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溪洛渡水電站高拱壩建基面處理與安全監(jiān)測(cè)

文檔作者：稅思梅伍文鋒文檔來源： 1．中國水電工程顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 2．長江空間信息技術(shù)工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年10月15日
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第44卷第1期
2 0 1 3年1月
人 民 長 江
Yangtze River
Vo1．44．N0．1
Jan．． 2013
文章編號(hào)：1001—4179(2013)O1—0042—04
溪洛渡水電站高拱壩建基面處理與安全監(jiān)測(cè)
稅思梅 ，伍文鋒
(1．中國水電工程顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都610072； 2．長江空間信息技術(shù)工程有限公司
湖北武漢410007)
摘要：金沙江溪洛渡水電站大壩為我國目前已建和在建裝機(jī)容量最大的高拱壩。開挖揭示大壩建基面局部存
在Ⅲ，、Ⅳ 級(jí)巖體和層問、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)發(fā)育等地質(zhì)缺陷，河床壩段基巖面以下20 m 處存在約l5％ 的Ⅲ，級(jí)巖體，
嚴(yán)重影響大壩及基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定。通過優(yōu)化建基面設(shè)計(jì)和置換混凝土、加強(qiáng)固結(jié)灌漿、刻槽、錨固、防滲和清
基等一系列的處理措施，建基面巖體質(zhì)量得到了明顯的改善。監(jiān)測(cè)成果顯示，隨壩段澆筑混凝土上升，建基面
應(yīng)力和沉降均勻增大，相鄰壩段差異沉降較小，壩基防滲性能好，壩基和壩體的整體穩(wěn)定性較好。總結(jié)溪洛渡
水電站高拱壩建基面處理和監(jiān)測(cè)，對(duì)類似工程具有指導(dǎo)和借鑒作用。
關(guān)鍵詞：高拱壩；建基面處理；監(jiān)測(cè)；洛渡水電站
中圖法分類號(hào)：TV698 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
1 概況
金沙江溪洛渡水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，由
31個(gè)壩段組成。建基面最低高程324．5 m，壩頂高程
610 II1，最大壩高285．5 m。
大壩建基面出露巖層為弱風(fēng)化～新鮮的二疊系上
統(tǒng)峨眉山組玄武巖(P213)，從高至低共有10個(gè)巖流
層。壩區(qū)為緩傾下游偏左岸的單斜地層，無斷層分布，
主要結(jié)構(gòu)面為層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶和節(jié)理裂隙。壩基部
位裂隙主要受層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶限制，隨機(jī)性強(qiáng)、分布
廣泛、數(shù)量多、延伸短，主要對(duì)巖體的完整性產(chǎn)生影響，
呈現(xiàn)顯著的不均一性特點(diǎn)。
溪洛渡電站基礎(chǔ)復(fù)雜” ，根據(jù)結(jié)構(gòu)面的分布與
性狀、風(fēng)化卸荷狀況、巖體結(jié)構(gòu)聲波測(cè)試資料，大壩建
基面上開挖揭示的地質(zhì)缺陷主要分為兩大類：① 規(guī)模
較大、性狀較差的層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶和錯(cuò)動(dòng)帶集中發(fā)育
的風(fēng)化夾層；② 受一定規(guī)模的緩傾角錯(cuò)動(dòng)帶和陡傾角
擠壓帶、卸荷裂隙切割的弱風(fēng)化、弱卸荷巖體。這兩類
地質(zhì)缺陷所構(gòu)成的巖體為Ⅲ：和Ⅳ 類巖體，主要分布
于建基面中心線一下游壩趾區(qū)域。這些地質(zhì)缺陷不能
滿足建壩要求，必須針對(duì)地質(zhì)缺陷的特點(diǎn)，采取相應(yīng)的
處理措施，提高建基面的質(zhì)量，同時(shí)對(duì)大壩基巖進(jìn)行全
面監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握基礎(chǔ)的工作性態(tài)。
2 建基面處理
根據(jù)溪洛渡工程的特點(diǎn)，對(duì)建基面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，
