坝址与坝型

布西水电站坝址工程地质条件及坝型论证
1、工程概况
布西水电站工程位于四川省凉山州木里县境内,开发河段为雅砻江支流的鸭嘴河中下游峡谷段。

工程区山高谷深，林木茂密。

鸭嘴河在53km的河段天然落差达2260m ，水能资源十分优越。

开发方案为“一库一闸三级电站”。

可研阶段推荐“龙头水库”坝址为布西坝址。

在可研报告审查时，对混凝土拱坝和面板堆石坝两种坝型意见有分歧：认为面板堆石坝较适宜的主要观点为：由于岩溶的复杂性，目前的地勘及试验资料，尚不满足确定拱坝方案的基本要求，而堆石坝对地基要求较拱坝低，可作为本阶段代表性方案；认为砼拱坝较适宜的主要观点为：布西坝址河谷地形、岩石条件适宜修建拱坝，只需补充地勘、试验资料可满足设计方案的要求；最终的审查意见要求在初步设计工作开展之前进一步对两种坝型补充地勘、试验资料后确定合理坝型，以专题报告形式提交再审查。

这样在可研和初设两个勘察阶段之间又增加了“坝型比选阶段”。

笔者曾负责可研和坝型比选两阶段地勘的技术工作，通过资料整理和分析，谈一些对坝型选择的粗浅认识。

2 、坝址区基本地质条件
工程区位于松潘～甘孜褶皱系南端巴颜咯拉地槽褶皱带，外围区域性断裂活动强烈，近场区无区域性活动断裂分布，是众多地震带中的相对较弱区。

新构造运动具有整体间歇上升的特点，属区域构造基本稳定区。

坝址8km范围内发育的断层具多期活动特点，但最新活动年代在晚更新世晚期。

地震动峰值加速度为0.15ｇ，地震基本烈度为Ⅶ度。

2.1 地形地貌及地层
布西水电站地处青藏高原东南缘横断山脉，属典型的高山峡谷地貌。

坝址位于鸭嘴河中游峡谷段，河流基本呈近东西流向，河床高程3170～3182m，河谷切割深度达350m，两岸山体雄厚。

河谷形态呈“V”～“U”型，谷底宽度30～40m。

出露地层为一套浅海相沉积中等变质岩，岩性从上游至下游依次为二叠系变质砂岩、石炭系大理岩、泥盆系千枚岩及硅质板岩等。

面板堆石坝趾板线位于二叠系变质砂岩中，砼拱坝位于大理岩中，如图1所示。

2.2 地质构造
坝址处于木里弧形构造与长枪穹隆西翼之间，经历了多期构造运动，主要构造线走向呈北北东向，构造形迹以断层为主，裂隙不甚发育，坝区发育两条较大断层，将坝址区长约1km 的河段所出露三套地层错开，使坝址区的地质条件变的较为复杂。

F1断层：出露在坝址上游段，走向基本垂直河流，倾向下游，倾角较大，为石炭系与二叠系地层的接触带，断层带为糜棱岩等，宽度约1.2～2.0m ，经长期地质作用，断带物质较为密实。

F2断层：分布在坝址下游段，走向基本垂直河流，倾向上游，倾角较缓，为石炭系与泥盆系的接触带，断层带宽20～30cm，以碎裂岩为主，两盘岩体破碎。

2.3岩溶发育特征
（1）溶洞的分布：坝址区共发育溶洞27处，其中有25处位于右岸，两处位于左岸。

按出露形态可分为两大类，一类为地表出露型岩溶、一类为隐蔽型岩溶。

隐蔽溶洞的特征：发育于拱坝坝线附近，以溶蚀斜洞为主，走向基本与河流平行，倾向河流偏下游，顺河发育长度大于100m，沿右岸山坡发育的高度也大于100m，水平发育深度最深70m，宽度2～2.5m，局部为空洞，大部分充填物为灰黄色粘性土，空间形态为向坡下、
向河流下游撒开，将岸坡岩体切割成上游窄薄，下游宽厚的楔形；地表出露溶洞根据分布高程可分为三层，特征如表1。

