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棉花灘水電站在區域構造上屬于基本穩定區，地震基本烈度為Ⅵ度。大壩基巖為塊狀中、細粒花崗巖，地質構造形跡以斷層、擠壓帶、節理及節理密集帶的形式出現，以北東向和北北西向為主。建基面多為新鮮、微風化巖石，部分弱風化，局部強風化，亦即以AⅡ類巖體為主，部分AⅠ類巖體，局部AⅢ、AⅣ1類巖體。斷層及較差巖石經工程處理后符合設計與規范要求。棉花灘水電站位于福建省永定縣汀江干流棉花灘峽谷內，以發電為主，兼有防洪、水產養殖、航運等綜合效益。

壩址區兩岸山體雄厚，河谷深切呈“V”字形，河流坡降大，多急流險灘，枯水期河面寬20～30m，河谷兩岸地形基本對稱。樞紐包括：碾壓混凝土重力壩，左岸輸水系統、地下廠房與開關站及控制樓。碾壓混凝土重力壩最大壩高111.0m，壩頂高程179.0m，壩頂全長308.5m，最大壩底寬度84.5m，壩頂寬度7.0m。電站裝機4臺，總裝機容量600MW。水庫正常蓄水位173m，水庫總庫容20.35億m3。

1工程地質概述

壩址區與水庫區位于東南沿海新華夏系巨型構造體系的第二隆起帶南端，在區域構造上屬于基本穩定區，地震基本烈度為Ⅵ度。壩址區地層為燕山早期第三次侵入的中、細粒黑云母花崗巖，及少量第四次侵入的花崗斑巖脈、閃斜煌斑巖脈。構造形跡以斷層、擠壓帶、節理及節理密集帶的形式出現，以北東向組與北北西向組為主，并有順坡向的卸荷結構面。

地下水裂隙性含水層受構造控制。相對抗水層（透水率q≤1Lu）埋藏深度20～40m，以微～弱透水巖體為主導。地下水及河水的化學類型為重碳酸-鈣鈉型或重碳酸-鈉鈣型，對各種水泥無一般酸性、碳酸性、硫酸性、鎂化性侵蝕。

為研究巖石物理力學性質，進行了大量的室內物理力學試驗，現場剪切試驗，變形特性試驗，彈性波、聲波測試，提出了各類試驗的建議值。

(1)混凝土／巖石、巖石／巖石抗剪斷強度建議值見表1。

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(2)基巖夾泥層剪切強度。斷層泥f′=0.25，糜棱巖類f′=0.45，碎裂巖類f′=0.60；上述各構造巖c′值=0～0.2MPa。當構造巖混雜時，根據其含量的比值選取加權平均值使用。

(3)巖體變形特性。泥夾碎石糜棱巖（或全風化）變形模量E0=(0.05～0.10)×104MPa；壓碎角礫碎裂巖E0=(0.1～0.3)×104MPa；弱風化花崗巖E0=(0.5～1.0)×104MPa，彈性模量E=(1.0～1.5)×104MPa；微風化、新鮮花崗巖E0=(1.0～1.5)×104MPa，E=(2.0～2.5)×104MPa。

(4)地震縱波速度Vp。新鮮巖體Vp＞5000m/s，微風化巖體Vp=4000～5000m/s，弱風化巖體Vp=3000～4000m/s，強風化巖體Vp=2000～3000m/s，全風化Vp＜2000m/s。

2大壩工程地質條件與基礎處理

2.1壩基

2.1.1壩基工程地質條件

(1)①壩段(壩右0+010.00m～0+060.00m)。建基面巖石大多微風化，局部弱風化。斷層有F8、F10、fd1～fd8。斷層、微風化、弱風化巖占壩基面積分別為2.7%、80%、17.3%,按面積比例用加權平均法計算壩基混凝土／巖石綜合抗剪斷強度（混凝土標號為200號，下同），f＇=1.12，c＇=1.15MPa。

(2)②壩段（壩右0+060.00m～0+110.00m）。建基面巖石大多微風化,部分新鮮，局部弱風化。斷層有F9-1、F12、F35、f2、f3及L5、L6順坡裂隙。斷層和新鮮、微風化、弱風化巖占壩基面積分別為0.3%、30%、60%、9.7%,按面積比例用加權平均法計算壩基混凝土／巖石綜合抗剪斷強度，f＇=1.16，c＇=1.22MPa。

