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三板溪面板堆石坝（主坝）基础开挖及处理设计

2003年3月中南水力发电第l期

三板溪面板堆石坝（主坝）

基础开挖及处理设计

宁永升潘江洋钟谷良

（中南勘测设计研究院,长沙410014）

摘要三板溪面板堆石坝坝高185.5m,河床宽高比2.5.在坝基开挖设计中,通过认真研究趾

板区的地形地质条件.将趾板地基及其上下游边坡开挖与防浚坝体变形控制,工程量综合优化统

筹考虑,兼顾全面.在坝基处理中,针对不同的地质缺陷采取相应的处理措拖以满足高面板堆石

坝的地基要求.

关键词三板溪面板堆石坝基础开挖处理设计

1工程概述

三板溪水电站位于沅水干流上游河段的清水江

中下游,坝址位于湘黔边界的贵州省黔东南苗族侗

族自治州锦平县境内,为沅水干流15个梯级电站

的第二梯级水电站.水库正常蓄水位475.00m,死

水位425m,总库容4O.95亿m3,是沅水梯级电站中

唯一具有多年调节性能的龙头电站.大坝为混凝土

面板堆石坝,坝高185.50m,坝顶长426.5m,坝

顶高程482.50m,趾板建基面最低高程297.00m,

坝体填筑方量867万m3.

2地形地质条件

坝址河谷为稍不对称的”V”形河谷,河床宽

高比为2.5.坝址区间河段长约I.5km,河流流向

130.一135..右岸山体雄厚,基岩裸露,岸坡陡

峻,坡角45.～6O.,多处存在高8--~25m的悬崖

陡坡.岸坡主要受FF6g,F80和Fe等断层切割,

地表形成多条深浅不等的冲;左岸坡面较平整,

山顶高程为487.00m,坡角4O.～45.,高程

450.00m以上山体较单薄.通过趾板的地质构造主

要有F5.,F6g等断层,,F6g在左岸高程约345.0m

处通过并交汇,与趾板成大角度相交,交汇处破碎

带宽3.5～4.5m,影响带节理裂隙密集,宽达6～

7m.其次为s.岩屑凝灰岩夹层,呈透镜状分布,风

化较深.河床覆盖层厚2”-6m,最厚处达l4.5m坝

址基岩主要为元古界板溪群清水江组第一段第

7～l1层（P伯.～P伯.”）,岩性以浅灰至深灰色厚

层块状变余凝灰岩,变余凝灰质砂岩为主.岩体风

化较浅,两岸多呈中等风化,河床部位为中等风化

至微风化.岩石致密,坚硬,硅质含量45%”--85%,

强度高,单轴饱和抗压强度一般大于100MPa,高者

达250MPa,属特坚硬岩石.

河谷右岸基岩多裸露,局部分布坡积物（qhem）,

厚度l---2m.左岸多为第四系覆盖,残坡积物（Q）

由碎石,块石和泥土组成,厚度2---4m.河床冲洪积

物（Q）厚度1～4m,以砂卵砾石为主.

坝址位于三板溪背斜sE翼,呈单斜构造,岩

层产状N30.”-45.E,SE35.～45..对坝基

及边坡有影响的地质构造主要有FF..,F,Re,

F..,F..等6条断层,其特性见表1.

