汪 洋,焦 陽,喬 玲

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,新疆烏魯木齊830000)

1 工程概況

庫什塔依水電站工程位于新疆特克斯縣境內(nèi)的特克斯河最大支流庫克蘇河上,是庫克蘇河水力發(fā)電規(guī)劃中“三庫六級(jí)”中的第五個(gè)梯級(jí)電站,壩址位于庫克蘇河與特克斯河匯合口上游18.36 km處,距特克斯縣20 km,距伊寧市139 km。壩址以上集水面積5 336 km2,多年平均流量68.51 m3/s,多年平均徑流量21.62×108m3。

庫什塔依碾壓式瀝青混凝土心墻壩最大壩高91.6 m,壩頂高程 1 307.60 m,水庫正常蓄水位1 305.00 m,水庫總庫容1.59×108m3,電站裝機(jī)100 MW,為Ⅱ等大(2)型工程,工程由攔河壩、溢洪洞、導(dǎo)流兼泄洪洞、發(fā)電引水洞和廠房等建筑物組成。

2 左岸邊坡工程地質(zhì)

2.1 左壩肩地質(zhì)條件

壩區(qū)河谷呈“U”形,左岸山體坡高202 m,高程1 270 m以下岸坡坡度為30°～40°,1 270m 以上岸坡坡度 60°～ 70°,局部 80°甚至直立 ,基巖裸露。高程1 280 m以上巖性為灰?guī)r,高程1 280 m以下基巖巖性為紅褐色凝灰?guī)r、安山巖、玄武巖,巖體呈塊狀—次塊狀結(jié)構(gòu)。

通過平硐與鉆孔揭露[1-3],左岸壩肩1 260 m～1 430m高程范圍存在強(qiáng)卸荷傾倒巖體,高差170 m,邊坡中上部(高程1 270 m以上)的灰?guī)r卸荷強(qiáng)烈,裂隙非常發(fā)育,中下部(高程1 270 m以下)的凝灰?guī)r卸荷不明顯。邊坡巖體可劃分為強(qiáng)卸荷帶與弱卸荷帶,強(qiáng)卸荷帶水平寬度5 m～37 m,弱卸荷帶水平寬度15 m～30 m。卸荷帶延伸長(zhǎng)度約1 000 m,基巖強(qiáng)風(fēng)化帶厚3 m～5 m,受卸荷帶影響,局部可達(dá)10 m,弱風(fēng)化帶厚10 m～15 m。

卸荷帶巖體在結(jié)構(gòu)面切割組合及重力作用下,發(fā)生卸荷及傾倒變形,巖層呈現(xiàn)“點(diǎn)頭哈腰”現(xiàn)象,巖層傾倒過程中,發(fā)生相對(duì)位移和脫開,強(qiáng)卸荷帶巖體裂隙非常密集且多具有較大的張開度。卸荷裂隙超過75%為陡傾角,緩傾角裂隙很少。在39條較大的卸荷裂隙中,寬度一般在10 cm以上,最大為1.5 m,充填次生黃土或碎石土,局部存在架空現(xiàn)象。弱卸荷帶卸荷裂隙密度較小,拉開寬度一般在10 cm以下,僅局部存在較大裂隙。

2.2 左壩肩PD2平硐(高程1 300 m,壩頂高程以下7.0 m)地質(zhì)條件

PD2平硐內(nèi)0～29 m巖體卸荷強(qiáng)烈,裂隙多張開,發(fā)育9條較大的卸荷裂隙,裂隙間距3.0 m左右,裂隙張開10 cm～70 cm,充填粉土或碎石。29 m～63 m巖體卸荷相對(duì)較弱,裂隙多閉合,63 m以后未卸荷或微卸荷。

2.3 左壩肩PD14平硐(高程1 260 m,壩頂高程以下47.0 m)地質(zhì)條件

0～7.5 m段為弱卸荷帶,卸荷張開1 mm～2 mm,個(gè)別可達(dá)5 mm。7.5 m～67.4 m段巖性為凝灰?guī)r,巖體結(jié)構(gòu)較完整,多為塊狀構(gòu)造。

