响水涧抽水蓄能电站进出水口基础处理设计

摘要：根据地质条件，对响水涧抽水蓄能电站进出水口各结构部位采取有针对性的处理措施，如基础开挖，系统锚杆，挂网喷护，回填灌浆，固结灌浆等措施，保证进出水口的边坡稳定，地基承载力，抗滑稳定，抗浮稳定等满足工程正常运行要求。

关键词：抽水蓄能电站；基础处理；开挖支护；灌浆；

1工程概况

响水涧抽水蓄能电站位于安徽省芜湖市峨桥镇，装机容量1000MW，是一座日调节纯抽水蓄能电站。电站由上水库、下水库、输水系统、地下厂房、地面开关站等建筑物组成。输水系统建筑物主要由上进出水口、引水隧洞上平段、事故闸门井、竖井、压力钢管、尾水隧洞、尾水事故闸门井、下进出水口等组成。

进/出水口按2级水工建筑物设计，防洪标准为设计情况洪水重现期100年，校核情况洪水重现期2000年，工程区地震基本烈度为6度，地震设计烈度6度。

2进/出水口地质

上进/出水口覆盖层厚度不大，一般为1～2m，基岩为花岗岩，主要有F2、F18、F19、F12等断层，断层宽度为2～150cm不等，走向为N 0～80º E，倾角均在80º以上。主要的破碎带有f1、f2、f3、f34等，宽度为10～50cm不等，走向除f34为N 81º E外，其余为N 8～10º E，倾角为70º以上。探洞PD5的0～40m洞深内，PD12的0～60m洞深内，节理裂隙为发育～较发育，其余部分为较发育～不发育，主要产状以N5ºW～N 15º E/SW或NW∠80～85º为主。缓倾角裂隙仅局部可见，且不发育及延伸不长。据探洞PD5和PD12、钻孔、地表测绘资料，近山脊缓坡地段，岩石风化较深，弱风化带下限水平深度为44～47.0m，垂直分布深度在20.0m以内。

上平段上覆岩体厚20～60m，覆盖层厚度为0.5～2.5m，基岩为微风化或新鲜花岗岩，岩心率RQD>80%。

竖井及高压隧洞段，基岩为微风化或新鲜花岗岩，裂隙较发育，产状为N 60～75º E/NW∠80～85º和N 0～15º E/NW∠80～85º，缓倾角裂隙不发育，岩心率RQD>80%。

尾水道段基岩为新鲜花岗岩，无较大规模的断层破碎带，Ⅳ级结构面的节理主要有N30～40º W/SW∠75～80º，N 0～5º W/SW∠65～80º，N 60～70º E/NW∠80～85º三组。

下进出水口段地形平缓（10～25º），自然边坡稳定，覆盖厚度2～10m，基岩为三叠系上统黄马青组泥岩、粉砂岩，花岗岩埋藏较深，黄马青组泥岩、粉砂岩受构造及风化作用影响，工程地质性质较差，成洞工程地质条件复杂，花岗岩岩性良好。黄马青组与花岗岩的接触面大致为N 10～15º E/SE∠40～50º。

输水系统地下结构围岩除上、下进出水口附近及部分引水道竖井段为Ⅲ类外，其余均为Ⅱ类。

3上进/出水口基础处理设计

3.1边坡开挖及支护

上进/出水口的边坡自上而下分层开挖，上部覆盖层、全风化层清除，3#引水洞以北开挖边坡由1：0.5过渡到1：1，3#引水洞以南边坡设203.85m高程马道，马道以上开挖坡比取1：1；马道以下开挖坡为比取1：0.5。根据水工模型试验成果，进/出水口南、北两侧分别扩大开挖形成186.45m高程平台。进/出水口前平台开挖底坡水平，北侧开挖边坡1：1，南侧开挖边坡1：2.5。

在上进/出水口1：1边坡坡顶设挡渣墙，挡渣墙后的水位变幅区坡面取消喷素混凝土，挡渣墙以下边坡采取系统锚杆（Φ22锚杆，长3m，间距1.5m，入岩2.9m）、挂网喷C20混凝土厚150mm、设浅排水孔（D50，长0.7m，间距2m）等处理措施。

