老挝Xekaman1工程RCC坝工程地质咨询--刘光忠.doc

老挝 阿速坡省
XEKAMAN1水电工程大坝技术设计工程地质咨询
刘光忠

（中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，湖南 长沙410014）

摘 要 本文是根据老挝南部阿速坡省Xekaman1水电工程技术设计工程地质勘察报告和现场查勘编写而成。根据合同要求，结合中国工程地质勘察规程规范，针对越南松达咨询股份公司提供的大坝区基本地质条件和天然建筑材料详查成果进行了工程地质咨询，形成了工程地质咨询意见和提出了对下一步地质工作的建议，同时结合越南其它工程的地质咨询，在岩体结构面分级、压水试验和岩（石）体风化程度划分等方面跟我国工程地质勘察规程规范进行了对比，找出其异同性，供读者参考。
关键词 基本地质条件 坝基抗滑 坝基渗漏 天然建筑材料 工程地质咨询

1前言
受Viet-Lao Power Investment and Development Joint Stock Company的委托（以下简称VLPC），中国水电顾问集团中南勘测设计研究院承担Xekaman1水电项目碾压混凝土大坝技术设计成果的咨询工作，根据委托合同要求，我院分别对大坝工程地质、碾压混凝土材料与试验、大坝布置与结构安全以及施工组织与温度控制等4个主要方面进行了咨询。
Xekaman1水电站按越南水电行业标准划为一等工程，工程按照BOT方式由VLPC承建，越南松达咨询股份公司设计。工程位于老挝南部阿速坡省SanXay地区、色贡河支流Xekaman上游，离SanXay市约17km，距越南—老挝边界直线距离约35km，交通条件较差。
Xekaman1水电工程主要枢纽建筑物包括：碾压混凝土重力坝、左岸2条共520m长的发电引水隧洞和地面厂房。电站装机2台，总装机容量290MW，年发电量10.8亿kWh。工程控制流域面积3580 km2，总库容48.05亿m3，有效库容16.83亿m3，水库正常蓄水位为230.00m，最大坝高120m，坝顶高235.00m，坝顶长度355.0m。
XEKAMAN1水电工程大坝工程地质咨询主要技术依据如下：
1）XEKAMAN1水电工程RCC大坝技术设计咨询委托合同；
2）XEKAMAN1水电工程技术设计阶段—《工程地质勘察报告》（AFTER CHECKED）；
3）《水力发电工程地质勘察规范》（GB50287-2006，中国）；
4）《水电水利工程天然建筑材料勘察规程》（DL/T5388-2007，中国）；
5）《混凝土重力坝设计规范》（DL5108-1999，中国）；
6）《ENGEERING AND DESIGN-Geotechnical Investigations》（US Army Corps of Engineers）。
2大坝区基本地质条件
2.1地形地貌
大坝区为低山地貌，河谷系“V”型河谷。河道平直，流向由E至W。沿坝轴线河水位130.00m，河床宽80m；两岸地形较对称，右岸地形比左岸稍陡，右岸地形坡度50°～55°，左岸地形坡度25°～50°。左岸地势较高。两岸植被发育。
2.2地层岩性
大坝区河床基岩多裸露，局部有第四系冲洪积物（Q4apl）分布，主要由砂土及砾石土组成。左岸仅高程125.00m以下有基岩出露，右岸高程300.00m以下岩石基本裸露，其余为第四系残坡积物（Q4edl）覆盖，残坡积物系粘性土夹碎块石。基岩为泥盆系中下统TanLam组第2层(D1-2tl2)细砂岩夹粉砂岩。
2.3地质构造
对大坝影响较大的断层有FⅣ-1、 FⅣ-2、 FⅣ-3、 FⅣ-4和FⅣ-7等5条，各断层特征见表2.3-1。
表2.3-1 大坝区断层特征表
编号
位置
走向(°)
倾向
倾角(°)
破碎带宽（m）
影响带宽（m）
断层带特征
破碎带
影响带
FⅣ-1