根據(jù)平硐與鉆孔揭露,左岸岸坡壩頂高程以下約40 m范圍有卸荷裂隙帶分布。

2.4 左壩肩開挖后地質(zhì)條件

壩頂高程1 307.6 m(樁號(hào)0-005～0+44.764)以下清除心墻基座范圍內(nèi)卸荷巖體,在壩頂高程深入巖體水平挖深15.0 m,在1 276 m高程深入巖體水平挖深24.0 m,通過對(duì)左岸壩坡開挖處理,已將大部分發(fā)育較大的卸荷裂隙清除,心墻基座坐在相對(duì)較完整的基巖上,見圖1。

圖1 左壩肩開挖示意圖

3 左壩肩防滲處理原則

(1)庫什塔依水電站工程已于2009-10開工建設(shè),按施工進(jìn)度安排,2010-10截流,2011-10第1臺(tái)機(jī)組發(fā)電,施工期非常緊,所以對(duì)左壩肩卸荷及傾倒變形體,防滲處理方案必須具有可操作性,在確保工程安全的條件下要求施工快速、方便。

(2)對(duì)卸荷裂隙內(nèi)充填的黃土原則上不進(jìn)行置換處理,在天然條件下對(duì)卸荷裂隙進(jìn)行充填灌漿,通過灌漿提高卸荷裂隙內(nèi)沖填物的密實(shí)度。原因如下:

①左岸卸荷帶巖體已發(fā)生傾倒變形,卸荷裂隙傾向坡內(nèi) ,產(chǎn)狀為 10°～ 20°NW 或 SE ∠75°～ 85°,巖體在重力作用下發(fā)生卸荷張開形成卸荷帶并產(chǎn)生傾倒變形,先期充填進(jìn)入裂隙內(nèi)的黃土,后期已擠壓密實(shí),天然密度1.55 g/cm3～1.74 g/cm3,平均天然密度1.65 g/cm3,擊實(shí)試驗(yàn)黃土的最大干密度1.86 g/cm3,裂隙內(nèi)的黃土天然壓實(shí)度平均0.89,已經(jīng)充填密實(shí),如要清除卸荷裂隙縫內(nèi)填充的黃土,不但施工困難,而且施工期壩肩山體的穩(wěn)定性也難以保證。

②卸荷裂隙內(nèi)充填的黃土,已擠壓密實(shí),再通過灌漿進(jìn)一步提高裂隙內(nèi)沖填物的密實(shí)度,沒有必要對(duì)卸荷裂隙內(nèi)充填的黃土進(jìn)行置換處理。

(3)防滲處理措施分4個(gè)層次進(jìn)行。

第1層次:加強(qiáng)防滲處理。

對(duì)左壩肩壩頂高程以下約40 m范圍內(nèi)的卸荷帶巖體,進(jìn)行加強(qiáng)灌漿處理(深孔固結(jié)灌漿和多排帷幕灌漿)。

第2層次:對(duì)坡面上出露的卸荷裂隙進(jìn)行封閉處理和反濾保護(hù)。

對(duì)左壩肩壩頂高程以下約40.0 m范圍內(nèi),在坡面上出露的充填有黃土的卸荷裂隙采用混凝土板進(jìn)行封閉處理,在瀝青混凝土基座下游側(cè)設(shè)置混凝土防護(hù)板,并對(duì)防滲線下游卸荷帶巖體滲流出口進(jìn)行反濾保護(hù),在坡面上鋪設(shè)混合反濾層。

第3層次:運(yùn)行期監(jiān)測(cè)設(shè)施。

加強(qiáng)左壩肩繞壩滲流監(jiān)測(cè),在左壩肩壩軸線下游側(cè)布置滲流監(jiān)測(cè)孔,在瀝青混凝土心墻下游側(cè)布置滲壓計(jì)。