(3)③壩段（壩右0+110.00m～0+143.00m）。建基面巖石大多微風化，部分新鮮和弱風化。斷層有F12、F24、F25、F35、f8、fd9，斷層和新鮮、微風化、弱風化巖占壩基面積分別為0.6%、20%、60%、19.4%，按面積比例用加權平均法計算壩基混凝土／巖石綜合抗剪斷強度，f＇=1.15，c＇=1.19MPa。

(4)④壩段（壩右0+143.00m～0+176.00m）。建基面巖石大多微風化，部分弱風化，局部新鮮。斷層有F24、F25。斷層和新鮮、微風化、弱風化巖占壩基面積分別為0、10%、60%、30%，按面積比例用加權平均法計算壩基混凝土／巖石綜合抗剪斷強度，f＇=1.14，c＇=1.18MPa。

(5)⑤壩段（壩右0+176.00m～0+240.00m）。建基面巖石大多微風化，部分弱風化，局部強風化。斷層有F12、F18、F18-1。F18、F18-1。斷層和微風化、弱風化、強風化巖占壩基面積分別為2.5%、70%、25%、2.5%，按面積比例用加權平均法計算壩基混凝土／巖石綜合抗剪斷強度，f＇=1.11，c＇=1.14MPa。

(6)⑥壩段（壩右0+240.00m～0+304.00m）。建基面巖石大多弱風化，部分微風化和強風化。斷層有F19、F20、、f5、f10、fd10～fd14。斷層和微風化、弱風化、強風化巖體占壩基面積比例分別為6.5%、10%、80%、3.5%，按面積比例用加權平均法計算壩基混凝土／巖石綜合抗剪斷強度，f＇=1.05，c＇=1.02MPa。

(7)⑦壩段（壩右0+304.00m～0+318.50m）。建基面巖石多強風化，部分弱風化。斷層有F27、f6、fd14、fd15。斷層和弱風化、強風化巖占壩基面積分別為14.5%、35.5%、50%,按面積比例用加權平均法計算壩基混凝土／巖石綜合抗剪斷強度。f＇=0.85，c＇=0.7MPa。

2.1.2基礎處理

(1)斷層處理。采用挖槽回填混凝土塞、加強固結灌漿的方法。規模較大、性狀較差的斷層，增加錨筋，槽的深度為斷層寬度的1～1.5倍。節理密集帶挖除松動巖石后，增加固結灌漿。

(2)固結灌漿?；竟探Y灌漿孔布置在壩段上、下游各1／3范圍，孔深3.5～5m，孔距、排距均為3m，呈梅花形交錯布置。灌后均打檢查孔進行壓水試驗，透水率標準為q＜3Lu。

(3)帷幕灌漿。帷幕灌漿有主帷幕和副帷幕各1排，孔距2m，排距0.75m，交錯布置，帷幕深度各壩段不一，透水率標準為q＜1Lu。

2.2大壩壩肩

2.2.1壩肩工程地質條件

(1)左岸壩肩。180m高程以上邊坡開挖最大坡高85m，即達265m高程，形成200、220、240、260m高程四級馬道，寬2m。邊坡開挖坡比：在高程180～200m為1∶0.33～1∶0.5，部分為1∶0.75；高程200～220m為1∶0.5～1∶0.75；高程220m以上為1∶1。高程180～200m多為弱風化巖石，部分微風化；高程200～220m多為弱風化巖石，局部強風化；高程220～250m多為強風化巖石，局部弱風化和全風化；高程250m以上多為全風化夾殘留孤石。高程250m以下有F7、F12、F15、F16、F28、F29、F34、f47、f48斷層及數條節理密集帶。左岸壩肩主要結構面傾向山內或與邊坡走向近正交，僅F16、L5、L6順坡傾向，但基本挖除，唯局部尚保留。未發現較大的不利邊坡穩定的結構面及其組合體。