左岸偏河床
90
N
75～80
0.5～1.0
5
角砾岩
节理密集
FⅣ-2
左岸
280
NE
75～80
0.5～1.0
5
角砾岩
石英脉
FⅣ-3
280
NE
85
0.5～1.0
5
碎裂岩
石英脉
—
FⅣ-4
右坝肩
340
SW
85～90
10
50
角砾岩
断层泥
节理密集、牵引褶皱
FⅣ-7
左坝肩
330
SW
85～90
0.5～1.0
5
角砾岩
节理密集
大坝区节理发育主要有下列3组：① 走向NW，倾向SW或NE，倾角为70°～85°，该组主要发育；②走向NW，倾向NE，倾角为50°～70°；③走向NE，倾向SE，该组发育稀少。
岩层总体走向NW，倾向SW，倾角70°～85°,岩层总体倾向下游。河谷基本为横向谷。
2.4水文地质条件
大坝区水文地质条件较简单。地下水类型为孔隙潜水和裂隙潜水，右岸地下水位埋深30m～50m，左岸相对较浅，埋深15m～40m，两岸坝肩地下水位均高于水库正常蓄水位（230.00m）。强风化岩体呈强透水特性，中等风化岩体为中等透水，微风化至新鲜岩体呈弱透水至微透水特性。根据钻孔压水试验，坝基岩体透水率q≤1Lu顶板埋深：河床25.0m～30.0m；左岸12.2m～40.0m；右岸大于40.0m。
水质分析成果表明，大坝区河水及地下水对混凝土基本无腐蚀性。
2.5物理地质现象
大坝区主要物理地质现象表现为滑坡、岩体卸荷与风化。
在大坝区发育3个滑坡体。1个滑坡体位于大坝右岸上游河流转弯处，规模较小，长度约90m，高度6.0m～7.0m，主要由岩石碎块组成，干早季节滑坡体底部有泉水出露。另2个滑坡体也发育大坝右岸，规模相对较大，每个滑坡体长90m，高度约30m ，均由砂岩碎块夹粘性土组成。
大坝区岩体卸荷裂隙较发育，裂隙多倾向于河床，大多数为Ⅴ级结构面。
大坝区岩体风化较剧烈，河床多裸露中等风化基岩，河床及右岸岸高程300m以下，中等风化岩体厚度2.7m～30.0m，左岸中等风化岩体厚度比右岸大。左岸微风化岩体上限埋深6.0m～38.0m；右岸微风化岩体上限埋深3.0m～30.0m。
各风化带地震波波速：残坡积层和全风化带：Vp=800m/s；中等风化带：Vp=2100m/s；微风化带：Vp=4500m/s；新鲜基岩：Vp=5250m/s。
3天然建筑材料
3.1石料
③石料场位于大坝下游3km，料场山体较雄厚，分布高程250.00m～500.00m。地形坡度45°～50°，地形较整齐，冲沟不发育，位于进场公路旁。
经勘察，料场主要由粗砂岩组成，基岩基本裸露，仅局部有残坡积层（包括全风化基岩）分布；料场强风化岩层厚度4.0m～18.7m，节理裂隙较发育，裂隙中多夹泥；中等风化岩层厚度5.2m～14.2m，平均厚度8.0m，节理裂隙较发育，节理裂隙面多附铁锰质薄膜，部分夹泥；微风化岩石：比重2.74,容重2.58g/cm3～2.79g/cm3，抗压强度61.1MPa～79.7MPa，平均66.4MPa；新鲜岩石抗压强度80.0MPa～150.0MPa，平均110.0MPa；经碱活性试验，微风化至新鲜粗砂岩不存在碱活性成分。
按开挖至高程21000m计算，微风化至新鲜粗砂岩厚度40.0m。有效储量600×104m3，无用层体积（残坡积物+全、强风化岩层+中等风化岩层）113×104m3。
3.2天然砂料
本阶段选择了3个砂料场，各砂料场特征见表3.2-1。
表3.2-1 各砂料场特征表
料场
名称
料场
分类
成分
距大坝距离（km）
取样试验（组）
料场规模
储量（×104m3）
长
（km）
宽
（m）
厚
（m）
Pranang
Ⅱ
中粗砂
30
5
6.7
20
2
14
Attapeu
Ⅰ
中细砂
50
24
0.96
120
4.2
48.3
Attapeu
downstream
Ⅰ
中细砂
55
2
0.57
120
5
34.2
合计

