锦屏一级水电站建基岩体地质缺陷类型及处理措施研究

锦屏一级水电站建基岩体地质缺陷类型及处理措施研究

作者：周英华 刘忠绪 王峰

来源：《科教导刊·电子版》2015年第11期

摘 要 锦屏一级水电站坝址区工程地质条件十分复杂，涉及多种地质缺陷，根据不同地质缺陷确定其加固处理措施是非常关键、非常必要的。拱坝建基面“主要以Ⅲ1、Ⅱ级岩体作为建基岩体，高高程局部利用Ⅲ2级岩体”的原则，对不满足建基岩体要求的地质缺陷采取必要和有效的基础处理措施，以保证大坝的安全。处理后的坝基岩体质量满足设计和验收要求对岩体质量的要求。

关键词 拱坝坝基 地质缺陷 处理措施 中图分类号：TV221.2 文献标识码：A

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流中下游水电开发规划的“控制性”水库梯级，在雅砻江梯级滚动开发中具有“承上启下”重要作用。锦屏一级混凝土双曲拱坝是世界第一高拱坝，坝高305m，坝顶高程1885m，坝顶宽度16m，坝底厚度63m，厚高比0.207，坝体混凝土方量474万m3，为世界同类坝型之最。显然，在锦屏一级这样一个地质条件十分复杂的地区，修建如此规模的大坝，查明并准确评价坝基岩体质量、地质缺陷特性及其空间展布特征，深入研究开挖卸荷岩体破坏机制及加固处理措施是非常关键、非常必要的。

1大坝工程地质条件概述 1.1地形地貌

坝区河道顺直，河流流向N25€癊，枯期江水位1635m时，水面宽80～100m，为典型的深切“V”型峡谷，两岸谷坡相对高差达1500～1700m。左岸为反向坡，1820～1900m高程以下为大理岩，坡度55€皛70€埃灰陨衔鞍逖遥露？0€皛50€埃噬搅河肭彻迪嗉涞奈⒌孛蔡卣鳌S野段诚蚱拢罄硌遥孛采铣识富合嗉涞奶ń鬃矗钙露纹露？0€皛90€埃浩露卧？0€啊？ 1.2地层岩性

左岸垫座建基面约1800m以上为杂谷脑组第三段第3层～第1层薄层粉砂质板岩、厚～巨厚层变质细砂岩。

约1800m以下、左岸EL.1730m以下坝基、EL1580m河床坝基及右岸坝基全部为杂谷脑组第二段大理岩，可细分为1～8层，大坝建基面出露其中第2～6层，主要岩性分别为第8层浅

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灰色厚～巨厚层状大理岩、条纹状大理岩，底部为薄层绿片岩与大理岩互层；第7层浅灰色厚～巨厚层状大理岩、条纹状大理岩；第6-2层灰～深灰色薄～中厚层状大理岩夹绿片岩薄层、第6-1层灰白色厚层状中～粗晶大理岩、角砾状大理岩夹绿片岩透镜体、团块；第5层灰白～浅灰色厚～巨厚层状大理岩、条纹状大理岩；第4层杂色厚～巨厚层角砾状大理岩夹绿片岩透镜体；第3层浅灰～灰色厚～巨厚层状条纹状大理岩夹深灰色互层状大理岩。 1.3地质构造 1.3.1断层

两岸坝基及左岸EL1730m以上垫座建基面共揭露不同规模的断层25条，其中规模较大的有f5、f8、f38-6、f2、f13、f14、f18断层，其余均为规模较小的断层。 1.3.2层间挤压错动带

两岸坝基及左岸EL.1730m以上垫座建基面共揭露层间挤压错动带15条，这些层间挤压错动带产状同岩层产状，延伸长一般>20m，宽一般 1.3.3节理裂隙

两岸坝基及左岸EL.1730m以上垫座建基面主要发育5组优势裂隙。第①组N10～40€癊，NW∠30～50€埃ú忝媪严叮坏冖谧镹30～70€癊，SE∠50～75€埃坏冖圩镹0～30€癊，SE∠40～70€埃坏冖茏榻麰W，S（N）∠60～80€埃坏冖葑镹30～50€癢，SW∠60～80€啊？ 1.4风化卸荷 1.4.1风化

左岸垫座建基面槽坡段约EL.1850m以上、下游段约EL.1868m以上砂板岩主要弱风化；f8、f5、f38-2（fLC3）、f38-6断层破碎带及影响带弱～强风化；其余部位岩体以微风化～新鲜为主，局部沿小断层有弱风化。