根据现场开挖揭露的地质情况，南侧203.85m高程马道后有一断层较深，因此在南侧马道以下1：0.5边坡采用4根锚筋桩加强支护，锚筋桩采用3Φ32，长12m。

上进/出水口引水隧洞洞脸处采用Φ22锁口锚杆，长6m，间距1.5m，入岩5.9m，挂网喷C20混凝土厚150mm。实际施工时，为确保进洞安全，在洞脸系统喷锚支护的基础上，对1#、2#及4#洞洞脸近开挖轮廓线顶板以上加设两排随机锁口锚杆进行支护，支护参数为：锚杆为Φ25，间距1.5m，梅花型布置，锚杆长6m，外露10cm；对3#洞开挖轮廓线以上洞脸布置两排Φ32锚杆，间距0.5～1.0m，梅花型布置，锚杆长7m，外露10cm；两侧边墙开挖轮廓线外，自上而下布置一排侧向锁口锚杆，支护参数与顶拱锁口锚杆参数相同。

在1#、2#引水隧洞之间滑道部位，断层f366从滑道斜穿过，受断层与裂隙及开挖的影响，滑道部位断层附近岩石较破碎，稳定性较差。边坡裂隙中以近NS向、陡倾角为主，该组裂隙延伸长，表部呈微张～张开状，间距0.5～2m，特别是在1#、2#洞脸边坡发育。该组裂隙控制局部边坡开挖的坡比，受该组裂隙的影响，局部边坡开挖坡比陡于设计坡比。整个边坡采取了系统锚杆、挂网喷护的联合支护措施，对局部稳定性较差的部位采取放坡及加强支护。

①施工开挖过程中对不稳定块体加强清撬，如无法清除加强随机支护。

②对滑道范围内f366断层及破碎带进行挖除，开挖面深入断层下盘内较完整的岩石1m，断层开挖面布置Φ22@1500、L=4m锚杆及回填C20混凝土塞，断层以下布置6根Φ32（长12m）锚筋桩。原滑道两侧的边坡由直挖改成放坡开挖。

③滑道两侧边坡的系统锚杆由原来的3m加长到4.5m。

④滑道南侧1#洞洞脸边坡高程224.90m～218.32m段由于岩石较破碎、风化较强烈，将设计坡比由1：1放缓至1：1.3；高程203m～186.55m段增加5根Φ32（长12m）锚筋桩加强支护。

3.2探洞封堵

PD5探洞位于进/出水口2#引水隧洞与3#引水隧洞之间175.85m高程，全长采用C15混凝土封堵。PD12探洞位于进/出水口左侧164.54m高程，洞口长20m采用C15混凝土封堵，封堵段采用埋石混凝土，洞顶拱采用同强度等级砂浆进行回填灌浆。

3.3拦污栅段、扩散段基础处理

拦污栅段建基面岩石以花岗岩为主，局部有闪长玢岩岩脉，岩石呈弱风化。本段未发现规模较大的断层，裂隙比较发育，以陡倾角为主，岩石较破碎，岩石呈块状。对规模较小的断层进行刻槽处理并回填混凝土找平。

扩散段基岩以弱～微风化的花岗岩为主，局部有闪长玢岩细脉。开挖揭露规模较大大的断层有F2，在桩号上进0+30以南沿断层蚀变范围较宽1.0～1.5m，向北逐渐收敛，断层宽10～30cm。裂隙比较发育，以陡倾角为主，局部岩石较破碎。对裂隙密集带适当挖深并用混凝土找平。对F2断层采取槽挖、回填混凝土并适当布置锚杆的方式处理，开挖深度为1.5倍断层宽度（最小不少于1.0m），锚杆Φ22mm，长4m，外露800，间距1.5m。

上进/出水口拦污栅段、扩散段的底板采用Φ22mm锚杆与基岩连接，间距1.5m，长4m，入岩3.2m。1#拦污栅段及扩散段南侧直立坡和4#拦污栅段及扩散段北侧直立坡采用Φ22锚杆与拦污栅段及扩散段边墩连接，间距2m，长6m，入岩5m。引水洞之间的岩台采用系统锚杆（Φ22锚杆，长3m，间距1.5m，入岩2.9m）、挂网喷C20混凝土厚150mm、设浅排水孔（D50，长0.7m，间距2m）等处理措施。