96.5
3.3天然掺合料
根据业主提供的资料，在越南境内共有3个火山灰料场：Mu Rua 、Nui Boong 、Phong My。距坝址分别为700km、250km和350km。前2者为玄武岩，后者系页岩，根据越南现有规范，Mu Rua火山灰料场质量和储量满足工程要求，且已被其它工程开采使用。其余2个料场要做进一步的勘察。
3.4土料
土料场位于Xekaman河左岸距大坝约1km的SW方。距进场公路约0.3km。料场为一坡地，分布高程150.00m～250.00m，面积为6×104m2，平均有效厚度5.0m，无用层厚度0.5m，有效储量约30×104m3，无用层体积3×104m3。料场主要为浅黑色至棕黄色粘土、砂质粘土及粘土质砂组成。试验结果表明：粘粒含量19.8％～36.2％，天然含水量18.9％～26.6％，最优含水量（＜5mm）23.5％～28.5％，饱和抗剪：φ=18.0°～21.0°,c=240KPa～300KPa，渗透系数K（20.0°c）为i×10-5cm/s～10-6cm/s。
4工程地质咨询意见
根据XEKAMAN1水电工程技术设计阶段《工程地质勘察报告》（AFTER CHECKED）和现场查勘结果（查勘日期2010-8-20），工程地质咨询意见如下：
1）技术设计工程地质勘察基本查明了坝址地层岩性、地质构造及卸荷带特征；基本查明了坝基、坝肩岩体风化带特征和水文地质条件。
2）坝基地质条件评价和处理建议
大坝区基本为“V”型横向河谷，两岸地形基本对称。地基覆盖层较薄，基岩主要由细砂岩组成，微风化至新鲜细砂岩坚硬、厚层、允许承载力较高、透水率较低，适合修筑碾压混凝土重力坝。
根据地质剖面（K1—K1＇）表示的坝基开挖线，右岸及河床大坝基础置于微风化岩体（ⅡA）上，左岸大坝坝基基本位于中等风化岩体中。经现场查勘，右岸坝基主要由中等风化岩体组成，与前期地质勘察资料出入较大，须做进一步复核。应重视大坝基础持力层的选择，建议大坝基础置于中等风化（弱风化）下部或微风化岩体上。见照片1。
坝基有FⅣ-1、 FⅣ-2、 FⅣ-3等3条顺河Ⅳ级结构面发育，节理裂隙以走向NW，倾向SW或NE中、高倾角的为主。经现场查勘，顺层等软弱结构面也有发育，见照片2（摄于右岸坝顶公路旁）。因此，坝基抗滑稳定除考虑受建基面抗剪（断）强度控制外，还应注意坝基结构面组合的影响。
根据工程地质勘察报告对坝基岩体特征描述与评价，初步判断坝基为Ⅱ～Ⅲ类岩体，依据中国相关规范，推荐坝基岩体主要物理力学参数见表4-1，建议设计单位根据本工程特点及坝基开挖地质条件做进一步复核。
表4-1 坝基岩石(体)主要力学参数建议值表
岩石
名称
风化程度
饱和抗压强度
(MPa)
变形
模量
(GPa)
砼与岩体抗剪断
岩石(体)抗剪断
允 许
承载力
(MPa)
fˊ
Cˊ
(MPa)
fˊ
Cˊ
(MPa)
细砂岩
中等风化
55
6～7
0.90
0.80
0.80
0.80
2.50
微风化
80
7～8
1.0
1.0
1.0
1.0
3.50
新鲜
85
9～10
1.10
1.10
1.20
1.50
4.00
断层（Ⅳ）
—
—
—
—
0.35
0.05
—
根据地质剖面（K1—K1＇）和钻孔资料：两岸坝肩地下水位均高于水库正常蓄水位（230.00m），但右坝肩山体较单薄，且有FⅣ-4发育，右岸绕坝渗漏问题要做重视（见照片1）；坝基岩体透水率q≤1Lu顶板埋深：河床25.0m～30.0m；左岸12.2m～40.0m；右岸大于40.0m。坝基岩体透水率表明，坝基存在渗漏问题，渗漏通道主要是断层、层面和一些顺河走向的节理裂隙；右岸岩体透水率较大，除受构造裂隙发育影响外，还可能与层面、卸荷裂隙有关。根据本工程特点，建议坝基岩体相对隔水层以透水率q≤1Lu为控制标准。
左右坝肩开挖边坡高度约40.0m～60.0m，边坡主要由强风化至中等风化岩体组成，基本为横向坡，建议开挖坡比1：0.5是合理的。见照片1、3。
建议对坝基进行固结灌浆、帷幕灌浆和对断层等软弱带进行开挖回填处理，应对坝基中等风化中、上部岩体及软弱带加强处理。
