旭龍水電站壩基巖體質(zhì)量驗收控制標準研究

譚朝爽 杜華冬 陳金龍 楊志川 劉沖 鐘華

摘要：旭龍水電站為混凝土雙曲拱壩，壩基巖體質(zhì)量控制標準對工程具有重要意義，施工前應對壩基巖體質(zhì)量驗收控制標準進行研究。在前期勘察過程中，通過力學試驗、巖體縱波波速值測定等方法確定了壩基巖體質(zhì)量；類比同類工程，提出了一套適合旭龍水電站壩基ⅡA、Ⅲ1A、Ⅲ2A巖體質(zhì)量控制標準。結果表明：ⅡA類壩基巖體Vp均值>5 000 m/s，波速值<4 500 m/s的占比不超過15%，且不集中；Ⅲ1A類壩基巖體Vp均值>4 500 m/s，波速值<4 200 m/s的占比不超過15%，且不集中；Ⅲ2A類壩基巖體Vp均值>4 500 m/s，波速值<4 000 m/s的占比不超過10%，且不集中。研究成果可為確定旭龍水電站壩基巖體質(zhì)量驗收定量標準提供依據(jù)，并供類似工程參考。

關鍵詞：巖體質(zhì)量； 巖體卸荷； 巖體縱波波速值； 質(zhì)量控制標準； 旭龍水電站

中圖法分類號：TV223.1

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.05.004

文章編號：1006-0081（2024）05-0020-06

0 引言

旭龍水電站位于金沙江上游干流河段，擬建壩型為混凝土雙曲拱壩，壩基巖體質(zhì)量驗收控制標準對于工程有重要意義［1-2］。以前，在國內(nèi)大壩施工過程中，大部分對壩基巖體質(zhì)量控制基于宏觀定性的判斷，如在貴州省魚簡河水庫大壩壩基施工過程中，主要以宏觀判斷為依據(jù)［3］。部分工程針對工程特點確定壩基巖體質(zhì)量控制標準量化指標，但在實施過程中均存在一定不足［4-6］，如四川大渡河大崗山水電站［7-8］和云南瀾滄江小灣電站［9］。因此，旭龍水電站針對工程特點及巖體特性，在前期勘察階段對壩基巖體進行了大量的物理力學試驗及現(xiàn)場巖體縱波波速值測試，通過對壩基巖體質(zhì)量和縱波波速值分析，綜合確定壩基巖體的巖體質(zhì)量［1-2］，并結合同類工程進行類比，提出了一套施工期結合工程特點的壩基巖體質(zhì)量控制指標，作為施工期開挖、驗收的指導和依據(jù)。

1 工程概況

旭龍水電站壩基巖體主要為三疊紀印支期侵入花崗巖（γ51），局部夾混合巖與斜長角閃片巖（圖1）。巖石強度高，抗風化能力強，飽和單軸抗壓強度大于60 MPa，屬于堅硬巖。巖體結構以塊狀結構及整體結構為主，根據(jù)GB 50287-2016《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，對壩基巖石強度及巖體特征進行綜合分析判定：左岸壩基巖體大部分屬ⅡA～Ⅲ1A類，Sc3斜長角閃片巖條帶屬Ⅲ2A類巖體；右岸及河床壩基巖體大部分屬于ⅡA類，部分屬于Ⅲ1A類。

（1） ⅡA類。巖體呈塊狀及次塊狀結構，結構面輕度～中等發(fā)育，軟弱結構面不發(fā)育。巖體較完整～完整，強度高，軟弱結構面不控制巖體穩(wěn)定，抗滑、抗變形性能強，為良好的高混凝土壩壩基。

（2） Ⅲ1A類。巖體主要為次塊狀～鑲嵌及互層狀結構，結構面中等發(fā)育。巖體較完整～完整性差，強度高，抗變形性能總體較強。

（3） Ⅲ2A類。巖體主要為鑲嵌結構、薄層狀，結構面較發(fā)育。巖體完整性差，不適宜直接作壩基巖體，經(jīng)工程處理后可局部利用［1-2］。

2 壩基巖體縱波波速值分析

2.1 巖體縱波波速值測試與分析

（1） 壩址各類巖性鉆孔縱波波速值總體特征。

為了解壩址巖體在垂直方向上的縱波波速特性，鉆孔中巖體縱波波速值統(tǒng)計見圖2。從圖2可以看出：壩區(qū)鉆孔巖體縱波波速值總體較高，呈正態(tài)分布，其中花崗巖縱波波速值Vp分布區(qū)間4 750～6 250 m/s，均值5 520 m/s。混合巖縱波波速值Vp分布區(qū)間5 000～6 250 m/s，均值5 430 m/s，斜長角閃巖縱波波速值Vp分布區(qū)間4 000～6 000 m/s，均值5 170 m/s。