3趾板及坝基开挖设计

3.1趾板开挖设计

3.1.1趾板基础开挖设计

河床及两岸趾板均布置在第一段7～1O层

（P,bQ,7～P仆.,）变余凝灰岩,变余凝灰质砂岩上,

趾板型式为趾板底面等高线垂直于趾板基准线的平

28中南水力发电第1期

表1坝基断层特性表

破碎带影响带力学编号产状主要特征描述

宽度（91）宽度（91）性质

N7.～25.E.0.50～2.00～带内为角砾岩,破碎岩屑和断层泥.多胶结不良,F

56扭压

NW75.～85.1.203.00断层面倾向局部反覆

N20.～39.E.0.25～带内为角砾石,岩屑和断层泥.断层延伸长.面平F

691.50扭压

NW75.～85.0.80整.缓倾角擦痕明显

N27.～30.E.0.20～该断层局部切层,破碎岩块岩片.胶结差.且沿破

FTT

SE35.～40.0.50碎带风化深,在河床形成深潭达l7～18m

N60.～80.E.0.35～带内岩石风化破碎.沿断层面有1~5ram断层泥,

Fr8压扭

NW75.～85.0.40在平洞内有水滴

N40.～50.E.0.20～带内为破碎岩块,岩片,并充填有0.3cm的断层泥,

F8o1.50压扭NW

70.～80.0.80平行断层节理发育.在地表为深切小沟

N25.～39.E.0.10～断面平直,带内平直.带内为断层角砾岩,胶结较

F…好NW79.～

85.0.15

●

趾板.高程430m以下趾板地基开挖至弱风化岩石表

层,高程430m以上趾板可置于强风化中下部.对于

右岸高陡岸坡,为减少开挖,局部趾板段采用垂直坝

轴线布置.左岸结合溢洪道布置利用溢洪道进水渠导

墙及控制段边墙作为高趾墙.

趾板开挖以趾板基准线”x”线进行控制,通过

建立坝体的三维坐标系统,计算趾板”x”线各控制

点座标和高程用于开挖控制,趾板区开挖以垂直于趾

板”x”线进行控制.

3.1.2趾板上游边坡开挖设计

趾板上游开挖边坡为永久边坡,为减少边坡高

度,节省开挖工程量,上游边坡马道采用与趾板”x”

线平行的斜马道布置,每级马道高度为20m,马道宽

度2m.开挖坡比:

微风化岩层为1:

0.25,中等风化

岩层为1:

0.5,强风化岩层为l:

0.75,全风化岩层

为1:

1.25,第四系覆盖层为1:

1.5.根据开挖后各

段趾板基岩的允许水力梯度,将趾板宽度分为12m,

lOm,8m,6m,5m等5种型式.

趾板上游开挖边坡的坡面形状结合趾板进行布

置.在趾板定线后,马道布置由低向高推进,马道随

趾板上游边坡开挖坡比不同呈折线布置,按设计坡比

及每级马道高度定出各剖面马道的平面位置,便可推

出各级马道的布置.

3.1.3趾板下游侧边坡开挖设计

趾板下游边坡开挖设计是控制周边缝变形,避免

面板结构性裂缝的关键因素之～.本工程设计要求:

高程430m以下趾板下游0.4倍坝高范围内要求具备

低压缩性,须开挖至强风化岩层,较软弱的强风化表

层也须清除,高程430m以上低压缩性范围按0.3倍

坝高控制,且不小于12m.趾板下游侧下坡开挖时,

垂直”x”线方向坡度不陡于1:

0.5:

趾板区下游接

上坡开挖时,先将趾板下游侧0.3-0.4倍坝高范围内

挖平,再接上坡,且坡度不陡于坝坡,同时应保证在

垂直坝轴线方向面板与所接上坡坡面之间的宽度不

小于30m.

3.2坝基开挖设计

趾板区的坝基结合趾板开挖一次开挖成型.在坝

体轮廓范围内,须清除两岸第四系,全风化层及强风

化层的松散岩体.覆盖层清除后的达标基面,边坡应

保持稳定状态.没有覆盖层的地方需清除局部倒悬

体,表面松动石块,凹槽内积土和突出的岩石,以及

树根草皮.对于河床砂砾石覆盖层,趾板下游90m范

围内要求清除,其余部位视现场检测结果决定是否保

留,要求砂砾石覆盖层压缩模量不低于同部位大坝堆

石体压缩模量.

4坝基处理设计

4.1断层破碎带的处理

趾板部位:

对趾板基础影响的有FFe.,F,

F.,F.,s.等断层破碎带,采用刻槽回填C20混凝

土处理,并进行深15m的固结灌浆及反滤保护处

理.刻槽深度为一倍破碎带宽度,开口宽度为1.5-2

倍破碎带宽度,处理长度根据断层破碎带的容许水

力梯度确定.

第3期宁永升潘江洋钟谷良三板溪面板堆石坝（主坝）基础开挖及处理设计29

坝基部位:

坝基部位断层破碎带一般可不作处

理,若开挖揭露断层破碎带较宽（大于0.5m）,且

有风化夹泥,则视情况采用刻槽回填C15混凝土处

理.