3）对③石料场的评价和建议。
大坝工程所需石料来源③石料场，石料场位于大坝下游左岸约3km，料场主要岩性为粗砂岩。料场全貌见照片4。
微风化至新鲜粗砂岩组织较致密，物理性能较好，饱和抗压强度大于40.0MPa，其强度满足轧制人工骨料的要求。微风化至新鲜岩石储量能基本满足大坝工程要求，应注意其中的软质岩含量。
③石料场离进场公路较近，运输条件较好。料场分布高程250.00m～500.00m，地形陡，冲沟不发育，地下水对开采影响小，开采条件尚好。但开采时易形成高边坡，甚至超高边坡，且为顺向坡，应特别注意开采边坡的稳定性。
4）对各砂料场的评价：
3个砂料场总储量达到工程要求。Pranang砂料为中粗砂，Attapeu及 Attapeu
downstream砂料系中细砂，根据相关规范，均满足R300混凝土的要求。但需要2者配合，才能达到较佳级配。各料场地形平坦，易于开采，堆存条件好，但运距较远。另各料场的开采受雨季的影响较大，开采时可能对附近居民有影响。
5）对3个天然掺合料场的分析处理意见。
Mu Rua火山灰料场质量和储量满足工程要求，Nui Boong 和Phong My料场要做进一步的勘察。
6）对土料场勘察评价意见。
料场开采运输条件较好，质量和储量满足围堰工程需要。
5下一步工作建议
现场查勘结果表明，XEKAMAN1水电工程已进入施工阶段，对下一步地质工作做如下建议：
1）根据已有地质勘察资料，再结果坝基开挖地质条件，进一步分析坝基缓倾角结构面发育规律、卸荷带的厚度及其特征，分析结构面组合对坝基抗滑稳定的影响。
2）详细收集坝（基）肩开挖边坡地质资料，进行坝（基）肩开挖边坡稳定性评价。
3）重视施工地质工作，加强施工地质预报，避免因地质因素导致的安全事故发生。
6结束语
通过对Xekaman1水电工程大坝和越南其它水电工程地质咨询，本人发现越南工程地质勘察与我国相比有以下几个异同点。
1） 规程规范的采用：目前越南工程地质勘察规范体系不够完善，还没有形成一套完整的工程地质勘察规程规范体系。工程地质测绘和钻探主要是套用中国的规程规范，而试验技术标准多引用美国、俄罗斯、德国等国的。
2） 岩体结构面分级：在岩体结构面分级方面，中越标准差别较大：越方分Ⅶ级，而我国分为Ⅴ级；另每级划分考虑的因素也有一定的差别，中方分级仅考虑结构面长度和结构面破碎宽度，越方分级除考虑上述2个因素外，还考虑了结构面影响带宽等因素。
3） 压水试验：越南在压水试验方法上主要套用中国原来的标准，现正逐步与国际接轨，表示岩体透水性大部分使用透水率q(吕荣值)，但部分工程、部分试段仍在使用单位吸水量ω(L/min.m.m)。另在获取试段岩体透水率时，虽然两国压水试验均采用分段压水法，但在实施过程中有所不同，中方每试段按三级压力、五个阶段进行，而越方采用四级压力，一个试段每级压力下计算出qi值，4个qi值再算术平均得出该试段的q值。
4） 岩体风化程度及围岩分类：岩体风化程度划分标准及围岩分类与我国基本相同，但风化界线在地质剖面图例表示上与我国恰好相反。见表6-1、6-2。
表6-1 岩体风化带划分对照表
序号
越南
中国
1
RS
覆盖层
2
ⅠA1（CW）
全风化基岩
3
ⅠA2（HW）
强风化基岩
4
ⅠB（MW）
中等风化基岩
5
ⅡA（SW）
微风化基岩
6
ⅡB（UW）
新鲜基岩
表6-2 围岩分类对照表
序号
越南
中国
围岩分类
围岩分类
围岩稳定程度
1
Ⅰ
Ⅰ
稳定
2
Ⅱ
Ⅱ
基本稳定
3
Ⅲ
Ⅲ
局部稳定性差
4
Ⅳ
Ⅳ
不稳定
5
Ⅴ
Ⅴ
极不稳定
5） 岩（土）体物理力学参数：地质咨询时，应注意岩体物理力学试验和计算方法。越南地质勘察中岩（土）体物理力学参数的获取方法多与中国相同，但少数参数与中国有所差别，例如XEKAMAN1水电工程中的混凝土与岩体的抗剪（断）强度参数值与坝基实际岩体类别相应的值差别较大，且在大坝安全稳定咨询复核中不好采用，经查主要是越南所采用的试验、计算方法与中方的不同造成的。

照片1

照片2

照片3

照片4