3.4上平洞及事故闸门井基础处理

上平洞及闸门井岩性主要为花岗岩，局部闪长玢岩岩脉侵入。1#～4#引水隧洞上平洞段岩石呈微风化状；闸门井除井口段岩石呈弱风化外，其余井壁段岩石呈微风化状。引水洞段除3#引水洞桩号引0-73～0-40m、4#引水洞桩号引0-73～0-60m段断层、裂隙比较发育、岩石较破碎，围岩类别属Ⅳ～Ⅲ类外；其余洞段岩石相对较完整，围岩类别属Ⅲ类。1#～4#闸门井除井口部位岩石风化裂隙较发育呈Ⅳ～Ⅲ类，其余呈Ⅲ类。

根据揭露的地质情况采取的工程处理措施如下：

①1#～4#洞内的矩形段、渐变段的顶拱、边拱采用Φ22mm锚杆与基岩连接，间距1.5m，长3m，出露70mm，挂网喷C20混凝土厚100mm。隧洞段喷C20素混凝土厚100。矩形段、渐变段、隧洞段衬砌结构施工完成并达到设计强度后进行回填灌浆和固结灌浆，每排8孔，排距3m，入岩4m，顶拱120°范围内各孔兼作回填灌浆孔。

②3#引水洞引0-73.00～引0-65.00段洞口上覆岩体较薄，增加8榀工字钢进行支撑；引0-53.00～引0-40.00段受断层、裂隙及岩脉发育的缘故，岩石破碎，采用Φ22mm锚杆与围岩连接，间距1.5m，长3m，出露70mm，挂网喷C20混凝土厚100mm。

③对1#～4#引水洞在裂隙发育、断层部位增加随机锚杆处理。

④上事故闸门井采用Φ22mm锚杆与围岩连接，间距1.5m，长4m，出露70mm，挂网喷C20混凝土厚100mm，竖井与引水洞交汇部位设两排锁口锚杆Φ25mm，排距1.25m，间距1.5m，长6m，出露70mm。衬砌结构施工完成并达到设计强度后对事故闸门井下部、竖井段及上室底板进行固结灌浆，灌浆孔排距3m，入岩4m。

4上进/出水口基础处理设计

4.1边坡开挖及支护

下进/出水口正面边坡自上而下分层开挖，山坡侧边坡设46.35m高程和31.35m高程二级马道，46.35m高程马道以上开挖坡比取1：1； 46.35m高程马道以下到16.15m高程道路开挖坡比取1：0.7，道路以下开挖边坡取1：0.8，洞脸两侧开挖边坡由1：0.8过渡到1：2。边坡除开口线附近有厚1～2m的坡积碎石土覆盖外，其余均为岩质边坡。边坡岩性以花岗岩为主，在高程16.15m以下3#、4#引水洞洞脸边坡分布有石英角岩。边坡岩石除顶部1～3m及北侧边坡风化较强烈岩石呈全～强风化状外，其余岩石以弱风化为主。

16.15m高程马道以上边坡根据岩体完整性采取系统锚杆、随机锚杆、挂网、喷混凝土等一种或多种联合处理措施，进/出水口北侧转弯段边坡（D0-002.67m～D0+070.00），由于边坡自稳条件差，将原来1：1的边坡削缓为1：1.2。对16.15m高程以下边坡采取挂网锚喷处理。边坡支护的具体措施：系统锚杆采用Φ22锚杆，长3m，间距1.5m，入岩2.9m；随机锚杆采用Φ22锚杆，长3m，间距1.5m，入岩2.9m；挂网喷C20混凝土厚150mm；在正面16.15m高程以上边坡坡底设置一排深排水孔D150，长15m，间距2.5m，其余边坡设浅排水孔D50，长0.7m，间距2m。

下进/出水口尾水隧洞洞脸处采用Φ22锁口锚杆，长6m，间距1.5m，入岩5.9m，挂网喷C20混凝土厚150mm。

4.2渐变段、下事故闸门井基础处理

渐变段、下事故闸门井基础座落在弱风化花岗岩上，其基础采用Φ22mm锚杆与基岩连接，间距1.5m，长4m，入岩3m。上部结构浇筑完成并达到设计强度后对基岩进行固结灌浆，灌浆孔间距3m，入岩3.5m。

