贵州水电开发与地基处理

郑　治

（中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院）

【摘　要】　本文介绍了贵州水电开发现状、岩溶勘察技术、岩溶坝基处理、高边坡与滑坡、危岩体等的治理措施。

【关键词】　贵州水电开发　岩溶坝基　勘察　岩溶治理

1　贵州省水力资源

贵州省水力资源十分丰富，理论蕴藏量大于10MW的河流有170条，技术可开发量为19490MW，发电量778亿kW·h，占全国的第六位；经济可开发量为18980MW，发电量752亿kW·h，占全国第四位。水力资源主要分布在乌江流域和北盘江流域，赤水河流域限于生态鱼类需求，水电尚未开发。大型水电站在中部，中小型水电站以西南部居多。

按照规划，贵州大型水电站有16座，总装机容量13000MW（界河电站仅计1/2装机，下同），占全省水电经济可开发量的65.8%；中型电站有38座，总装机容量3090MW，占16.3%；装机5MW以上的小型电站约420座，总装机容量为2890MW，占15.2%。

2　贵州水电开发

贵州省第一座水电站是桐梓天门河水电站，装机2台，单机容量288kW，1939年开工，1945年4月15日首台机组发电。

新中国成立以来，水电开发历程可分为四个阶段：

第一阶段，从1949年至1979年。第一座小电站修文河口水电站2×750kW，于1951年投产。猫跳河六个梯级电站，第一座大型水电站装机630MW的乌江渡水电站相继开工建设。地方小型水电站的开发达318MW，猫跳河梯级总装机267MW，是我国首批实现梯级完整开发的河流。这一阶段水电总装机约1200MW，还为贵州水电的后续发展作了技术储备和人才培养。

第二阶段是20世纪80年代至90年代初期。该阶段是贵州水电建设的第一个高潮。小水电开发达到324MW，一批大、中型水电站陆续开工，如鲁布格、天生桥一、二级、东风、普定等，总装机容量约2469MW，是前30年水电开发量的2倍。

第三阶段是20世纪90年代中后期。该阶段是水电建设调整时期，国家计划经济向社会主义市场经济转型，改革不断深化，提出了“流域、梯级、滚动、综合”水电开发方针，形成“业主负责制、工程招投标制、工程监理制”的项目建设制度。这一阶段无大、中型水电站开工建设，成立了新型水电企业，如贵州乌江水电开发公司、黔源公司等，理顺了产权关系，并对一大批水电项目开展了深入、全面的前期工作，为水电大发展在组织、技术、资金、人才等方面作了较充足的准备。

第四阶段是1999年至今。在“西部大开发”战略方针指引下，实施“西电东送”战略。第一批“西电东送”水电项目洪家渡、引子渡、乌江渡扩机、索风营水电站相继建成，总装机容量2180MW；第二批水电项目构皮滩（5×600MW）、光照（4×260MW）、思林（4×250MW）、南盘江上的平班水电站（3×135MW）和首批“西电东送”项目同时投入建设，已相继建成。而在建的、建成的中、小型水电站也是不胜枚举，这是贵州水电开发的“第二个春天”。

贵州省大、中型水电开发情况见表1，“十五”、“十一五”、“十二五”水电开发水平和在电网中的比重见表2。

表1　贵州省大、中型水电站建设统计表单位：MW

续表

表2　“十五”、“十一五”、“十二五”贵州电网水电比重及开发比例

表2小水电装机以大于10MW进入统计数，实际小水电总装机为1560MW，则至2010年水电开发比例达76.44%，至2015年水电开发比例达91.75%。

至2012年贵州省水电开发水平将接近欧美水平。大中型水电站建设基本完成，水电开发速度居国内前列。贵州省水电开发速度如此之快，取得如此辉煌的成就，这主要得益于：

（1）“西电东送”的战略部署。贵州煤炭和水力资源都比较丰富，又是西部和东部的衔接点，是“西电东送”的桥头堡。

（2）“流域、梯级、滚动、综合”的开发方针为水力资源开发提供了强大动力。乌江流域开发以已建的乌江渡和东风电站作为母体电站，将其收益和部分折旧作为新项目的资本金进行滚动开发。乌江公司探索出一条“自我发展、滚动开发、带动区域、综合效益”的新路子。

