李家峡水电站左坝肩基础处理及效果分析

电力18讯：    摘　要：李家峡水电站左坝肩由于受多条断层交切，坝肩抗滑稳定、变形稳定问题突出，成为控制工程成败的关键性技术问题，为此，对左坝肩进行了大量的基础处理。经刚体极限平衡法和三维非线性有限元法复核分析，处理方案可行，经多年运行验证，处理措施安全可靠。
    关键词：李家峡水电站；坝肩稳定；基础处理；有限元分析


1　左岸坝肩主要工程地质问题
　　李家峡左岸坝基下潜伏有f18～f24等层间挤压破碎带，层间挤压破碎带倾向上游偏岸外，于坝肩下游f20沟处成束出露地表，在坝基下部2 068 m高程因泄水道地基开挖而出露并延伸至河床坝基，构成坝后以f18～f24为底面的“三角体”鼻状山梁。在重力墩前缘20＃坝段与重力墩分缝处有F26断层出露，F26平行河道切割，纵贯整个左岸至左坝沟，为坝后“三角体”的后缘切割面。在紧临左岸上部坝踵，岩体受斜河断层F32切割。NEE向裂隙在近河边坡区亦密集发育，次之有NNE向及稀少的平缓和反倾裂隙组。
　　此外，在高程2 155～2 165 m间有平缓逆掩断层（F34）切割，F34上盘岩体受F32、f18、f20、f24、F26等断层交切，岩体呈碎裂状态，完整性极差。
　　物探波速测试资料表明，开挖后建基面表部波速最小值1 300 m／s，最大值3 680 m／s，均值23 700 m／s。浅部岩体（至建基面以下6 m）的穿透波速在2 100 m高程以上均小于3 800 m／s，2 100 m高程以下大部分小于4 300 m／s。2 150 m高程以上平均值小于1 300 m／s。因此，左岸坝肩岩体变形稳定、抗滑稳定更成为李家峡工程建设关注的焦点。
2　左坝肩抗滑稳定分析
2．1　计算模型
　　假定左岸坝肩上游坝踵存在铅垂拉裂面，在拱推力、水压力和自重等荷载作用下，沿f20断层面与假定水平底面交线向河床滑移失稳。






2．2　控制性块体计算边界
　　经大量敏度分析，左岸坝肩抗滑稳定控制性块体计算边界为：上游以左坝肩上游坝踵假定拉裂面为界，下游以f20断层面为界，底部以2 060 m高程水平面为界，岸里以F26断层面为界（图1）。
2．3　左坝肩抗滑稳定分析结构面力学参数
　　发包设计阶段和施工阶段地质复核后各结构面地质力学参数见表1。
2．4　左岸坝肩抗滑稳定分析控制工况
　　根据左岸坝肩抗滑稳定敏度分析，左坝肩抗滑稳定控制工况为水压、泥沙、自重加温降。
2．5　左岸坝肩抗滑稳定计算成果
　　发包设计阶段天然状态下左岸坝肩抗滑稳定纯摩安全系数Kf＝1．95，剪摩安全系数Kc＝2．80。
　　施工阶段各结构面地质力学参数复核后，纯摩安全系数Kf＝1．78，剪摩安全系数Kc＝2．40。可见左岸坝肩抗滑稳定安全储备不足需要采取增稳措施，提高左岸坝肩抗滑稳定安全度。
3　左坝肩基础处理
3．1　左坝肩基础处理设计原则及控制标准
　　根据（SD145－85）《混凝土拱坝设计规范》要求，左岸坝基f20断层上盘岩体经处理后应有足够的整体性、强度和刚度，以确保左岸坝肩整体承载力和抗滑稳定，不发生不能容许的变形。坝肩抗滑稳定分析采用刚体极限平衡法，要求坝肩抗滑稳定安全系数为：基本荷载组合［Kc］≥3．5，特殊荷载组合［Kc］≥3．0。
3．2　左坝肩基础处理措施
　　为解决好在这样一个复杂地基上的高拱坝建造问题，对左岸坝基坝肩采取了以下工程措施进行处理。
3．2．1　调整拱坝体型简化左岸坝肩基础处理
    根据坝址区工程地质条件、岩层产状、地形地貌特点及断层结构面交切情况，通过调整优化拱坝体型，强化坝体下部拱作用，弱化坝体上部拱刚度，减少作用于平缓逆掩断层F34上盘岩体的拱推力，并尽可能使拱推力合力正交左岸f18、f20、f24层间断层，减少并简化坝肩基础处理工作，改善坝肩自稳条件、坝体自身应力及变位条件。在稳定条件、变形刚度较差的左坝头设置重力墩，均化坝体应力及两岸拱端变位。
3．2．2　设置防渗排水工程改善坝肩自稳条件
　　考虑两岸天然地下水及水库蓄水后，可能出现的绕坝渗流情况，在河床坝基2 035 m高程设置了帷幕灌浆廊道，在2 030．5 m高程设置了3道横河向排水廊道和左右岸各1道顺河向排水廊道；在两岸坝肩2 059、2 087、2 114、2 150、2 185 m高程设置了帷幕灌浆洞及排水洞。利用这些灌浆廊道或灌浆洞在双曲拱坝坝基上游部位，沿坝轴线方向布置一道防渗灌浆帷幕，帷幕伸入河床基础80 m，伸入两岸山体中150～200 m。在河床设置四道横河向排水幕，两道顺河向排水幕。在两岸利用帷幕灌浆洞和横河向排水洞设置两道横河向排水幕。在左岸针对f36冲沟部位为防止渗水浸泡软化红层，结合副坝从2 120 m高程至2 185 m高程布置了一道悬挂式帷幕和相应的排水幕。在两岸山体沿左岸F26、右岸F27断层顺河向从2 030～2 180 m高程各布置了一道纵向排水幕，尽量降低左岸F26、右岸F27断层区、两岸坝肩及两岸边坡岩体地下水位，防止或减少左岸F26、右岸F27断层区、两岸坝肩及两岸边坡岩体内软弱结构<