王旭紅,賈召文,周英華

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院,四川成都 610072)

在某水電站中采用多種防滲處理方式解決壩基壩肩防滲問題

王旭紅,賈召文,周英華

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院,四川成都 610072)

該電站左岸壩肩及少部分壩基為細(xì)?；◢弾r,右岸壩肩及大部分壩基為粗?；◢弾r,且在粗細(xì)花崗巖中夾有規(guī)模不等的順河向輝綠巖脈,粗細(xì)花崗巖中的滲透性也不同,需要針對不同的巖體采取相應(yīng)的防滲處理方式解決壩基肩的防滲問題。

壩基;壩肩巖性;多種防滲處理方法;監(jiān)測

0 引言

該水電站位于四川省西部大渡河中游石棉縣境內(nèi),壩址距下游石棉縣城約20 km,為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦22級方案的第15梯級電站。該電站壩址處控制流域面積63 040 km2,占全流域的81.44%,多年平均流量1 020 m3/s,水庫正常蓄水位955 m,總庫容1.199 4億m3,最大壩高58.5 m,電站裝機容量700 MW采用瀝青混凝土心墻堆石壩、左岸地面廠房、不過水圍堰、隧洞導(dǎo)流樞紐布置型式。

1 壩址區(qū)基本地質(zhì)條件

壩址位于中高山的開闊河谷地段,呈“L”型河曲展布,長700余米。兩岸谷坡自然坡度25°～35°,左岸970 m高程以下谷坡轉(zhuǎn)折段為基巖組成向河床凸出的崖狀地形,高出水面30余米。兩岸階地漫灘較發(fā)育,現(xiàn)代河床寬窄不一。

壩址出露巖石主要為澄江期粗?；◢弾r和細(xì)粒花崗巖,并有后期侵入的少量各類基性脈巖。此外,河床及岸坡分布有第四系沖積、洪積、崩積及坡積等松散堆積物。

2 壩基巖體分布特點

2.1 粗細(xì)花崗巖的特點及分布范圍

(1)粗?；◢徥?γ42) 屬黃草山花崗巖體的一部分。巖石呈灰白色,具粗?；◢徑Y(jié)構(gòu),礦物成分以鉀長石、斜長石、石英為主,黑云母及磁鐵礦次之,其中少量斜長石,微斜長石及正長石被綠泥石、絹云母所交代。礦物結(jié)晶顆粒粗大,抗風(fēng)化能力相對較弱,但微風(fēng)化—新鮮狀態(tài)的巖塊強度較高。主要分布于右岸及河床。

(2)細(xì)?；◢弾r(γL) 巖石呈灰白色,具細(xì)—中粒花崗結(jié)構(gòu),礦物成分由鉀長石、斜長石、石英及少量云母組成。巖石致密堅硬,抗風(fēng)化力強。該巖體在壩區(qū)呈小型淺成巖株侵于花崗石體內(nèi),總體呈南北向展布,長1.0 km余,寬0.2～0.6 km不等,出露面積0.22 km2左右。形態(tài)不規(guī)則,分枝細(xì)脈繁多,與圍巖焊接式接觸,其產(chǎn)狀總趨勢傾向四周,傾角陡緩不一,西界面70°～87°,東側(cè)界面10°～30°不等。主要分布于左岸。

壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較簡單,無區(qū)域性斷層通過,構(gòu)造形式以南北向輝綠巖脈發(fā)育的擠壓破碎帶、錯動帶和小斷層為主。

壩址區(qū)地下水可分為基巖裂隙水和第四系松散堆積層孔隙水兩大類。

2.2 輝綠巖的分布及對巖體滲體性的影響

輝綠巖(β μ):深灰黑色,細(xì)—微粒或顯晶質(zhì)輝綠結(jié)構(gòu),部分斜長石、輝石已蝕變,脈體寬0.1～2.0 m,個別達(dá)15～20 m,長數(shù)米到數(shù)百米不等。

基性巖脈堅硬、性脆,但受不同程度擠壓破碎,抗風(fēng)化性能相對較弱,地貌上多呈“凹”槽。據(jù)統(tǒng)計壩區(qū)共出露43條,并主要分布于細(xì)?；◢弾r中,粗?；◢弾r相對較少。其中輝長輝綠巖脈(v)僅見3條,占巖脈總數(shù)的6%,特征是色淺粒粗,完整性相對較好,總體沿NE向展布,被后期輝綠巖脈所穿切;輝綠巖脈(β μ)有40條,占94%,特征是粒細(xì)色深,出露寬度大小懸殊,形態(tài)特征不一,展布方向以近SN向為主,與圍巖多呈粘接式接觸。

由于輝綠巖脈順河向展布,防滲線與輝綠巖脈呈大角度相交,巖脈從防滲墻下穿過,最長達(dá)500 m,巖脈中的短小裂隙較發(fā)育,完整性較差,易形成滲漏通道。

2.3 壩基肩巖體透水性分析[1]