（3）水电开发前期工作充分。贵州省已进行四次水力资源普查，并进行了水电站的规划设计。20世纪80年代中期，由贵阳院和长江委设计院共同编制的“乌江干流规划报告”获国家科技进步一等奖，为乌江流域的快速开发打下坚实的基础。北盘江、南盘江、清水江、赤水河、洪渡河、芙蓉江等流域规划报告为水电开发提供许多电源开发点。

（4）岩溶地基的勘察和处理技术。应用地下水流动系统理论，采用大纵深物探勘测技术，通过地质分析确定岩溶系统发育的空间边界，针对性地采用勘探手段查明喀斯特个体形态特征。岩溶处理是根据工程特点，以防止管道渗漏为主，将管道型渗漏变为裂隙性渗流，创造了孔口封闭、孔内循环、小口径无塞高压灌浆法。

3　岩溶地基勘察与处理

3.1　岩溶勘察(https://www.xing528.com)

贵州省国土面积17.62万km2，山地占84%，丘陵河谷占11%，70%以上的面积是岩溶发育区，地表岩溶地貌广布，极度崎岖破碎，故有“地无三尺平”之说。已建、在建、拟建的水电站几乎全部在岩溶地区，这是贵州省有别于其他省区水电开发的难题。

通过近50年的工程实践，从传统勘探发展到采用先进的物探技术，如微伽重力仪、地质雷达、EH4、GDP—32等大功率音频电磁法，解决了喀斯特地区大范围、大纵深探测的难题。可探测深部（达300m左右）的地质结构和岩溶发育程度，对大于5m的溶蚀区，充填型及无充填型溶洞，相对隔水层及断层带分布均可获清晰的解析图像。应用遥感资料结合计算机图形处理软件，可分析地表水系统演化和地下水系统形成及演变过程。

3.2　岩溶处理

对岩溶地基稳定影响最大的是岩溶洞穴和溶蚀裂隙，以及充填物。岩溶处理应以建筑物的应力应变计算成果为依据。岩溶坝基处理按项目的区分可以归纳为：①改善坝体结构；②提高岩体完整性；③提高岩体的抗渗能力。

岩溶地基处理措施可分为：

（1）结构处理。①扩大建基面宽度，减少地基单位面积上作用力。②选择适应的坝型，如乌江渡的拱形重力坝、窄巷口双拱坝（拱桥上的双曲薄拱坝）。③设置混凝土或钢筋混凝土垫层，如窄巷口、红岩拱坝坝肩。

（2）置换。对溶洞及其充填物，采用开挖回填混凝土是比较彻底的可靠的处理方法，容易达到变岩溶化岩体为裂隙岩体的目的。对于溶蚀地带，采用有限的挖除并设置混凝土塞，以传递坝体应力，可使坝基均匀受力，这是普遍采用的方法。

（3）锚固。在结合面设插筋、锚杆等，以提高坝基接触面的抗剪强度。

（4）固结灌浆。由于岩溶影响，建基面以下岩体承载能力差异较大，采用固结灌浆可改善岩体的各向异性，提高完整性。对局部溶蚀充填物、夹层不能挖除时，可采用深孔高压固结灌浆措施，避免大规模开挖，耽误工期。

（5）防渗处理。防止岩溶水库渗漏，是岩溶地区筑坝的重要任务。

岩溶地区防渗处理必须查明坝址的岩溶水文地质条件，判断可能发生管道渗漏地段。经技术经济比较，选择较优的处理方案和方法。防渗工程应尽可能利用坝区隔水层或相对隔水层，当无相对隔水层时，可建悬掛式帷幕，插入透水率较低的地层中。