4.2勘探平洞及钻孔的处理

在趾板和坝体覆盖范围内共有15个勘探平洞,

其中伸入趾板区的平洞有3个,其余位于堆石体覆盖

范围内.趾板区内的平洞全部采用C15混凝土回填,

以保证趾板下部边坡的稳定和帷幕灌浆的质量;坝基

部位的平洞洞口15m段采用C15混凝土回填.勘探

平洞回填时均预埋PVC塑料管进行回填灌浆处理.

坝基范围内的地质勘探钻孔均要求用M15水泥

砂浆回填处理.其方法是:

先进行扫孔,孔内残渣深

度不大于20cm,再进行孔内冲洗,然后下管至孔底

注浆,慢慢向上提起至孔口返出同浓度浆液为止.

4.3泉（涌）水处理

地下水主要为第四系覆盖层中孔隙水和基岩裂

隙水.为避免汛期涌水引起堆石体中的细颗粒料流失

而产生管涌破坏,对坝基范围内所有出水点作反滤处

理.处理方式为:

①清除出水点空腔及周边的松动块

石,淤砂;②在出水空腔内回填块石（块石大小视出

水点空腔而定）;③在出水口上铺设两层5cm厚的

塑料盲材;④回填100～200cm厚的过渡料;⑤最后

填筑堆石料.

4.4坝基表面形态缺陷的处理

4.4.1坝基表面形态缺陷

坝基表面形态缺陷主要指以下方面:

（1）倒悬,指与坡向成反倾向的岩体:

（2）陡坎,指坡高H≤5m的岩体;

（3）陡坡,指坡高H>5m,且坡度≤73.的岩

体.

4.4.2处理措施:

（1）趾板区岸坡表面形态缺陷在开挖设计时已将

倒悬,陡坎,陡坡等作削坡处理,开挖后趾板区下游

坡度不陡于1:

0.5;

（2）坝轴线上游范围内的倒悬及陡坎区域进行混

凝土回填处理;

（3）坝基范围内两岸岸坡部位2m范围内设置接坡

料.接坡料采用过渡区料,以降低堆石沿陡坡面的

变形量.

4.5基础灌浆设计

面板堆石坝防渗系统主要由面板,止水,趾板及

经过固结和帷幕灌浆的基岩组成,作为深层地基处

理,基础灌浆是防渗的重要内容.

4.5.1灌浆孔的布置

坝基防渗帷幕与左岸溢洪道堰首帷幕,右岸地下

厂房上游防渗帷幕联成整体,形成完整的防渗系统.

高程390m以下布置2排帷幕灌浆孔,排距1.5m,孔

距2m,上游排为主帷幕孔,下游排为次帷幕孔;高

程390m以上布置1排帷幕灌浆孔,孔距2m.固结灌

浆孔布置于帷幕灌浆孔两侧,排距2m,孔距3m,与

帷幕孔中心线距离1.5～2m,排数2～4排.

4.5.2灌浆深度

主帷幕孔设计深度以深入q≤3Lu相对隔水层内

5m和1/3坝高加5～lOm控制,两者取大值;副帷幕

孔设计深度为主帷幕孔设计深度的1/2.固结灌浆孔

根据不同部位孔深分别为8m,lOm,12m,趾板下游

接陡下坡（坡比陡于1:

1）部位,帷幕后的固结灌

浆孔深度加大至15~-18m.

4.5.3灌浆压力

帷幕灌浆压力初拟为0.5-3.5MPa,固结灌浆压

力初拟为0.4-0.7MPa,最终控制值通过现场生产性

试验确定.灌浆试验应重点研究提高帷幕耐久性的问

题,如提高灌浆压力,采用高标号水泥或磨细水泥等.

5结语

（1）面板堆石坝基础开挖设计的重点是趾板区

开挖.由于三板溪面板堆石坝处于峡谷地区,岸坡陡

峻,趾板开挖设计与上部边坡及坝基陡岸开挖有密切

关系,趾板上部边坡的开挖也成为坝基开挖的一个重

要部分,需统筹考虑,确保各部位满足可实施性,功

能性和安全性要求.

（2）坝基陡高岸坡在经过削坡或混凝土贴坡处

理后,基础条件得到了较大的改善,但为进一步减小

堆石体沿陡坡面的变形量,在坝基范围内两岸岸坡部

位设置接坡料是必要的.

收稿日期:

2003—03—07