第4層次:后期防滲補(bǔ)強(qiáng)措施。

左壩肩壩頂高程處的灌漿平洞按永久洞設(shè)計(jì),長(zhǎng)期保留,必要時(shí)可對(duì)左壩肩進(jìn)行二次灌漿。

4 左岸防滲處理方案

4.1 防滲措施

為防止庫水沿卸荷裂隙滲漏,在壩頂灌漿平洞內(nèi)及心墻基座上對(duì)卸荷裂隙帶進(jìn)行深孔固結(jié)和帷幕灌漿處理[4],將左岸卸荷帶防滲帷幕與壩基防滲帷幕連成一個(gè)整體。一般工程常規(guī)做法是在心墻基座設(shè)2排固結(jié)灌漿及1排帷幕灌漿,在壩頂高程設(shè)1排帷幕灌漿。而本工程在左岸卸荷帶處心墻基座加寬至8 m,設(shè)2排深孔固結(jié)灌漿孔及4排帷幕灌漿孔,在壩頂灌漿平洞內(nèi)設(shè)2排深孔固結(jié)灌漿(同帷幕深度)及2排帷幕灌漿。具體做法如下:

(1)在卸荷帶處將心墻基座寬度由4.0 m加寬至8 m,為增大卸荷帶范圍內(nèi)的混凝土基座與基巖面的接觸面的灌漿壓力,提高表層基巖灌漿效果,在混凝土基座與基巖面之間增設(shè)φ 25砂漿錨桿,間、排距2 m×2 m,錨桿長(zhǎng)2.5 m,入巖2.0 m,外露0.5m。

設(shè)2排深孔固結(jié)灌漿孔,孔深約15 m～34 m,深孔固結(jié)灌漿伸入到弱卸荷帶面以下,孔距2 m。帷幕灌漿采用4排,孔距2 m、排距1.5 m,梅花形布置,帷幕灌漿孔深度伸入q≤3Lu的埋深界線以下3 m,帷幕灌漿深度同時(shí)滿足該部位壩基所承受最大水頭1/2的要求。

(2)在壩頂處(高程1 307.6m)沿壩軸線方向在山體內(nèi)設(shè)灌漿平洞,灌漿平洞長(zhǎng)65 m,平洞越過弱卸荷帶,在灌漿平洞內(nèi)對(duì)卸荷帶進(jìn)行深孔固結(jié)灌漿及帷幕灌漿,固結(jié)灌漿孔為2排,孔距為2 m,帷幕灌漿孔為2排,孔距為2 m,固結(jié)灌漿和帷幕灌漿深度均為20 m～28 m,深孔固結(jié)灌漿及帷幕灌漿壓力均采用0.5 MPa～1MPa,與壩體心墻基座底部的防滲線連成整體。

經(jīng)過在壩頂灌漿平洞內(nèi)和心墻基座上對(duì)卸荷裂隙帶進(jìn)行深孔固結(jié)及帷幕灌漿處理,將左岸卸荷帶防滲帷幕與壩基防滲帷幕連成一個(gè)整體。在正常蓄水位情況下,卸荷裂隙帶所受最大水頭約為25 m。左岸灌漿平洞內(nèi)的深孔固結(jié)灌漿和帷幕灌漿壓力均采用0.5 MPa～1MPa,既50 m～100 m水頭,灌漿壓力相當(dāng)于巖體所承受水頭的4倍,目的就是提高灌漿效果和防滲效果。

4.2 防止左岸卸荷帶滲透破壞的工程措施

4.2.1 對(duì)充填有黃土的裂隙進(jìn)行置換處理

對(duì)壩頂高程以下40 m壩體范圍的坡面,在壩肩削坡后,對(duì)出露的充填有黃土的裂隙進(jìn)行置換處理,人工掏除裂隙內(nèi)的黃土,回填細(xì)?；炷?大裂隙)或水泥砂漿(小裂隙),裂隙封閉處理具體要求見表1。

表1 裂隙處理情況

已建的恰甫其海水利樞紐工程[5-6],對(duì)風(fēng)積黃土的允許比降做過相應(yīng)的試驗(yàn),在無反濾保護(hù)條件下,土料的自身抗?jié)B比降是:允許比降為1.5～4.5,破壞比降為18～54。在有反濾保護(hù)條件下,土料允許比降為30～50,破壞比降為250～300。