（2）岩溶发育的基本规律及发育程度：岩溶受两个因素的控制，一是气侯及水文地质环境，二是构造裂隙发育程度。

①右岸岩溶空间形态以斜洞为主，由上游至下游溶洞规模有增大的趋势，充填物由粘性土过度为砾石及中粗砂。

上游多为地表出露的溶洞，空洞无充填；下游多为隐蔽型溶洞，充填砾石和中粗砂。

②中游峡谷段存在垂直河向的分水岭。

使坝线上
游的溶洞倾向河流偏上游而坝线下游溶洞倾向河流偏下游，分水岭处岩溶发育最弱。

③同层溶洞大多相互连通，不同层的溶洞互不连通，且洞内大多干燥，泉水高于溶洞而溶洞内均无水流，说明溶洞与现代地下水无水力联系。

④大理岩顺河分布长约500～600m，溶洞数量较多,规模较大。

线岩溶率为4.8%，面岩溶率为2.3%，勘探点遇洞率为62.5%。

岩溶发育程度应属中等。

左岸及河床为弱～不发育，右岸发育程度相对较强，岩溶下限低于河床。

2.4水文地质条件及岩体的渗透性
地下水分水岭形态与地形大致相似，左、右两岸均存在垂直河流方向的分水岭。

总的地下水补排关系为，地下水接受大气降水补给，山顶地下水向上、下游冲沟排泄，两岸地下水向河流排泄。

岩体透水率为：强～中等透水层（q≥10Lu）约占30%，主要集中在两岸强风化层和卸荷带中；弱透水层（1≤q＜10Lu）约占70%，主要为弱风化和微风化岩体。

2.5岩（石）体物理力学指标
弱风化大理岩饱和单轴抗压强度为53.70MPa，变砂岩饱和单轴抗压强度分别为89.60MPa。

岩石（体）物理力学指标建议值如表2。

3、建坝条件分析
坝址工程地质条件是坝型选择的基本因素，而不良地质现象及主要工程地质问题是坝型成立的决定性因素，两者结合起来的综合因素就是建坝基本地质条件，不同坝型对建坝地质条件的要求是不同的，对面板堆石坝而言，建坝条件主要研究两方面的因素，一是趾板岩体的强度、稳定性、渗透性，二是坝基岩体强度、变形、抗滑及渗透稳定性；拱坝除对地形有较严要求外，建坝条件主要研究三方面的因素，一是坝基岩体的强度和变形特性，二是坝基和岸坡岩体的抗滑稳定性，三是坝基岩体的渗透特征及渗透稳定性【2】。

3.1面板堆石坝建坝条件
主要研究两方面问题，一是趾板岩体的强度、稳定性和防渗处理效果，二是坝基岩体结构、变形、抗滑及渗透稳定性；
（1）趾板基岩大多裸露，上部为大理岩，下部为变质砂岩。

大理岩出露长度占58%，质量分级为Ⅲ级，边坡稳定性较好。

变质砂岩出露长度占42%，为Ⅳ级岩体。

按趾板应置于坚硬、不冲蚀和可灌浆的弱风化至微风化岩体之上的原则，趾板基础可放置在弱风化岩体中部，以岩体透水率q≤3Lu作为防渗标准，防渗深度：左岸35～60ｍ，河床35ｍ，右岸35～70ｍ。

趾板的强度、稳定性和防渗性能较好。

（2）坝基范围无不利结构面组合，下游无临空面；从岩层结构来看，上游为变质砂岩，下游为大理岩，两者之间为F1断层，F1在坝轴线处埋深15m，断带为糜棱岩，胶结密实，饱和抗压强度90 Mpa，波速1900～2500m/s。

抗剪强度指标f＇=0.5，c＇=0.13MPa。

断层倾向下游，呈高倾角向大理岩之下延伸，不会沿断层产生坝基滑移。

3.2砼拱坝建坝条件
拱坝的基础是指与拱坝相互作用的地质区域，包括坝基岩体一定深度、上下游边坡一定范围的岩体。

该区域内的应力变化、变形和渗流状况将随拱坝的施工和运行而发生变化。

因此，岩体强度、刚度、稳定性对拱坝方案的成立起着至关重要的作用，而岩体内部各类地质结构面的性状及规模对其工程性质起着决定性的作用【2】。

（1）坝基岩体的强度和变形特性：岩体能安全的承担一定的外力，就认为岩体有足够的强度，对工程来说就是满足了强度条件；当岩体受力后的变形量不超过某一限度时，就认为岩体能满足变形条件【1】；坝基为大理岩，弱～微风化饱和抗压强度Rb=53MPa，承载力f ＝3.0MPa，变形模量10GPa。

