鄒 剛

(中國水利水電第七工程局成都水利水電建設(shè)工程有限公司，成都611130)

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觀音巖水電站大壩地基涌水分析及處理方法

鄒 剛

(中國水利水電第七工程局成都水利水電建設(shè)工程有限公司，成都611130)

在強(qiáng)滲水地基地區(qū)進(jìn)行水電站工程建設(shè)時(shí)，處理大規(guī)模巖溶涌水問題往往耗費(fèi)大量人力、物力，且處理結(jié)果不理想，不僅嚴(yán)重影響施工工期，也為工程正常運(yùn)行留下隱患。本文結(jié)合觀音巖水電站大壩涌水地基的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出在引排、封堵結(jié)合，解決了大流量涌水基坑澆筑混凝土和灌漿施工技術(shù)的難題。

觀音巖水電站 壩基 涌水 處理方法

1 工程概況

觀音巖水電站位于云南省麗江市華坪縣與四川省攀枝花市交界的金沙江中游河段，為金沙江中游河段八個(gè)規(guī)劃的梯級(jí)電站中的最末一個(gè)梯級(jí)，上游與魯?shù)乩娬鞠嚆暯印ｋ娬緣沃肪嗯手ㄊ屑s72km，距華坪縣城約40km，成昆鐵路支線格里坪站距壩址直線距離約10km。

觀音巖水電站為一等大(1)型工程，以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、旅游等綜合利用功能。水庫正常蓄水位1134m，庫容約20.72億m3，電站裝機(jī)容量3000(5×600)MW。

2 壩址區(qū)地質(zhì)簡介

觀音巖水電站壩基地段枯期河面寬約90m～100m，水深10m，水面高程1018m。河床沖積層厚約16.0m～21.0m，由卵石、砂卵礫石及砂礫石夾漂石組成，局部含10%～15%粘土(泥質(zhì))。沖積層以下基巖為J2s2-2(含礫)細(xì)粒石英砂巖、鐵鈣質(zhì)礫巖夾粉砂巖、J2s3-1細(xì)砂巖為主，夾粉砂巖、少量泥質(zhì)粉砂巖。巖層產(chǎn)狀N25°～35°E，SE∠55°～75°，陡傾右岸，與河床方向斜交，有利于混凝土壩基的深層抗滑穩(wěn)定。河床處于干坪子向斜與大平壩背斜的公共翼，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，但順層擠壓面較發(fā)育。基巖面為弱風(fēng)化巖體，弱風(fēng)化巖體下限埋藏深度在河床沖積層以下，從ZK132至ZK3為3m～18m，高程為975m～990m，以下為微新巖體。據(jù)河中鉆孔資料，弱、微風(fēng)化巖體RQD分別在70%～75%、77%～80%之間。受褶皺構(gòu)造影響，細(xì)砂巖層面節(jié)理發(fā)育、連通性好，巖體滲透性較強(qiáng)，河床部位弱透水性(q<3Lu)頂板埋深在河床以下約150m，高程約850m。

河床部位根據(jù)鉆孔揭露，溶蝕裂隙相對(duì)不發(fā)育，鉆孔ZK132孔深37.35m～38.59m及65.31m～68.72m揭露兩條砂礫質(zhì)土充填的溶蝕洞穴，其余孔段及ZK152僅發(fā)育溶蝕洞一般5cm～30cm，多發(fā)育高程在950m～975m，溶蝕洞穴對(duì)壩基穩(wěn)定不利。

河中廠房建基面高程980m，基巖為J2s2-1、J2s2-2、J2s3-1，為弱風(fēng)化底部和微風(fēng)化頂部巖體，以堅(jiān)硬的(含礫)砂巖、礫巖為主，占70%左右；以厚層至巨厚層狀結(jié)構(gòu)為主，從巖石強(qiáng)度、巖體結(jié)構(gòu)看可滿足廠基的要求。廠基巖體質(zhì)量以Ⅲa為主，但巖層中J2s2-1鈣質(zhì)砂巖、礫巖的溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，局部只能按Ⅲb類、Ⅳa類巖體甚至Ⅴ類考慮。