并對(duì)各部位地質(zhì)缺陷采取針對(duì)性處理措施。
2．1 建基面優(yōu)化設(shè)計(jì)
大壩建基面嵌入深度越大，基巖完整性越好，其承
載力越高，大壩安全性能也越高。但隨著建基面嵌入
深度的增加，拱跨加大，承受的庫水壓力增大，壩體強(qiáng)
度和壩肩抗滑穩(wěn)定的負(fù)擔(dān)加重；同時(shí)，建基面嵌深過大
會(huì)導(dǎo)致因基礎(chǔ)開挖而引起的回彈變形和高邊坡穩(wěn)定等
問題 。溪洛渡大壩建基面開挖到一定程度后，根據(jù)
我國新頒布的規(guī)范對(duì)壩址的具體要求和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條
件 。 ，在拱壩結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)處理方案比較分析研究的
基礎(chǔ)上，對(duì)左岸壩肩374 m高程以下，右岸壩肩390 m
高程以下建基面實(shí)施整體擴(kuò)挖處理，并對(duì)河床底部大
壩結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)大處理，使擴(kuò)挖建基面和原建基
面平順銜接、不出現(xiàn)反坡。河床建基面高程由332．0
m調(diào)整至324．50 m高程。在保證抗滑穩(wěn)定的同時(shí)，增
加建基面嵌入深度，提高大壩的安全性能。建基面開
收稿日期：2012—08—27
作者簡介：稅思梅，女，工程師，主要從事水電站設(shè)計(jì)和安全監(jiān)測(cè)技術(shù)研究工作。E—mail：klinsmannshui@ 163．eom
第1期 稅思梅，等：溪洛渡水電站高拱壩建基面處理與安全監(jiān)測(cè) 43
挖線優(yōu)化前后對(duì)比情況見圖1。
圖1 建基面開挖線優(yōu)化前后對(duì)比
2．2 建基面地質(zhì)缺陷處理
2．2．1 處理要求
建基面巖體質(zhì)量驗(yàn)收要求以巖體分級(jí)為主，20 m
孔深分巖級(jí)的單孔聲波縱波速度為輔。
(1)巖級(jí)要求。兩岸560 m高程以上以Ⅲ，級(jí)巖
體為主，部分利用Ⅲ 級(jí)巖體。兩岸560—400 m高程
以Ⅱ ～Ⅲ。級(jí)為主，Ⅳ 。級(jí)和大面積出露的Ⅲ：級(jí)巖體
應(yīng)挖除置換。兩岸400～328 m高程緩坡壩段應(yīng)以Ⅲ．
和Ⅱ級(jí)為主，Ⅳ．級(jí)和大面積出露的Ⅲ：級(jí)巖體應(yīng)挖除
置換；328～324．5 m高程河床壩段應(yīng)以Ⅲ．級(jí)為主，對(duì)
建基面出露的Ⅲ 級(jí)和錯(cuò)動(dòng)帶夾層應(yīng)作系統(tǒng)清基和局
部掏槽開挖。
(2)聲波要求。聲波為開挖過程中建基面上布置
的鉆孔的聲波縱波速度，按單孔、20 m孔深分巖級(jí)、單
點(diǎn)20 cm長測(cè)試段聲波縱波速度統(tǒng)計(jì)值為依據(jù)。
Ⅱ級(jí)巖體平均波速不小于5 000 m／s，小于4 000
m／s的測(cè)試段百分比一般小于15％ ；
Ⅲ．級(jí)巖體平均波速不小于4 600 m／s，小于4 000
m／s的測(cè)試段百分比一般小于20％ ；
Ⅲ，級(jí)巖體平均波速不小于4 000 m／s。
2．2．2 處理措施
左右岸與河床壩段共有地質(zhì)缺陷17處，左岸8
處，右岸7處，河床2處。缺陷處理主要有2種方式：
① 表面清理+固結(jié)灌漿；② 全部挖除，置換混凝土+
固結(jié)灌漿。具體措施主要有清基、刻槽、防滲、錨固、置
換混凝土和加強(qiáng)固結(jié)灌漿等。
(1)清基。對(duì)小范圍、淺表層地質(zhì)缺陷進(jìn)行清基
處理，或者對(duì)較大的缺陷開挖后的表面及四周進(jìn)行清
基。
(2)刻槽?？滩壑饕槍?duì)層間錯(cuò)動(dòng)帶，如C。為一
條構(gòu)造成因的風(fēng)化夾層，貫穿于整個(gè)建基面，厚度薄，
上下盤有裂隙發(fā)育，但巖體塊度較大，嵌合緊密，且該
錯(cuò)動(dòng)帶風(fēng)化夾層在建基面10 m深度內(nèi)性狀無明顯改
善，其對(duì)拱壩建基面的作用主要體現(xiàn)在對(duì)抗滑穩(wěn)定的
影響。由于高程較高，采取淺部刻槽處理，其抗滑穩(wěn)定
能滿足要求。河床壩段刻槽處理前存在15．9％ 的Ⅲ
級(jí)巖體，處理后全部為Ⅲ．級(jí)巖體。
(3)防滲處理。防滲處理主要針對(duì)左岸c。層間
錯(cuò)動(dòng)帶和右岸4號(hào)地質(zhì)缺陷。右岸4號(hào)地質(zhì)缺陷為第
9層下部和第8—9層間附近密集發(fā)育的層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶
風(fēng)化夾層，壩軸線上游錯(cuò)動(dòng)帶雖較發(fā)育，但巖體風(fēng)化較
弱，嵌合較緊密，為Ⅲ 級(jí)巖體。壩軸線下游至貼腳區(qū)
附近，錯(cuò)動(dòng)帶和擠壓帶密集發(fā)育，巖體完整性差，呈弱
上風(fēng)化夾層，在深度4～6 m范圍內(nèi)聲波速度較低，且
起伏大，為Ⅲ ～Ⅳ。級(jí)巖體。該帶分布連續(xù)，緩傾山外
及下游，其力學(xué)性質(zhì)較差，滲透性較強(qiáng)，采取灌漿方法，
進(jìn)行防滲處理。
(4)錨固處理。建基面附近高地應(yīng)力區(qū)因開挖將
引起巖基面的破壞，如小灣拱壩開挖后，巖面往地基內(nèi)
出現(xiàn)裂縫開裂 ，勢(shì)必影響河床建基面的穩(wěn)定，并出
現(xiàn)河床淺層開裂，這將增加施工控制及加固的難度。
溪洛渡工程應(yīng)用三維有限元進(jìn)行建基面空間分析 ，
檢驗(yàn)建基面的穩(wěn)定，根據(jù)檢驗(yàn)情況，在置換開挖對(duì)周邊
巖體及抗力體邊坡造成較大擾動(dòng)的部位，增加部分錨
索，進(jìn)行錨固處理，增進(jìn)穩(wěn)定。
(5)置換混凝土。根據(jù)河床壩段開挖揭示的地質(zhì)
條件和建壩要求，對(duì)高程324．5 m下方的局部Ⅲ 級(jí)
巖體進(jìn)行置換，確保河床壩段巖體質(zhì)量優(yōu)于Ⅲ，級(jí)。
左右岸建基面對(duì)缺陷較大的部位進(jìn)行置換，主要置換
塊分別為右岸7個(gè)區(qū)，左岸3個(gè)區(qū)。
河床置換塊和左岸置換A 區(qū)采用c 。40混凝土
置換，其余均采用c 30大壩混凝土進(jìn)行置換。置換
開挖前后建基面巖體質(zhì)量分級(jí)對(duì)比情況見表1，建基
面置換區(qū)分布見圖2。
圖2 建基面置換區(qū)分布
(6)加強(qiáng)固結(jié)灌漿。根據(jù)工程實(shí)際情況，對(duì)建基
面淺表部層問、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、河床置換混凝土開挖面以
下的層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶及巖體、左右岸560 m高程以上可利
用的弱風(fēng)化下段弱卸荷Ⅲ 級(jí)巖體以及因地應(yīng)力松弛
和開挖爆破造成的松弛巖體，加強(qiáng)固結(jié)灌漿，以提高巖
體的整體性和均勻性。
灌漿壓力結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性固結(jié)灌漿試驗(yàn)確定，以
混凝土或巖石面不抬動(dòng)為原則，基巖抬動(dòng)變形允許值
為200 txm，混凝土抬動(dòng)變形允許值為100 m。對(duì)表
層0～2 m段，當(dāng)采用引管有蓋重灌漿時(shí)，最大壓力為
人 民 長 江
1．5～2．5 MPa；當(dāng)采用有混凝土蓋重灌漿時(shí)，最大壓力
為1．5～2．0 MPa；當(dāng)采用無蓋重灌漿時(shí)，最大壓力為
0．3～0．5 MPa。孔底最大壓力為2．50～3．5O MPa。
溪洛渡大壩混凝土澆筑過程中，未出現(xiàn)因壩基地質(zhì)條
件引起的裂縫，說明建基面加強(qiáng)固結(jié)灌漿效果明顯。
表1 置換開挖前后巖體質(zhì)量分級(jí)對(duì)比
部位 分布高程
m 日IJ后
巖級(jí)比例／％
Ⅱ Ⅲ l Ⅲ2 Ⅳ
左岸 610～400 開挖前
開挖后
400—328 開挖前
開挖后
右岸 610—400 開挖前
開挖后
400—328 開挖前
開挖后
河床328—324．5 開挖前
開挖后
40．8
43．1
4．7
4．8
44．3
44．1
9．4
9．8
0
O
84．1
1O0．O
3．4
O
O
O
1．7
2．2．3 處理成果
溪洛渡水電站大壩建基面經(jīng)過處理后，在滿足總
體巖體質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，各壩段巖體質(zhì)量滿足要求。
加強(qiáng)固結(jié)灌漿后，各分壩段聲波檢查波速明顯增
大，滿足建壩要求。
3 大壩建基面安全監(jiān)測(cè)
3．1 安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)
大壩建基面一直都是工程的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位，溪洛
渡水電站建基面地質(zhì)條件較差，對(duì)建基面沉降、滲壓及
應(yīng)力等效應(yīng)量監(jiān)測(cè)尤為重要。在溪洛渡建基面布置了