（2） 大壩壩基鉆孔縱波波速值特征。在壩基范圍布置了大量鉆孔，均進行了縱波波速測試，選取XZK43、XZK44、XZK45、XZK49、XZK50、XZK52這6個鉆孔的縱波波速值進行統(tǒng)計分析。鉆孔縱波波速測試基本在微新巖體中完成，由圖3可以看出，縱波波速值大于5 000 m/s的完整巖體占67.82%，小于4 500m/s的占11.9%。通過結合鉆孔電視分析，縱波波速值降低多數(shù)是在相應孔深出現(xiàn)裂隙或小斷層。

2.2 鉆孔縱波波速值與RQD及透水率對比分析

巖體質(zhì)量可用縱波波速值、巖芯RQD值、透水率等指標等進行綜合評價［3-4］，且這些指標有一定的對應關系。在旭龍水電站壩址7個鉆孔（兩岸各選取3個鉆孔、河床選取1個鉆孔）建基面高程上、下各10 m范圍對上述3項指標進行對比分析，見表1。

由表1可以看出，透水率小于3 Lu，RQD＞50%，壩基巖體縱波波速值一般大于4 800 m/s，巖體質(zhì)量較好。當透水率較大（>10 Lu）或不起壓，同時RQD＜50%，縱波波速值小于4 500 m/s或測試不成功，巖體質(zhì)量較差。當RQD值很大，但壓水試驗不起壓，縱波波速測試不成功時，巖體質(zhì)量一般較好，出現(xiàn)這種情況的主要原因是該段下部可能發(fā)育有張性裂隙，漏水嚴重，但大部分巖體完整。

3 旭龍水電站壩基巖體質(zhì)量判別地質(zhì)建議

（1） 旭龍水電站壩基巖體主要為花崗巖，左岸夾有Sc3斜長角閃片巖條帶，兩岸高處利用部分弱卸荷巖體作為壩基，其余均為微新巖體作為壩基。通過對旭龍水電站壩址多年的勘察試驗研究，微新花崗巖基本為ⅡA類巖體，微新斜長角閃片巖為Ⅲ2A類巖體，弱卸荷花崗巖為Ⅲ1A類巖體，可作為施工驗收過程中定性判斷壩基巖體質(zhì)量的基本思路。

（2） 一般通過縱波波速值、RQD、透水率、彈性模量等指標進行巖體質(zhì)量定量判斷，這些指標有一定相關性。多年工程經(jīng)驗表明，用RQD、透水率、彈性模量等指標判斷巖體質(zhì)量，在全面性、客觀性及工作效率上都有較大局限，而縱波波速測試是一種較為客觀且易操作的判斷方法。

（3） 通過對旭龍水電站壩基巖體縱波波速值統(tǒng)計分析可以看出，較完整、微新的花崗巖縱波波速值一般為4 800～6 200 m/s，卸荷、風化、斷層、裂隙、爆破松動均會使縱波波速值不同程度降低。結合類似工程經(jīng)驗，花崗巖中當縱波波速值大于4 800 m/s時，可直接作為壩基利用；4 500～4 800 m/s可考慮固結灌漿后作為壩基；小于4 500 m/s建議進行置換處理；對Sc3斜長角閃片巖條帶建議加強灌漿。

（4） 平洞內(nèi)縱波波速測試顯示松動圈為1.2～1.6 m，壩基開挖時松動層可能更厚，建議在施工過程中根據(jù)縱波波速測試結果，加強松動層的固結灌漿。同時，在壩基開挖后利用鉆孔進行鉆孔電視，以了解壩基巖體回彈程度。