從參考資料分析，左岸鉆孔ZK142、ZK160溶蝕最發(fā)育，溶蝕洞穴多，溶蝕洞穴相距近，且洞跨度大，在3m～5m，即左岸廠基J2s2-1溶蝕最發(fā)育。河中及右岸鉆孔ZK132、ZK147、ZK152溶蝕相對(duì)較弱，相比較溶蝕洞穴數(shù)量少，洞跨度小，一般小于0.30m(ZK132有一處3.4m洞穴)，即河床及右岸廠基J2s2-2溶蝕現(xiàn)象相對(duì)弱些。根據(jù)廠基溶蝕發(fā)育程度，河床及右岸廠基J2s2-2、J2s3-1區(qū)通過加強(qiáng)固結(jié)灌漿處理。少量地段進(jìn)行針對(duì)處理后，可以滿足廠基的要求；而左岸廠基J2s2-1區(qū)溶蝕發(fā)育洞穴多、洞徑大，需采取特殊手段加固廠基。如加深固結(jié)灌漿的深度，對(duì)開挖揭露的洞穴必須用混凝土置換處理等。

廠房基礎(chǔ)左、右岸基巖開挖邊坡高約65m，設(shè)計(jì)坡比1∶0.5～1∶0.4，巖層為J2s1-3、J2s2-1、J2s2-2、J2s3-1，以弱微風(fēng)化的砂巖、礫巖為主，巖層陡傾，邊坡較穩(wěn)定。

3 壩基巖溶涌水問題分析

工程區(qū)域?yàn)镮II類巖體，根據(jù)實(shí)際開挖揭露，主要為J2s2-2(含礫)細(xì)粒石英砂巖、鐵鈣質(zhì)礫巖夾粉砂巖、J2s3-1細(xì)砂巖，夾粉砂巖、少量泥質(zhì)粉砂巖。巖體質(zhì)量以Ⅲa為主，但巖層中J2s2-1鈣質(zhì)砂巖、礫巖的溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，部分區(qū)域溶蝕發(fā)育洞穴多，且洞徑大，腔體內(nèi)多為砂土散粒充填，廠基遍布多條較小溶蝕條帶和泥質(zhì)巖條帶。其中該區(qū)域發(fā)育有4#、5#、6#較大溶蝕條帶，發(fā)育寬度約為0.8m～6m，且深度較深，條帶內(nèi)大量砂土充填，溶蝕嚴(yán)重，開挖卸荷、爆破及節(jié)理裂隙極為發(fā)育。溶蝕主要表現(xiàn)為：細(xì)砂巖溶蝕(中等至嚴(yán)重)碎塊狀巖體殘留；細(xì)砂巖沿裂隙面溶蝕(輕微～中等)、巖體碎塊狀；粉砂巖中等程度溶蝕碎塊狀巖體；礫巖溶蝕(中等)碎塊狀巖體殘留、礫巖溶蝕(輕微)裂隙面溶蝕；細(xì)砂巖鈣質(zhì)流失；殘留砂土、砂礫石殘留、礫巖鈣質(zhì)流失、含礫細(xì)砂巖鈣質(zhì)流失、殘留砂土夾塊石，涌水多數(shù)沿溶蝕條帶基坑出露位置涌出，部分為上游側(cè)980m高程壩基位置滲漏。多以單點(diǎn)(單縫)方式出露，涌水量大小差異較大，主要集中在基坑左下角溶蝕條帶出露位置。此區(qū)域在開挖過程中，隨著開挖高程降低涌水點(diǎn)逐漸下移至開挖高程。現(xiàn)開挖出的1#機(jī)組及左沖基礎(chǔ)位置區(qū)域，由于涌水較大，嚴(yán)重影響清基施工，采用多臺(tái)大功率水泵抽排，仍無法滿足，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際查看，滲水主要集中在下游圍堰左側(cè)拐角區(qū)域(樁號(hào)：壩橫0+131.000m～0+196.6.000m，壩縱0+315.000m～0+326.300m)，最大涌水量約為1.2m3/min，基坑總的排水量約為4660m3/h。此區(qū)域滲水量占有較大比例，地板單點(diǎn)涌水量極大，溶蝕情況嚴(yán)重，地質(zhì)條件復(fù)雜，為廠基施工的重點(diǎn)難點(diǎn)部位，開挖揭示部分地質(zhì)及涌水情況見圖1。