左岸坝基岩体主要微风化～新鲜。沿断层、部分层间挤压错动带及第④组NWW向溶蚀裂隙密集带局部弱～强风化。

右岸坝基岩体总体上以微风化～新鲜为主。沿断层破碎带及影响带、部分绿片岩透镜体或夹层、煌斑岩脉、NWW向导水（溶蚀）裂隙带弱～强风化。 1.4.2卸荷

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左岸垫座建基面槽坡段约EL.1820～1780m以上处于弱卸荷带，以下处于弱卸荷带以里至深卸荷下限之间。左岸坝基EL.1680m以上处于深卸荷带，以下无卸荷。

右岸坝基EL.1885～1870m下游侧、 EL.1710～1620m坝趾下游侧扩挖区、EL.15（坝踵）～1620m（坝趾）以下部位处于弱卸荷带，其余部位无卸荷。 1.5地应力

两岸坝基及左岸EL.1730m以上垫座建基面开挖后，均未出现显著的高地应力破坏迹象，其中左岸EL.1630～1600m、右岸EL.10～1620m高程梯段有轻微片帮现象，浅表局部沿结构面明显松弛。 1.6水文地质条件

左岸坝基EL.1630m以下、右岸坝基EL.1600m以下及河床坝基岩体普遍湿润，局部沿第②、④组裂隙有渗水或少量涌水，其余部位岩体普遍干燥。 2坝基地质缺陷类型 2.1地质缺陷类型

地质缺陷类型是指不能被工程利用的岩土体，在水利水电工程中，地质缺陷对基岩及大坝稳定性的影响越来越受到工程界的重视。

锦屏一级水电站建基岩体地质缺陷类型主要分为以下几种类型：

（1）断层破碎带及影响带、层间挤压错动带：这类缺陷呈带状展布，延伸规模较大，裂隙发育，岩体破碎～较破碎，普遍弱风化，局部强风化，总体性状较差，坝基岩体质量分级属于Ⅳ、Ⅴ级岩体。

（2）弱卸荷岩体：此类缺陷在建基面上主要在坝址部位呈片状分布，卸荷裂隙发育，岩体完整性较差，坝基岩体质量分级属于Ⅲ2级岩体。

（3）弱风化岩体：这类地质缺陷主要受断层构造带影响和岩性影响，在建基面上呈夹层状或囊状展布，常含有风化绿片岩，裂隙普遍有1～2cm风化晕，岩体总体上以弱风化为主，局部强风化，岩体完整性较差，坝基岩体质量分级属于Ⅲ2级岩体。

（4）单独的弱～强风化绿片岩：这类地质缺陷在建基面上呈夹层状、团块状、透镜体展布，层面裂隙发育，嵌合松弛，岩性软、性状差。该类地质缺陷不参与坝基岩体质量分级，作为地质缺陷进行处理。

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2.2地质缺陷特征

2.2.1右岸坝基主要地质缺陷特征 右岸坝基规模较大的地质缺陷如下：

（1）绿片岩：右岸EL1860～1830m的绿片岩带，是绿片岩集中的坝段，弱～强风化，呈团块、条带或透镜体展布。

（2）III2级岩体：①EL.1885～1875m坝基下游段弱卸荷岩体和 EL.1710～1620m 坝趾下游扩挖区的弱卸荷岩体， ②EL.1813～1805m坝上线区域为弱～强风化绿片岩与大理岩互层，绿片岩透镜体、夹层多弱～强风化。③EL.1780～1750m 坝基上游段f14断层上下盘囊状分布的弱～强风化岩体。④EL.1728～1680m坝上线区域及EL1680～1660m坝下线区域 NWW～近EW向溶蚀裂隙密集发育带弱～强风化岩体。 （3）断层

f13断层破碎带及影响带：出露于右岸坝基EL1885（坝中）～1874m（坝踵），产状N60€癊 ，SE∠65€埃扑榇？.4～1.0m，Ⅴ1级岩体。

f14断层：露于右岸坝基EL1821（坝趾）～1733m（坝踵），产状N35～40E，SE∠70～75，破碎带宽度30～50cm，V1级岩体。

f18断层：出露于右岸坝基EL.1605（坝趾）～1583m（坝踵），产状N50～55€癊，SE∠75～80€埃扑榇硪话？～30cm，局部30～50cm或表现为宽缝，V1级岩体。

（4）煌斑岩脉（X）： 该地质缺陷出露在EL1610m～1580m，贯穿整个坝基，总体产状N20～40€癊，SE∠60～80€埃挥谏鞍逖抑校桶哐衣龊裨？～4m，普遍呈强～弱风化，岩体松弛，完整性差，与上下盘岩体岩体多成断层接触。