4.3事故闸门井工作桥基础处理

下事故闸门井工作桥的1#桥台、1#桥墩承台底座落在全风化泥质粉砂岩、砂岩上，岩性软弱，强度不满足要求，每个基础底部采用两根直径1.2m的C25钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩端置于弱风化岩石上。2#桥墩承台基础座落在弱风化花岗岩上， 3#桥墩承台基础座落在弱风化石英角岩上，强度和稳定均可满足要求，采用天然地基，基础与基岩之间采用两排Φ25mm锚杆连接，间距1m，长4m，入岩3m。

4.4矩形段、扩散段、防涡梁及整流段基础处理

矩形段、扩散段、防涡梁及整流段建基面岩石以石英角岩为主，局部为花岗岩，岩石呈弱风化。开挖揭示基岩有断层f507、f508通过，断层宽度0.05～0.4m，陡倾角，断层规模较小。岩石裂隙发育，部分石英角岩沿裂隙蚀变。

开挖过程中对断层破碎带、蚀变带宽度大于等于0.5m的，采用槽挖并回填混凝土塞，并适当布置锚杆的方式处理，开挖深度为1.5倍断层宽度（最小不少于1.0m），锚杆Φ22mm，长4m，外露800，孔距1.5m，排距2.0m。，对宽度较小处采取了刻槽处理，并回填混凝土。

下进/出水口矩形段、扩散段、防涡梁及整流段的底板采用Φ22mm锚杆与基岩连接，间距1.5m，长4m，入岩3m。上部结构浇筑完成并达到设计强度后对基岩进行固结灌浆，灌浆孔间距3m，入岩3.5m。

4.5拦污栅交通桥基础处理

两侧岸坡段拦污栅交通桥桥墩（台）根据承台底开挖揭示基岩出露情况采取相应的基础处理型式。6#桥墩、9#桥墩基础落在弱风化石英角岩上，采用天然地基，基础与基岩之间采用两排Φ25mm锚杆连接，间距1m，长4m，入岩3m；2#桥台、3#桥台、4#桥墩、5#桥墩、7#桥墩、8#桥墩基础座落在全～强风化砂岩、泥质粉砂岩上，每个基础底部采用两根直径1.2m的C25钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩端置于弱风化岩石上。

4.6前池基础处理

前池基岩岩性主要为石英角岩，靠近库内局部为泥质粉砂岩、砂岩，岩石呈强～弱风化状。基础开挖面发育一条宽0.5～0.8m断层f509，层面裂隙和陡倾角节理发育，岩石较破碎。对断层进行槽挖、回填混凝土并适当布置锚杆的方式处理，开挖深度为1.5倍断层宽度（最小不少于1.0m），锚杆Φ22mm，长4m，外露800，孔距1.5m，排距2.0m。

前池水平段底板用Φ22mm锚杆与基岩连接，间距1.5m，长4m，入岩3.25m。底板上设置排水孔，直径100mm，间距1.5m，用土工布袋装粗砂塞满。前池斜坡段开挖坡比1：15，采用M10浆砌块石护底。

前池南北两侧边坡开挖坡比1：1.5，北侧边坡岩性为石英角岩及泥质粉砂岩、砂岩，南侧边坡岩性为泥质粉砂岩、砂岩，岩石多呈全～强风化为主。靠近下进/出水口侧边坡坡度高、但风化强度弱，靠近库盆侧坡度小，风化强烈。整个边坡坡面采用了M10浆砌块石护坡。

5结语

针对响水涧抽水蓄能电站进出水口各结构部位，根据地质条件采取有针对性的处理措施，保证进出水口的边坡稳定，地基承载力，抗滑稳定，抗浮稳定等满足工程正常运行要求。工程实践效果明显，可为同类工程提供参考借鉴。

参考文献

[1]GB50086-2001，锚杆喷射混凝土支护技术规范.

[2] DL/T 5148-2012，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范.

[3] SL 212-2012，水工预应力锚固设计规范.

作者简介：戴双庆，男，1982.07，汉族，江苏南通

工作单位：上海勘测设计研究院有限公司

职称：硕士研究生，工程师，水工专业