圖1 大壩地基部分地質(zhì)及涌水

根據(jù)壩址區(qū)地層及構(gòu)造分布，結(jié)合壩基開挖的實(shí)際情況，首先對(duì)壩址區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律進(jìn)行了分析。壩基巖體巖溶發(fā)育呈條狀，深部沿層面或斷層方向連通性好、透水性強(qiáng)，巖溶洞穴沿順4#、5#、6#較大溶蝕條帶聯(lián)通性較好，并通過下游圍堰延伸至河床中部，為二期基坑巖溶最發(fā)育部位，溶洞多呈半充填狀。由此可判斷，基坑大量涌水的原因是：下游圍堰深溶蝕條帶及左山體沿NEE向延伸的巖溶通道發(fā)育，尤其是沿?cái)鄬尤芪g條帶形成貫通性好的管道狀溶洞，在壩基部位的砂卵石覆蓋層及淺部基巖被挖出后，巖溶通道被揭露出地表，外部河水沿下游圍堰深部巖溶通道進(jìn)入基坑，并在壩基部位形成多點(diǎn)集中涌水現(xiàn)象。

4 巖溶涌水處理方案

根據(jù)巖溶堵漏“堵排結(jié)合”的一般原則，對(duì)基坑涌水點(diǎn)、涌水區(qū)實(shí)施堵漏灌漿，采取灌砂漿、摻礫石、海帶以及雙液灌漿等方法。以上措施對(duì)涌水壓力較小的涌水點(diǎn)、涌水區(qū)堵漏效果較佳。而巖溶刻槽與下游圍堰結(jié)合部位，巖溶連通性好，涌水壓力較大，巖體破碎，灌入的漿液和添加物被涌水帶走或出現(xiàn)新的涌水點(diǎn)，封堵效果不理想。鑒于施工進(jìn)度已延誤，若等漏水通道全部封閉再進(jìn)行混凝土澆筑，將無法如期完成工程建設(shè)。針對(duì)上述情況，對(duì)巖溶涌水較大點(diǎn)采用階梯集水井引排減壓(見圖2)，對(duì)無外漏涌水點(diǎn)進(jìn)行灌漿封堵。

圖2 階梯集水井引排減壓示意

首先，對(duì)基坑滲漏水點(diǎn)(區(qū)域)鉆孔，并安裝排水管引排至施工區(qū)域外，盡量減少施工區(qū)域內(nèi)集水量，然后根據(jù)實(shí)際情況在一定位置布置排水泵抽排剩余滲漏水，清基時(shí)對(duì)基礎(chǔ)采用混凝土覆蓋，把排水管引至混凝土倉號(hào)外，待混凝土澆筑滿足堵水施工條件后的固結(jié)灌漿前，對(duì)涌水區(qū)域進(jìn)行堵水灌漿。對(duì)滲漏水點(diǎn)周圍進(jìn)行觀察及地質(zhì)分析，清除漏水點(diǎn)上層渣土或覆蓋物至基巖，采用高風(fēng)壓履帶鉆機(jī)結(jié)合100B風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)鉆孔，一般在滲漏水點(diǎn)位置鉆孔孔徑為φ89mm主水孔，在滲漏水點(diǎn)周圍0.5m～1.0m半徑均勻布置1～5個(gè)鉆孔作為排水孔。鉆孔孔深一般為3m～5m，鉆孔完成后采用鑲孔口管或模袋塞進(jìn)行孔口封閉，下設(shè)射漿花管至孔底，孔口安裝節(jié)門并采用管子把涌水引至一定位置。

涌水引出施工區(qū)域后，待混凝土澆筑滿足堵水施工條件后進(jìn)行堵水灌漿。灌漿按“先表面封堵，后主控孔灌漿”、“先外圍孔，后內(nèi)部孔”的原則進(jìn)行。灌漿次序原則上遵循先灌無水孔，再灌出水量小的孔，最后灌出水量大的孔。對(duì)于灌漿過程中形成新的滲漏部位，先采用常規(guī)方法封堵，如效果不明顯則立即停止該灌漿孔封堵灌漿，對(duì)新出水部位布置淺孔進(jìn)行淺層灌漿，待新出水部位淺層封堵灌漿完成后，再恢復(fù)主灌孔封堵灌漿。灌漿壓力根據(jù)實(shí)際情況采用0.5MPa～1.5MPa。經(jīng)過嚴(yán)格的過程控制，監(jiān)理現(xiàn)場旁站，堵水灌漿處理后，孔內(nèi)無滲水，灌漿效果較好，達(dá)到了將滲水最大限度地阻擋在壩基以外的目的。

5 結(jié)論

巖溶涌水對(duì)觀音巖水電站工程建設(shè)危害大，處理較困難，沒有專門統(tǒng)一的處理辦法。只有在掌握了巖溶規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過細(xì)致的地質(zhì)論證，才能有針對(duì)性地提出相應(yīng)的處理辦法。

鄒 剛(1970-)，男，四川南部縣人，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事水電施工技術(shù)與管理工作。

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