（5）层间挤压错动带总共4条。g RC1发育于f13断层下盘，往下游延伸贯穿整个建基面，但厚度较薄，主要沿绿片岩夹层发育。 g RC2出露于EL1680～ EL1675m坝趾贴角区域，由风化较强的片状岩组成。g RC3、g RC4出露于EL1580～ EL1586m建基面，含较多方角石结晶，部分炭化。均为Ⅴ1级岩体。

2.2.2左岸垫座基础主要地质缺陷特征（EL1730m～EL1885m） 左岸垫座建基面上主要地质缺陷有： （1）断层

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断层发育有f5、f8、f38-6，断层破碎带由黄色、黑色炭化断层泥、糜棱岩以及强风化的断层角砾岩、碎裂岩夹灰色糜棱岩、片状岩组成，散体结构，Ⅴ1级岩体。断层影响带为Ⅳ2级岩体。

f5断层：出露于左岸垫座建基面下游段EL.1885～1730m及EL1730m垫座平台，总体产状N35€皛45€癊，SE∠70€皛80€埃呦蛴虢ɑ孀呦虼蠼嵌认嘟唬黄扑榇辰ɑ娉雎蹲芸矶扔缮鞍逖叶蔚慕？0～30m（真宽度约5～10m）逐渐变窄为大理岩段的2～5m（真宽度约1～3m）。 f8断层：出露于左岸垫座建基面下游段EL.1855～1737m，EL.1855m及EL1737m分别交于f5断层上，总体产状N20€皛40€癊，SE∠70€皛80€埃呦蛴虢ɑ孀呦虼蠼嵌认嘟唬扑榇雎犊矶仍？.5～2m不等。

f38-6断层：出露于左岸垫座建基面下游段EL.1855m以上，于EL.1855m交于f5断层上；总体产状N30€皛50€癊，SE∠50€皛60€埃喜阕呦蛴虢ɑ孀呦虼蠼嵌认嘟唬扑榇矶任？.2～1.0m。

（2）层间挤压错动带

左岸EL.1730m以上砼垫座建基面开挖揭示在砂板岩中发育1条层间挤压错动带gLC1，总体产状N30€癊，NW∠40€埃扑榇碓？0～20cm。在第6-2层大理岩中发育gLC2～gLC6共5条层间挤压错动带，主要出露于EL.1730m平台，总体产状N10～20€癊，NW∠40～50€埃扑榇碓？～10cm，Ⅴ1级岩体。

（3）卸荷拉裂松弛岩体，分布于槽坡段至f38-6断层之间EL.1850m（坝踵）～1870m（坝趾）以上，Ⅳ2级岩体。 （4）III2级岩体

一是槽坡段坝踵约 EL1850～1800m、坝趾EL1870～1820m及下游段 EL.1870～1828.5m 之间。

二是下游段 EL1855m 以下f8断层上盘外侧。

三是EL.1730m平台fLC10断层上盘外侧靠EL.1730m以下大坝坝基部位和平台内其它零星分布的。

2.2.3左岸EL1730m以下坝基岩体地质缺陷 左岸坝基EL1730m以下较大地质缺陷特征如下： （1）断层

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f 2断层：出露于左岸坝基EL.16（坝踵）～1681m（坝趾），基本顺层延伸，走向及倾向上均呈舒缓波状起伏，产状N10～30€癊，NW∠30～50€埃？级岩体。

fLC12 断层分布于 EL.1 630～1 621m 坝踵与坝下之间，建基面上出露迹长约45m，破碎带宽一般 10～30cm，局部 50cm，Ⅴ1级岩体。

fLC13断层分布于EL.1623～1613m坝中与坝趾之间，建基面上出露迹长约45m，破碎带宽10～100cm不等，Ⅴ1级岩体。

fLC14断层分布于EL.1591～1580m坝踵与坝下之间，建基面上出露迹长约70m，破碎带宽一般5～20cm，局部30～40cm，Ⅴ1级岩体。

（2）层间挤压错动带：gLC9、gLC10、gLD7、gLD9在f2断层两侧呈带状发育，性状较差，受f2断层及层间挤压错动带的影响岩体局部挤压现象明显，性状较差，以碎裂结构为主，Ⅴ1级岩体。

（3）溶蚀密集带：KL16溶蚀密集带出露于建基面EL1724～1720m坝上～坝中之间，延伸长约5m，带宽约0.8～1.1m，带内裂隙间距普遍 2.2.4河床坝基