大壩左岸基巖臺地平緩,935 m高程以上有10～30 m厚的崩坡積物質(zhì)堆積,基巖為細(xì)?；◢弾r,巖體無強風(fēng)化,據(jù)2#、7#平洞資料,弱風(fēng)化上段水平深度一般為21～56 m,弱風(fēng)化下段水平深度約190 m,該基巖臺地臨河岸水平強卸荷水平深度約為5～9 m,弱卸荷水平深度約為21～56 m,基巖頂面以下垂向弱卸荷帶深約10 m左右,主要為Ⅲ-Ⅳ類巖體。因此,清除表層松動巖體,左壩肩及上下游巖體的承載力及變形指標(biāo)可滿足大壩心墻基礎(chǔ)要求。細(xì)?；◢徥杆詷O不均一,在935 m高程,透水率q≤3 Lu的弱透水巖體垂直埋深一般為136～150 m,在壩頂960 m高程,透水率q≤3 Lu的水平埋深為113m,垂直埋深120 m。建議防滲帷幕深度應(yīng)伸入透水率q≤3 Lu的巖體一定深度內(nèi)。

大壩右岸坡度25°～35°,地形較完整,993 m高程以上有10～20 m厚的崩坡積物質(zhì)堆積,下伏基巖為粗?；◢弾r,巖體呈全強風(fēng)化,據(jù)平洞揭示,強風(fēng)化水平深度一般為61 m,其中,強風(fēng)化上段為30～50 m,弱風(fēng)化一般約為75～120 m,水平弱卸荷深度為37.5～47.5 m。根據(jù)壩址區(qū)工程巖體質(zhì)量分類,右岸在960 m高程,水平埋深61 m以外的巖體總體為散體結(jié)構(gòu),巖體破碎,為Ⅴ類巖體。由試驗成果強風(fēng)化下段粗?；◢弾r體具有一定的強度和抗變形能力,且為弱—中等透水巖體。鑒于該電站壩體相對較低,建議僅挖除強風(fēng)化上段巖體,把心墻基礎(chǔ)置于強風(fēng)化下段巖體上,對強風(fēng)化下段巖體進行適當(dāng)處理,使地基滿足大壩心墻的要求。

在壩頂960 m高程,透水率q≤3 Lu的水平埋深為114 m,垂直埋深68～90 m,建議防滲帷幕深度應(yīng)伸入透水率q≤3 Lu的巖體一定深度內(nèi)。壩基、壩肩滲透剖面見圖1。

3 可研設(shè)計方案及設(shè)計變更

根據(jù)壩址區(qū)水文地質(zhì)條件,按工程位置、巖體滲透特性,分區(qū)采取不同的防滲措施,防滲下限以巖體透水率5 Lu線控制。

圖1 壩基、壩肩滲透剖面Fig.1 Profile of dam foundation and abutment permeation

壩基河床覆蓋層采取全封閉混凝土防滲墻,最大墻深約72 m,防滲墻底部深度按進入弱風(fēng)化基巖面以下1.5 m控制,河床混凝土防滲墻樁號范圍為0+101.4～0+324.4 m,軸線長223.0 m,共劃分38個槽段,防滲墻設(shè)計墻體厚度為1.2m,設(shè)計頂高程901.50m,施工平臺高程903.5 m。河床防滲墻下的細(xì)?；◢弾r(0+326.40～0+265.00 m)及粗粒花崗巖中的巖脈部分(0+242.00～0+220.00 m、0+170.00～0+142.00 m)進行帷幕灌漿,最大帷幕深度約86 m。

左岸細(xì)?；◢弾r采用帷幕灌漿,進入左岸山體水平埋深約110 m,帷幕接地下水位線,帷幕灌漿的垂直處理深度最深為91 m;右岸粗?；◢弾r采用防滲墻,進入右岸山體水平埋深約67 m,垂直埋深進入弱風(fēng)化巖體1.5 m。其中高程937.00 m以上未進入透水率q=5～10 Lu范圍內(nèi)。右壩肩基巖混凝土防滲墻范圍為0-039～0+073 m,軸線長112 m,防滲墻設(shè)計墻體厚度為0.8 m。0+73～0+101.4樁號壩肩開挖完成后呈弱風(fēng)化粗?；◢弾r出露,將此段防滲方式由防滲墻改為帷幕灌漿。

為保護壩基土體不產(chǎn)生滲透破壞,在壩基防滲體的下游壩體所有建基面,設(shè)置了1.5 m厚的反濾排水層,同時又能通暢地排走滲漏水流。在壩體和下游壓重之間設(shè)有5 m寬的排水體,壓重體下設(shè)置1 m厚的排水層,以順暢排走壩體滲漏水流。

砼防滲墻包括河床段砼防滲墻和右壩肩基巖砼防滲墻兩部分,大壩基礎(chǔ)防滲設(shè)計布置詳見表1。

根據(jù)設(shè)計要求,大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿共分為左岸岸坡基巖固結(jié)灌漿、左岸砼擋墻基巖固結(jié)灌漿、河床段覆蓋層固結(jié)灌漿和右岸岸坡基巖固結(jié)灌漿四部分。