鉆孔壓水試驗(yàn)結(jié)果表明,左岸卸荷帶的透水率一般在12 Lu～45 Lu之間,根據(jù)試驗(yàn)成果和滲透變形判定,左岸卸荷帶中的卸荷裂隙臨界比降平均為3.1。鉆孔壓水試驗(yàn)時(shí),通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),平硐內(nèi)卸荷帶兩側(cè)巖體裂隙發(fā)生滲漏滴水,卸荷帶在供水壓力1.0 MPa下未發(fā)生滲透破壞,在該壓力下計(jì)算出卸荷帶的滲透比降為24.1。

對(duì)壩頂高程以下40 m壩體填筑范圍內(nèi)的上、下游坡面,清坡后對(duì)有黃土的裂隙采用細(xì)?；炷?大裂隙)或水泥砂漿(小裂隙)進(jìn)行置換處理,其最大置換處理長(zhǎng)度為220 m,約是其承受水頭的5倍,庫什塔依左壩肩卸荷裂隙內(nèi)充填的黃土,所承受的滲透比降約為0.2,該封閉長(zhǎng)度與水平防滲的大壩水平鋪蓋長(zhǎng)度基本一致,也就是說在沒有反濾保護(hù)的情況下,壩基一般也不會(huì)產(chǎn)生滲透破壞。

4.2.2 在瀝青混凝土基座下游側(cè)設(shè)置混凝土防護(hù)板

在瀝青混凝土基座下游側(cè)削坡后的坡面上設(shè)置混凝土防護(hù)板,對(duì)坡面上的巖體進(jìn)行封閉,以延長(zhǎng)滲徑,在壩頂高程混凝土防護(hù)板寬15.0 m,在壩頂高程以下40 m(高程1 267.6 m)處混凝土防護(hù)板寬40.0 m,混凝土防護(hù)板采用掛網(wǎng)噴混凝土結(jié)構(gòu),混凝土標(biāo)號(hào)為C25,噴混凝土厚150 mm～200 mm,鋼筋網(wǎng)鋼筋直徑采用φ 8,間排距為150 mm×150 mm。在坡面表層裸露的巖石上布置φ 25砂漿隨機(jī)錨桿,入巖1.6 m,外露0.2 m,錨桿與鋼筋網(wǎng)連成整體。

4.2.3 在瀝青混凝土基座下游側(cè)壩體范圍內(nèi)坡面上鋪設(shè)混合反濾層

在左岸壩頂高程以下40 m壩體范圍瀝青混凝土基座下游側(cè)壩體范圍內(nèi)坡面上,鋪設(shè)3 m厚混合反濾層,對(duì)防滲線下游卸荷帶巖體滲流出口進(jìn)行反濾保護(hù),以防止卸荷裂隙內(nèi)黃土流失,反濾料要求與心墻兩側(cè)過濾料相同,并與心墻下游側(cè)過濾料連成整體,以防止卸荷裂隙內(nèi)黃土的流失。

為避免混合反濾料中粗顆粒在岸坡面上聚集,形成粗顆粒密集帶,影響反濾效果,在混合反濾層施工時(shí),要求混合反濾料鋪筑層厚為0.4 m,人工清除混合反濾料與岸坡面間的粗顆粒。

4.3 運(yùn)行期監(jiān)測(cè)設(shè)施

加強(qiáng)左壩肩繞壩滲流監(jiān)測(cè),在左岸壩軸線下游側(cè)岸坡上布置4個(gè)滲流監(jiān)測(cè)孔,在左壩肩瀝青混凝土心墻下游側(cè)不同高程布置滲壓計(jì),監(jiān)測(cè)左壩肩繞壩滲流情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)左壩肩有無異常現(xiàn)象。

4.4 后期防滲補(bǔ)強(qiáng)措施

左岸壩頂高程處的灌漿平洞按永久洞設(shè)計(jì),長(zhǎng)期保留,必要時(shí)可對(duì)左壩肩進(jìn)行二次灌漿,對(duì)壩頂高程以下約40.0 m高度范圍內(nèi)的卸荷帶巖體進(jìn)行加固處理。