河床坝基主要的地质缺陷特征：

fLC14断层：基本斜贯河床坝基下游侧，河床建基面出露迹长约49m，破碎带宽一般5～20cm，局部30～40cm，Ⅴ1级岩体。

fRC4断层：基本斜贯河床坝基上游侧，河床建基面出露迹长约56m，破碎带宽3～10cm，Ⅴ1级岩体。

KL25溶蚀裂隙：分布于河床坝基上游侧，河床建基面出露长度约30m，宽约10mm。 河床段建基岩体（左岸EL.1580m～右岸EL.1600m之间），松弛深度较小、程度较弱，右岸明显浅于或弱于左岸。 3地质缺陷处理措施 3.1地质缺陷处理原则

锦屏一级水电站大坝右岸建基面岩体由大理岩构成，左岸建基面由大理岩、砂板岩构成，建基面以Ⅱ级、Ⅲ1岩体为主，局部发育有断层、绿片岩、Ⅳ2级岩体、Ⅲ2级岩体等地质缺陷。根据拱坝建基面“主要以Ⅲ1、Ⅱ级岩体作为建基岩体，高高程局部利用Ⅲ2级岩体”的原

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则，需对不满足建基岩体要求的地质缺陷采取必要和有效的基础处理措施，以保证大坝的安全，结合拱坝受力特点，拟定大坝地质缺陷处理原则如下：

（1）消除和降低地质缺陷对坝基不均匀变形的影响，提高坝基的均一性和完整性，减小建基面不均匀变形对坝体的影响。

（2）处理后建基面能够有效的承受或传递坝体荷载，满足拱坝、地基整体受力要求。 （3）建基面上不允许出现Ⅳ1及以下岩体，1830m高程以上部分利用Ⅲ2级岩体，1830m高程以下规模较小Ⅲ2级岩体进行开挖置换处理，对规模较大、无法完全挖除的Ⅲ2级岩体应作专门处理。

（4）满足槽坡稳定的要求，并有利于大坝坝肩抗滑稳定要求。 （5）地质缺陷的处理应尽量减小对周围岩体的扰动。

根据上述原则，除了对整个坝基进行系统的常规处理外，针对建基面上分布的地质缺陷和薄弱部位的特点，应采用混凝土置换、清基，加强固结灌浆和喷护处理等多种措施相结合。 3.2左岸建基岩体处理措施

根据目前开挖揭示的地质条件，左岸建基面上主要地质缺陷有：断层f2、断层f5、断层f8、断层f38-6、断层f38-2（fLC3）、EL.1730m以上砼垫座建基面Ⅲ2级岩体、EL.1730m以上砼垫座建基面Ⅳ2级岩体、层间挤压错动带；采用三个层次的加固处理措施：①左岸垫座及垫座边坡主要采用混凝土垫座及固结灌浆处理、防渗帷幕及排水帷幕等措施，②左岸深层地质缺陷主要采用采用了混凝土置换网格、传力洞③左岸1730m以下表层地质缺陷主要采用置换处理。

3.3右岸建基岩体处理措施

（1）大坝右岸抗力体中主要存在f13、f14、f18断层等地质缺陷，对f13断层采用混凝土防渗斜井进行处理，f14断层进行了混凝土置换网格处理，对f18以及煌斑岩脉进行开挖置换和固结灌浆加固处理。

（2）层间挤压错动带：对于右岸出露的gRC1、gRC2层间挤压错动带在坝体混凝土浇筑前，进行刻槽置换处理。

（3）绿片岩及Ⅲ2级岩体：对分布于f13断层破碎带及影响带范围的绿片岩，与断层一并开挖置换，其它呈团块状分布的弱～强风化绿片岩，适当刻槽置换，呈条带状分布的弱～强风化绿片岩，浅清基处理，深部进行加密固结灌浆。对Ⅲ2级岩体进行置换处理。

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4结语

（1）地基经全面处理后，在基本荷载组合下，坝体应力分布规律合理，应力状态良好，最大主拉应力、最大主压应力均满足应力控制标准要求。

（2）锦屏一级拱坝坝肩地质条件复杂，左岸上部高程基础抗变形能力很差，左、右岸地基变形参数很不对称，通过全面地基处理后，改善了地基刚度的不均匀性，拱坝受力性态与同规模的坝体大体一致，基础处理方案是合理的。

（3）从加强地基刚度分析，采用混凝土垫座对软弱地基进行局部回填置换，是最为有效的地基处理措施。考虑拱坝受力及防渗要求，对f14断层采取砼网格置换，f13断层采用砼防渗斜井的方案是基本合适的。 参考文献

[1] 大坝建基岩体质量评价研究报告[D].成都理工大学，2009.