(2)右岸壩肩。高程180m以上開挖邊坡最大坡高65m，即達245m高程，形成199、219m高程兩條馬道，馬道寬度2m。邊坡開挖坡比：高程180～199m為1∶0.5；高程199～219m為1∶0.75～1∶0.5；219m高程以上為1∶1。高程180～199m多為強～弱風化巖石，局部微風化和全風化；高程199～219m多為全風化，部分強風化，局部弱風化；219m高程以上多為全風化夾殘留孤石，局部強風化。219m以下主要斷層有F1、F44，最大破碎寬度分別為6.5m和4.5m。右岸壩肩F21和fy-3及F12和fy-2組合的楔體，經赤平投影穩定分析處于穩定狀態。

2.2.2壩肩邊坡處理

(1)完整性較好的微風化、弱風化巖石，無不利邊坡穩定結構面。噴10cm厚的C20混凝土。

(2)完整性較差的微風化、弱風化巖石及強風化巖石。采用砂漿錨桿φ20＠150×150cm,L=308cm，入巖深度為300cm，噴10cm厚的C20混凝土。

(3)全風化巖石。采用插筋φ16＠200×200cm,L=108cm，入土100cm，并布設φ4＠@25×25cm的鐵絲網，噴10cm厚的C20混凝土。

(4)斷層破碎帶及節理密集帶。除打錨桿外，并布設φ4＠25×25cm的鐵絲網，噴10cm厚的C20混凝土。

(5)邊坡上布置排水孔。間、排距均為300cm，深度400cm，孔徑為50mm。

3壩基巖體質量與評價

3.1壩基巖體質量建基面以利用微風化、弱風化巖石下部為原則，地震波縱波速度＞4000m/s控制。

3.1.1地震彈性波測試（固結灌漿前）

①壩段縱波速度Vp=4000～4800m/s；②壩段Vp＞4000m／s占90%，Vp＜4000m/s占10%；③壩段Vp＞4000m/s占73.6%，Vp＜4000m/s占26.4%；④壩段Vp＞4000m/s占74.8%，Vp＜4000m/s占26.2%；⑤壩段Vp=4100～4700m/s；⑥壩段Vp一般為4600～4800m/s，局部Vp=2200～3400m/s。各壩段縱波速度小于4000m/s的部位，加深開挖深度，并加強固結灌漿。

3.1.2跨孔聲波CT測試

③、④壩段布置跨孔聲波CT測試5組，固結灌漿前聲速為4700～6250m/s，唯ZK0210～ZK0310組在混凝土與基巖接觸帶，聲速為3800m/s，固結灌漿后聲速為4500m/s。

3.1.3聲波單孔測試

①壩段測試孔41個，灌漿前、后平均聲速分別為5066m/s和5311m/s，其中20個孔在建基面附近個別測點固結灌漿前聲速＜4000m/s，固結灌漿后聲速均＞4500m/s。

②壩段測試孔22個，固結灌漿前、后平均聲波速度分別為5327m/s和5618m/s。其中6個孔在建基面附近個別測點固結灌漿前聲波速度＜4000m/s，固結灌漿后聲波速度均＞4500m/s。

③壩段測試孔28個，固結灌漿前聲波速度為3261～6250m/s，其中11個孔局部測點低于4000m/s，固結灌漿后接近5000m/s，或高于5000m/s。

④、⑤、⑥壩段測試孔分別為42、1和4個，固結灌漿前聲速均高于5000m/s。

3.2壩基巖體質量評價

(1)壩基巖石為塊狀中、細?；◢弾r，新鮮、微風化、弱風化巖石下部力學強度高，可滿足建筑物的要求，部分較差或差的巖石經工程處理后，符合設計要求。

(2)斷層、擠壓帶、節理密集帶均進行工程處理，處理后符合設計要求。

(3)固結灌漿前建基面地震縱波速度大多高于4000m/s，局部低于4000m/s的進行工程處理；5組跨孔聲波測試，固結灌漿前聲速為4700～6250m/s，局部在混凝土與基巖接觸帶為3800m/s，固結灌漿后為4500m/s；聲波單孔測試孔151個，其中有37個孔固結灌漿前在建基面附近個別測點聲速低于4000m/s，固結灌漿后高于4000m/s。地震彈性波與聲波測試表明，大壩基礎巖體質量良好，以AⅡ類巖體為主，部分為AⅠ類巖體，局部為AⅢ、AⅣ1類巖體。