5 結(jié) 論

(1)左壩肩壩頂高程以下約40.0 m范圍內(nèi),卸荷帶巖體在結(jié)構(gòu)面切割組合及重力作用下,發(fā)生卸荷及傾倒變形,強(qiáng)卸荷帶巖體裂隙非常密集且多具有較大的張開度。通過對(duì)左岸壩坡開挖處理,在壩頂高程深入巖體水平挖深15.0 m,在1 276 m高程深入巖體水平挖深24.0 m,將大部分發(fā)育較大的卸荷裂隙清除,心墻基座坐在相對(duì)較完整的基巖上。

(2)左壩肩壩頂高程以下約40.0 m范圍,心墻基座寬度由4.0m加寬至8 m,設(shè)2排深孔固結(jié)灌漿孔,深孔固結(jié)灌漿伸入卸荷帶弱滑裂面以下,采用4排帷幕灌漿,帷幕灌漿孔深度伸入 q≤3Lu的埋深界線以下3 m。在壩頂高程設(shè)65 m深灌漿平洞,平洞越過弱卸荷帶,在灌漿平洞內(nèi)布置2排固結(jié)灌漿孔和2排帷幕灌漿孔,孔深均為20 m～28m,經(jīng)過對(duì)卸荷裂隙帶進(jìn)行深孔固結(jié)和帷幕灌漿處理,將左岸卸荷帶防滲帷幕與壩基防滲帷幕連成一個(gè)整體。

(3)對(duì)壩頂高程以下40 m壩體范圍的坡面,對(duì)出露的充填有黃土的裂隙采用細(xì)?；炷?大裂隙)或水泥砂漿(小裂隙)進(jìn)行置換處理,在瀝青混凝土基座下游側(cè)削坡后的坡面上設(shè)置掛網(wǎng)噴混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土防護(hù)板,對(duì)坡面上的巖體進(jìn)行封閉,以延長(zhǎng)滲徑。

(4)在左岸壩頂高程以下40 m壩體范圍,瀝青混凝土基座下游側(cè)坡面上鋪設(shè)3 m厚混合反濾層,對(duì)防滲線下游卸荷帶巖體滲流出口進(jìn)行反濾保護(hù)。

(5)加強(qiáng)左壩肩繞壩滲流監(jiān)測(cè),在左岸壩軸線下游側(cè)岸坡上布置4個(gè)滲流監(jiān)測(cè)孔,在左壩肩瀝青混凝土心墻下游側(cè)不同高程布置滲壓計(jì),監(jiān)測(cè)左壩肩繞壩滲流情況,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)左壩肩有無異?，F(xiàn)象。

(6)左岸壩頂高程處的灌漿平洞按永久洞設(shè)計(jì),必要時(shí)可對(duì)壩頂高程以下約40.0 m范圍內(nèi)的卸荷帶巖體進(jìn)行加固處理。

通過對(duì)左壩肩邊坡開挖處理,已將大部分發(fā)育較大的卸荷裂隙清除;并通過加強(qiáng)固結(jié)灌漿和帷幕灌漿;對(duì)左壩肩壩頂高程以下約40.0 m范圍內(nèi)坡面上出露的卸荷裂隙進(jìn)行封閉處理和反濾保護(hù);在左岸壩軸線下游側(cè)布置滲流監(jiān)測(cè)孔和在瀝青混凝土心墻下游側(cè)不同高程布置滲壓計(jì),加強(qiáng)運(yùn)行期左壩肩繞壩滲流監(jiān)測(cè)。在左岸壩頂高程設(shè)永久灌漿平洞,必要時(shí)可對(duì)左壩肩進(jìn)行二次灌漿處理。通過以上多個(gè)層次的工程措施,可確保左岸壩肩壩頂高程以下約40.0 m高度范圍內(nèi)卸荷帶巖體的滲透穩(wěn)定,左岸卸荷帶防滲處理方案是安全可靠的。

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[4] 劉安榮,陳秋華,李根,等.復(fù)雜地基處理中化學(xué)灌漿及質(zhì)量控制的研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2010,8(1):60-61.

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