針對河床段砼防滲墻與上、下游振沖區(qū)邊緣之間部分范圍,按設(shè)計要求采取了進行固結(jié)灌漿覆蓋層處理,在防滲墻軸線上、下游1.65 m處各布置一排孔,孔間距2 m,灌漿孔深10 m,施工分Ⅱ序進行,每孔分2段,每段長5 m。

表1 大壩基礎(chǔ)防滲設(shè)計布置表Table 1 Design of imper meability to the main dam foundation

根據(jù)防滲墻先導(dǎo)孔資料,河床段基巖中有多條完整性較差且沿河流向延伸的輝綠巖脈,長度達(dá)100多m,蓄水后易形成滲透通道,因此,對這些段加強了灌漿。

右岸壩肩與壩基聯(lián)接段原設(shè)計為防滲墻,但在開挖過程中,發(fā)現(xiàn)基巖強度較高,鉆孔直接成孔困難;若采用人工開挖,槽段成形又較差,深度較深,安全性較差。經(jīng)過研究,最終采用帷幕灌漿,先形成混凝土蓋板后,再進行帷幕灌漿,帷幕深度伸入弱風(fēng)化巖體1.5 m。

通過上述多種防滲處理方式,形成了一個較好的封閉的防滲體系。

4 蓄水后監(jiān)測情況

從2007年5月～10月在壩的上下游共安裝埋設(shè)完成了33支滲壓計。從2008年8月21日開始下閘蓄水,至2009年3月,最高蓄水位達(dá)到了正常蓄水位955.00 m高程,蓄水后的滲壓計監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:防滲墻上游滲壓計測值隨著上游庫水位升高而逐漸增加,上游庫水現(xiàn)基本穩(wěn)定在955 m上下范圍內(nèi),大壩基礎(chǔ)防滲墻下游滲壓計水位實測高程隨庫水位上升逐漸增加,目前實測水位為904.99～907.65 m;目前庫水位為954.47 m,水位差距較為明顯,高差達(dá)50 m,反映出大壩防滲墻防滲效果較佳。

0+148.00 m、0+200.00 m、0+290.00m斷面滲壓孔內(nèi)各高程測點實測水頭值隨其庫水位逐漸上升而增加,水頭作用隨埋設(shè)高程越高而逐漸衰減。0+200.00 m、0+290.00 m樁號斷面防滲體下游建基面各測點滲壓計實測作用水頭為4m以內(nèi),原因主要受下游圍堰拆除滲透影響,各測點水位基本維持在907 m高程左右。

從如上基礎(chǔ)滲壓計監(jiān)測資料分析可知,大壩基礎(chǔ)混凝土防滲墻上游作用水頭最大為50 m,其下游因各測點安裝進埋設(shè)高程不同,水頭作用有所差別,但各測點水位高程基本維持在907 m高程左右。反映出各測點監(jiān)測儀器運行正常,也反映出壩基防滲系統(tǒng)已發(fā)揮作用。

5 結(jié)論

從蓄水后的滲壓計監(jiān)測資料分析可知,監(jiān)測斷面滲壓孔內(nèi)各高程測點實測水頭值隨其庫水位逐漸上升而增加,水頭作用隨埋設(shè)高程越高而逐漸衰減。壩基及壩肩防滲系統(tǒng)防滲效果明顯,沒有出現(xiàn)較大滲漏,達(dá)到了規(guī)范及設(shè)計要求。

該大壩蓄水及發(fā)電一年后,順利通過了水電水利規(guī)劃總院組織的蓄水驗收和大壩安全鑒定。從而說明,在該水電站中為解決壩基壩肩防滲問題采用的多種防滲處理方式,成效是顯著的。

[1] 常士驃,張?zhí)K民,等.工程地質(zhì)手冊[S].北京:中國建筑出版社,2007.

(責(zé)任編輯:胡立智)

Application of Multi-way of Anti-seepage Treatment to Solve the Problem of Anti-seepage Treatment on Dam Foundation and Abutment in a Hydropower Station

WANG Xuhong,JIA Zhaowen,ZHOU Yinghua
(Chengdu Design and Research Institute forHydroelectric Projects,Chengdu,Sichuan610072)

The hydroelectric station left bank dam abutment and s mall part of dam foundation rock is consisting of finegrained granite,the right bank dam abutment and most of the dam foundation rock is consisting of the coarse-grained granite,there are some different scale diabase dikes which ranging from down the river in granite,the penetration is different between the coarse-grained and fine-grained granite,the authors need to take different imper meable treatment to solve the problem of dam abutment seepage according to different rock.

dam foundation;abutment lithology;many kinds of imper meable trea tment;monitor evaluation

TV698.2+33;T V223.4

A

1671-1211(2010)05-0519-03

2010-07-21;改回日期:2010-09-27

王旭紅(1967-),高級工程師,碩士,工程地質(zhì)專業(yè),從事水電工程地質(zhì)勘察工作。E-mail:DKZ WH@126.com