能满足拱坝基础对岩体强度和变形的要求；
（2）坝基岩体的抗滑稳定性：河床及左岸坝基岩体风化、卸荷深度较小，完整性较好，卸荷带水平深度3.5m，弱风化带水平深度10.0m，岩体纵波速度Vp=4500m/s，整体稳定性好，弱风化岩体可直接作为坝基；
右岸地形陡峻，发育有f2断层和方解石脉，且有岩溶迭加。

方解石脉宽度3～5cm，沿岸坡出露长度约100m，倾向坡下，倾角24°。

f2断层宽度1cm
2cm
游不同高程的5
为：基本与河流平行，与天然边坡走向夹角30°～35
倾向河床偏下游，倾角40～50°，顺河发育长度大于100m
沿右岸山坡发育长度也大于100m。

宽度2m～2.5m
成了较大的不稳定体,方解石脉为底滑面，f2
面，如右图2
三角形，坝顶水平厚度约70m
图2 右岸不稳定岩体组合示意图
受力方向大致平行，而溶洞为空洞或充填泥质，拱坝受巨大
的水平推力后，右岸坝肩及下游岩体将处于不稳定状态，将
可能产生滑动位移。

4、坝型比选及适应性讨论
坝址区的主要工程地质问题一是F1断层的活动性及断带工程特性，二是岩溶规模及与结构面的组合。

F1断层是两种坝型都要研究的地质问题。

遥感勘察报告认为断层规模不大，且工程性质相对较好。

无论是抗滑稳定还是渗透稳定均可满足堆石坝及拱坝对坝基的要求；影响两种坝型的工程地质因素比较如表3。

堆石坝体主要位于片状岩类区，岩溶对堆石坝基本无影响，但由于河谷狭窄，地形陡峻，不利施工道路的布置；拱坝位于大理岩区，岩溶主要影响右岸拱座及抗力体岩体的连续性和完整性，造成两个突出的问题，一是坝基岩体的稳定性；二是绕坝渗漏。

虽然通过对拱坝主要受力部位的溶洞进行抗滑、回填处理可以提高岩体的稳定性，但施工的难度、处理效果、工程费用等都有很多的不确定性。

岩溶近平行岸坡展布，且大多隐蔽在地表以下数十米，从来源物质看，岩溶系统完善、水流畅通，贯通性较好。

岩溶渗漏问题成为下阶段坝址另一个重点研究课题。

通过两种坝型工程地质条件及主要工程地质问题比较，堆石坝建坝条件优于拱坝，因
此，布西坝址应修建堆石坝较为适宜。

表3 两坝型地质条件比较表
5、结语
经历了布西水电站项建、可研、坝型比选阶段地质勘察工作，对大型水利水电工程前期地质勘察有以下体会。

（1）在选址及初选建筑物型式时，应以查明影响不同型式建筑物成立的重大工程地质问题，论证不同型式建筑物对固有地质条件的适应性，而不是人为的让地质条件去满足已定建筑物型式。

如果一种建筑物型式对地质条件适应性明显优越，应及时调整工作思路和勘察计划，加强勘探的密度及精度，进一步查明；而对其它建筑物型式则查明基本地质条件即可，不必耗费过分的精力去探查“差”的程度。

这样既缩短勘探周期，节约费用，又能为设计方案的确定提供可靠的地质依据。

（2）对技术难点和重点及时聘请专家指导，有利于提高勘察产品的质量。

不同专家对同一技术问题都有独到见解，但出发点是相同的，都是利用我们提供的第一手基础资料。

这就要求原始资料真实、准确，专家意见才能真正起到指导作用。

另外，对各专家的观点要充分理解，鉴别吸收，达到聘请专家的目的。

主要参考文献：
【1】谷德振著《岩体工程地质力学基础》—科学出版社
【2】李瓒等著《混凝土拱坝设计》—北京中国电力出版社2000.9。