岩溶地区防渗难以做到滴水不漏，允许渗漏量以小于坝址区多年平均流量的1%为宜。

岩溶防渗处理范围大、工程量大、历时长、费用高，防渗处理设计难度大，实施难度也大。东风水库防渗帷幕线长达3000多m，防渗面积55万m2，帷幕灌浆32.15万m，防渗工程投资超过大坝，乌江渡左岸局部深（岩溶）达220余m。

岩溶防渗处理主要有以下几种方法：①堵塞岩溶洞穴，将管道型渗漏变为裂隙性渗流，灌浆隧洞和施工支洞尽可能穿过岩溶洞穴，便于采用浆砌块石、混凝土、级配料等封堵。②帷幕灌浆。这是岩溶防渗处理的主要方法，对难以开挖回填封堵的洞穴、岩溶裂隙、溶沟、溶槽，采用孔口封闭、孔内循环、小口径无塞高压灌浆是最有效的方法，也可以采用自上而下分段灌浆法，灌浆材料可采用水泥、粉煤灰、粘土等。③高压旋喷，适用于填充型的大型溶洞。

贵州水利水电工程岩溶防渗处理有许多成功的经验，也有失败的教训。乌江渡、东风、天生桥和西电东送工程（如索风营电站）的防渗，都获得满意的效果。猫跳河四级窄巷口电站，限于当时（20世纪60年代）的岩溶勘查技术和处理技术，出现了大渗水，渗漏量达15～20m3/s。现受大唐电力公司委托，正研究大流量、大流速、深岩溶的堵漏方案。当然，贵州省地方小水库有许多岩溶渗漏的病险水库，都在加固处理中。

4　高边坡和滑坡治理

贵州主要分布沉积岩层状岩体地层，水利水电工程建设常遇不同规模的边坡失稳问题，有时成为工程建设和安全的关键问题。如南盘江天生桥二级电站厂房至调压井边坡高380m，治理面积50余万m2，开挖量达410万m3。洪家渡面板堆石坝坝肩边坡高达310m，构皮滩拱坝坝肩边坡高达400m。

查明边坡岩体地质结构、力学特性、水文地质条件，分析边坡的应力场，研究边坡破坏的力学机制，是高边坡处理的必要程序。边坡破坏模式有蠕滑拉裂、溃屈破坏、倾倒破坏、复合式滑动、楔体滑动等。应根据不同的模式采取不同的措施，综合治理方法有减载、抗滑桩、预应力锚固、地表地下排水系统等。开挖宜自上而下，不能挖“墙角”，加固措施宜集中地布置在前沿。滑坡治理方法见图1。

图1　滑坡治理方法框图

5　危岩体处理

沉积岩层状岩体往往软硬相间，当硬岩位于软岩上方时，由于软岩的风化、软化、蠕变，导致硬岩卸荷裂隙甚为发育，形成危岩体，如索风营电站坝址区有8个危岩体，东风电站的寸腱岩、乌江渡的大小黄崖均属此列。这些危岩体一旦软岩变形加剧，就产生滑移、座滑或倾倒，形成崩塌堆积体。

查明危岩体地质结构、力学特性，分析危岩体的演变规律，研究其破坏的力学机制，确定其破坏模式，根据其所处环境及其对工程建设的影响，而采取相应的处理措施，如减载、预应力锚固、抗剪洞、灌浆、抗滑桩、锚杆系统、截排水等。8个危岩体治理方案见表3。

表3　索风营坝区危岩体处理措施表

6　结语

贵州省丰富的水力资源在50年左右得到大规模开发，达到了国际先进水平，接下来应该做好中小河流的梯级开发，使其与大电站运行调度相和谐，要研究抽水蓄能电站建设，要研究以水电为龙头，煤电、磷电、铝电、提水灌溉、养殖、旅游、保护生态环境等综合发展，要依法治水办电，以水供电，以电养水，合理利用清洁的再生资源，实现贵州社会经济的可持续发展。

总结50多年来贵州岩溶地区水利水电工程的实践，积累了岩溶勘察和岩溶地基处理的丰富经验，它对四川、云南、西藏地区水利水电工程的建设也有参考价值，并将不断完善与发展。