水準(zhǔn)點(diǎn)、基巖測(cè)縫計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、巖石壓應(yīng)力計(jì)、滲壓
計(jì)等。建基面監(jiān)測(cè)儀器布置見圖3。
圖3 建基面監(jiān)測(cè)儀器布置
3．2 安全監(jiān)測(cè)成果
(1)基巖面沉降監(jiān)測(cè)。通過埋設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)和水
準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)各壩段沉降變化情況。多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)成果見
表2，各壩段水準(zhǔn)點(diǎn)沉降成果見圖4。
多點(diǎn)位移計(jì)和水準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)成果均顯示建基面沉降
量隨壩段上升而逐漸增大，中間壩段建基面沉降大于
邊坡壩段。多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)最大沉降量為15．71 mm，發(fā)
生在中間l6號(hào)壩段；水準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)最大沉降量為14．52
mm，亦發(fā)生在中間16號(hào)壩段。多點(diǎn)位移計(jì)和水準(zhǔn)點(diǎn)
監(jiān)測(cè)成果對(duì)應(yīng)性較好。水準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)成果反映各壩段間
差異沉降較小。
表2 多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)成果
圖4 各壩段水準(zhǔn)點(diǎn)沉降分布
(2)基巖滲透性監(jiān)測(cè)?；鶐r滲透監(jiān)測(cè)主要采用測(cè)
壓管，通過不同壩段的上游側(cè)、中部、下游側(cè)滲壓水位
監(jiān)測(cè)值，檢查基巖防滲處理和帷幕效果。水位監(jiān)測(cè)成
果見表3。
表3 建基面滲壓水位監(jiān)測(cè)成果 m
滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)成果顯示，各壩段滲透壓力從上游側(cè)
往下游側(cè)呈遞減趨勢(shì)，河床壩段大于邊坡壩段。由于
滲透路徑短，河床壩段滲透水位高程與上游水位基本
相當(dāng)；而邊坡壩段滲透路徑長，滲透水位高程比河床壩
段低20 m左右。上游側(cè)滲透水位測(cè)值比中部和下游
側(cè)要大，河床壩段大20 m左右，邊坡壩段大5 m左右；
中部滲透水位測(cè)值和下游側(cè)測(cè)值基本相當(dāng)，說明壩基
防滲處理效果好。
(3)基巖面應(yīng)力監(jiān)測(cè)。在基巖與壩體混凝土接觸
面埋設(shè)巖石壓應(yīng)力計(jì)，通過監(jiān)測(cè)各壩段上游側(cè)、中部、
下游側(cè)部位隨壩體澆筑高度上升的應(yīng)力測(cè)值變化情
況，分析建基面部位混凝土和基巖的工作性態(tài)。巖石
壓應(yīng)力計(jì)成果見圖5。
從l2號(hào)壩段巖石壓應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)應(yīng)力曲線看，隨壩
段澆筑高程上升，應(yīng)力逐步、有序地增大。目前該壩段
澆筑高程達(dá)到200 m，上游面和下游面應(yīng)力測(cè)值分別
為5．02，4．97 MPa，與計(jì)算值5 MPa相符。
(4)基巖與壩體混凝土開合度監(jiān)測(cè)?；鶐r與壩體
7 3 4 O 5 3 O O 9 O
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弛
第1期 稅思梅，等：溪洛渡水電站高拱壩建基面處理與安全監(jiān)測(cè) 45
混凝土接縫開合度在灌漿期間呈現(xiàn)張開趨勢(shì)，灌漿后
隨大壩混凝土澆筑高程上升，呈閉合趨勢(shì)，壩段混凝土
澆筑越高，閉合量越大。目前最大閉合量為3．16 mm，
發(fā)生在l7號(hào)壩段，與該壩段混凝土澆筑高程對(duì)應(yīng)關(guān)系
明顯。
3．3 建基面穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
建基面沉降隨壩體澆筑高度上升逐步有序增大，
分布規(guī)律合理，發(fā)生部位與地質(zhì)條件相關(guān)性明顯?；?