4? 同類工程建基面驗收標準類比

為確定旭龍水電站壩基巖體施工期驗收標準，對烏東德水電站、楊房溝水電站、大崗山水電站、小灣水電站等同類型工程巖體質(zhì)量驗收標準進行類比。

（1） 烏東德水電站壩基巖體驗收標準［5］見表2。

（2） 楊房溝水電站壩基巖體驗收標準［6］見表3。

（3） 大崗山水電站壩基巖體驗收［7-8］標準見表4。

（4） 小灣水電站壩基巖體驗收標準［9］見表5。

5 旭龍水電站壩基巖體質(zhì)量控制及驗收標準

對旭龍水電站壩址區(qū)兩岸、河床壩基按照巖體工程地質(zhì)分類進行縱波波速值統(tǒng)計，統(tǒng)計結果如下：

（1） 壩址區(qū)鉆孔ⅡA類巖體。對壩址區(qū)XZK59、XZK104、XZK106、XZK107、XZK108、XZK109、XZK110、XZK43等鉆孔設計建基面以下10 m范圍ⅡA類巖體縱波波速值進行統(tǒng)計分析（圖4），均值為5 322 m/s。其中，縱波波速值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類巖體。對拱端平洞ⅡA類巖體縱波波速值進行統(tǒng)計（圖5），縱波波速均值為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類巖體。對兩岸建基面附近平洞Ⅲ1A類弱風化卸荷巖體進行縱波波速值統(tǒng)計（圖6），均值4 400 m/s?？v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類巖體。左岸壩基Ⅲ2A類巖體主要為Sc3斜長角閃片巖條帶，其特征見表6。順洞軸線方向片巖寬度30～40 m，斜長角閃片巖寬度7.0～20.7 m，片巖占比24.5%～55%，花崗巖占比45%～75.5%，片巖與花崗巖相間分布。

對左岸平洞內(nèi)Sc3斜長角閃片巖條帶縱波速值進行統(tǒng)計（圖7），均值為4 985 m/s。其中，縱波波速值低于4 000 m/s占比為3.51%；4 000 m/s≤Vp≤4 400 m/s占比為10.52%；4 400 m/s＜Vp≤5 000 m/s占比為29.83%；5 000 m/s＜Vp≤6 000 m/s占比為56.14%。根據(jù)資料分析，受花崗巖與斜長角閃片巖相間分布影響，縱波波速值偏大。

通過對旭龍水電站壩基及兩岸巖體質(zhì)量、縱波波速值統(tǒng)計分析，類比烏東德水電站、楊房溝水電站、大崗山水電站、小灣水電站，提出一套適用于旭龍水電站的壩基巖體質(zhì)量驗收標準，為確定電站壩基巖體質(zhì)量驗收標準提供依據(jù)［10-11］，見表7。

6 結語

旭龍水電站壩基巖體主要為三疊紀印支期侵入花崗巖（γ15），局部夾混合巖與斜長角閃片巖。壩基巖體類別主要為ⅡA、Ⅲ1A類巖體，僅左岸Sc3斜長角閃片巖條帶為Ⅲ2A類巖體。Ⅲ1A類巖體主要分布在兩岸拱端下游弱卸荷部位。前期勘察現(xiàn)場進行了大量巖體物理力學試驗，結合壩基巖體縱波波速值統(tǒng)計分析，類比烏東德、楊房溝、大崗山、小灣等電站在施工期壩基巖體縱波波速值控制標準，提出了旭龍水電站大壩建基巖體質(zhì)量控制標準，為工程施工提供依據(jù)。

參考文獻：

［1］王正波，柳景華，鐘華，等.金沙江上游旭龍水電站可行性研究報告［R］.武漢：長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，2020.

［2］鐘華，譚朝爽.金沙江上游旭龍水電站樞紐布置專題報告［R］.武漢：長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，2018.

［3］徐海清.貴州省魚簡河水庫壩基巖體力學參數(shù)研究［D］.武漢：中國地質(zhì)大學，2004.

［4］魏玉峰.白鶴灘水電站多層位復雜介質(zhì)壩基巖體結構特征及巖體質(zhì)量分級研究［D］.成都：成都理工大學，2010.

［5］王吉亮，郝文忠.烏東德壩基巖體變形模量與波速相關性及應用［J］.地下工程與空間工程學報，2019，15（5）：1434-1441.

［6］李光耀.雅礱江楊房溝水電站建基巖體質(zhì)量綜合評價及地質(zhì)缺陷處理［D］.成都：成都理工大學，2009.

［7］蔡斌.大崗山水電站右岸壩基巖體質(zhì)量評價及地質(zhì)缺陷處理建議［J］.水電站設計，2012，31（1），28-31，36.

［8］吳基昌，郭金婷.大崗山拱壩建基面質(zhì)量標準及評價［J］.人民長江，2012，43（22）：12-15.

［9］林峰，黃潤秋，蔡國軍.小灣水電站低高程壩基開挖卸荷松弛機理試驗研究［J］.工程地質(zhì)學報，2009，17（5）：606-611.

［10］譚朝爽.基于地質(zhì)分析的旭龍水電站拱壩河床壩段建基面選擇［J］.水利水電快報，2022，43（9）：13-15，21.

［11］劉沖平，譚朝爽，鐘華，等.旭龍水電站重大地質(zhì)問題勘察與論證［J］.人民長江，2023，54（增2）：153-156.

編輯：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

作者簡介：譚朝爽，男，高級工程師，主要從事水電工程勘察工作。E-mail：79984593@qq.com