巖面應(yīng)力與混凝土澆筑高度對(duì)應(yīng)關(guān)系明顯，與計(jì)算值
吻合性較好。滲壓計(jì)反映上游側(cè)透水壓力明顯大于壩
段的中部、下游側(cè)，防滲帷幕效果較好?；鶐r測(cè)縫計(jì)成
果反映接縫在灌漿期間張開，灌漿完成后，隨壩體混凝
土澆筑高程上升，開合度從張開向閉合發(fā)展。各監(jiān)測(cè)
值大小與計(jì)算值吻合性較好，測(cè)值變化規(guī)律正常，說明
壩基工作性態(tài)正常。
!r- E12-l壓應(yīng)力*。E12—‘ 2壓應(yīng)力—，E1 2-3壓應(yīng)力
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零 g 葦 甲 2 苫 答 苫
要 要 蘭 耋 墨 三 三 三 蘭
時(shí)間／(年一月一臼)
圖5 巖石壓應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)應(yīng)力曲線
4 結(jié)語
金沙江溪洛渡水電站為我國目前已建和在建的裝
機(jī)容量最大的高拱壩，規(guī)模巨大。開挖揭示大壩建基
局部存在Ⅲ 、Ⅳ級(jí)巖體，層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶和節(jié)理裂隙
的存在，使壩基玄武巖體呈現(xiàn)顯著的不均一性特點(diǎn)。
(1)根據(jù)壩基受力情況和開挖揭示的地質(zhì)條件，
進(jìn)一步優(yōu)化了建基面設(shè)計(jì)高程，從原設(shè)計(jì)的332 m高
程調(diào)整到324．5 m高程，在保證抗滑穩(wěn)定的同時(shí)，增加
建基面嵌入深度，提高大壩的安全性能。
(2)針對(duì)不同的地質(zhì)缺陷，采取個(gè)性化處理措施，
壩基巖體質(zhì)量明顯得到改善，滿足高拱壩建壩要求，采
用的清基、刻槽、防滲、錨固、置換混凝土和加強(qiáng)固結(jié)灌
漿等工程措施確實(shí)有效。
(3)壩基監(jiān)測(cè)成果顯示，隨壩段澆筑混凝土上升，
建基面應(yīng)力和沉降均勻增大，最大應(yīng)力為5．02 MPa，
最大沉降量為15．71 lllm，總量級(jí)相對(duì)較小，相鄰壩段
差異沉降較小。滲壓計(jì)測(cè)值反映壩基防滲效果較好，
建基面工作性態(tài)正常。
溪洛渡高拱壩建基面采取處理措施后，壩基巖體
質(zhì)量明顯提高，滿足建壩要求，監(jiān)測(cè)成果顯示壩體、壩
基處于穩(wěn)定狀態(tài)。總結(jié)溪洛渡水電站高拱壩建基面處
理和其安全監(jiān)測(cè)，對(duì)類似工程具有指導(dǎo)和借鑒作用。
參考文獻(xiàn)：
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(編輯：趙鳳超)
Treatment and safety monitoring of
foundation surface of high arch dam of Xiluodu Hydropower Station
SHUI Simei。
．
WU Wenfeng。
(1．Hydrochina Chengdu Engineering Corporation，Chengdu 610072，China； 2．Changjiang Spatial Information Technology Co．，
Ltd．，Wahan 430007，China)
Abstract： The Xiluodu Hydropower Station has a high arch dam．Geological defects such as III2 and 1V grade rocks and inter—
layer sliding belts are found in dam foundation by excavation；III2 grade rock constitutes 15％ of the rock mass of 20m below
foundation surface of the riverbed dam blocks，which seriously affect the overall stability of the dam and its foundation．The quali·
ty of dam foundation rock mass is obviously improved through a series of measures such as the optimization of~undation design，
replacement of concrete，enhancement of consolidation grouting and SO on．The results show that the stress and settlement of foundation
surface uniformly increase with the rise of dam monoliths：the differential settlement is small in adjacent dam blocks．In
addition，dam foundation has a good efect of seepage prevention，the overall stability of the dam foundation and dam is rather
better．The summary of the treatment and monitoring of foundation surface of high arch dam of Xiluodu Hydropower Station can
provide some references for other similar projects．
Key words： high arch dam ；treatment of dam ~undation surface；monitoring；Xiluodu hydropower station

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