劉義彬,劉邑飛,蘇建明,彭仕雄

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都　610072)

?

某水電站明渠局部滲涌水與變形原因分析及處理

劉義彬,劉邑飛,蘇建明,彭仕雄

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都610072)

本文首先介紹了某水電站明渠漏水變形情況以及可能對(duì)工程造成的嚴(yán)重后果；然后，介紹了漏水變形部位巖土體類(lèi)別及抗沖性能；同時(shí)，介紹了水工模型試驗(yàn)研究成果，即下游河床可能的主要沖刷部位及各部位可能的沖刷程度。在此基礎(chǔ)上對(duì)明渠漏水及變形原因進(jìn)行了深入的分析，并介紹了防護(hù)處理措施及防護(hù)處理效果。最后對(duì)水電站下游河道抗沖防護(hù)問(wèn)題提出了建議。

滲涌水;變形;允許抗沖流速;地下水滲徑;抗沖樁

1　概　　況

某水電站位于雅礱江流域，是以發(fā)電為主的綜合利用水利樞紐。該水電站水庫(kù)正常蓄水位1 015 m，壩高69.5 m，裝機(jī)容量為600 MW。工程樞紐建筑物從左到右依次為左岸擋水壩、廠房壩段、河床四孔泄洪閘壩段、明渠三孔泄洪閘壩段及右岸擋水壩段。

2　滲涌水與變形情況

三期工程(右岸明渠3孔泄洪閘)施工時(shí)間為2014年6月～2015年6月。2015年2月11日，明渠左導(dǎo)墻墻腳樁號(hào)明渠0+155 m分縫上游約1 m左右水平施工縫位置，原局部滲水量突然變?yōu)橛克?見(jiàn)圖1)，涌水水柱距底板頂面高約30～50 cm，水質(zhì)清澈，未見(jiàn)明顯巖屑等物質(zhì)。導(dǎo)墻底板①-2、①-3及明渠底板⑤-2周邊結(jié)構(gòu)縫滲水變大，尤其⑤-2周邊滲水變大較為明顯，由滲水演變?yōu)橛克?，最大涌水水柱距離底板頂面高5 cm；①-3塊為0+170 m結(jié)構(gòu)縫處為點(diǎn)狀滲水現(xiàn)象(見(jiàn)圖1)，滲涌水總量約為400～600 m3/h。當(dāng)時(shí)，三期圍堰已截流，并進(jìn)行三期施工，河水從河床四孔泄洪閘過(guò)流，下泄流量約1 000 m3/s。

明渠護(hù)坦⑤-2塊結(jié)構(gòu)發(fā)生局部沉降，相對(duì)于周邊塊下沉約1～5 cm；左導(dǎo)墻頂在明渠0+155 m、明渠0+170 m、明渠0+185 m結(jié)構(gòu)縫部位有向河床一側(cè)變形現(xiàn)象(約2～3 mm)。

以上情況如繼續(xù)惡化會(huì)導(dǎo)致涌水加劇或明渠左導(dǎo)墻失穩(wěn)，嚴(yán)重影響三期施工。為此，需弄清滲涌水及變形原因，以便采取針對(duì)性的防護(hù)措施。

圖1　明渠導(dǎo)墻底板滲涌水位置示意

3　滲涌水與變形部位工程地質(zhì)條件

3.1左導(dǎo)墻及明渠底板

明渠左導(dǎo)墻采用混凝土“L”型結(jié)構(gòu)，樁號(hào)為左導(dǎo)墻0+125～0+326.3 m；墻頂高程為1 014～1 004 m，左導(dǎo)墻建基面高程974 m。左導(dǎo)墻末端110.3 m采用地下連續(xù)墻基礎(chǔ)，連續(xù)墻埋深約10～29 m。

明渠底板于明渠軸線0+125～0+180.00 m段建基面高程為981.0 m， 0+180.00～0+309.5 m段建基面高程為981.0～985.0 m，明渠底板厚度為2.5 m。明渠軸線0+309.5 m下游為覆蓋層，采用連續(xù)墻基礎(chǔ)，連續(xù)墻頂高程為981.00 m，明渠底板厚6.0 m。

F1斷層產(chǎn)狀N40°～50°W/NE∠65°～75°，斷層帶及其影響帶寬約25 m，斷層帶由碳質(zhì)頁(yè)巖及粉碎巖組成，斷層影響帶主要為碳質(zhì)頁(yè)巖夾砂巖。斷層帶及影響帶抗沖刷能力極差，透水性微弱。

F1斷層及其影響帶以上游建基面巖性為混合巖，弱風(fēng)化Ⅳ類(lèi)巖體，弱至中等透水，抗沖能力差。

F1斷層及其影響帶以下游建基面為弱風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖夾砂巖(Ⅴ類(lèi)巖體)以及砂巖夾有少量頁(yè)巖和煤線(Ⅳ類(lèi)巖)；明渠軸線0+309.5 m以下游段覆蓋層厚，以粉砂質(zhì)粘土為主，表部為砂卵石，采用地下連續(xù)墻基礎(chǔ)。

3.2河床四孔泄洪閘消力池下游河床

河床四孔泄洪閘消力池下游齒槽樁號(hào)為壩0+125 m，齒槽建基面高程為956～960 m，消力池頂板高程為970 m。

消力池齒槽下游為天然河床，基巖以Ⅳ類(lèi)混合巖為主，其中，右下角(壩0+175～0+200 m靠左導(dǎo)墻部位)為F1斷層及影響帶，Ⅴ類(lèi)巖體。壩0+125～0+200 m范圍內(nèi)基巖頂板高程為952～986 m，頂板較低部位位于壩0+160 m附近、靠廠房縱向?qū)б粋?cè)；左導(dǎo)墻左側(cè)墻腳附近基巖頂板高程為983～986 m。Ⅳ類(lèi)巖體抗沖刷能力差，Ⅴ類(lèi)巖體抗沖刷能力極差。

河床覆蓋層厚約17～37 m，頂?shù)诪樯奥咽瘜樱胁繛橥┳恿纸M粉砂質(zhì)黏土(厚約15～24 m)，覆蓋層抗沖刷能力極差。

3.3漏水變形點(diǎn)工程地質(zhì)條件

①-2號(hào)明渠底板地基以Ⅳ類(lèi)混合巖為主，漏水量最大的左下角地基為Ⅳ類(lèi)混合巖，位于F1斷層上游約8 m；右下角局部處于F1斷層帶上，

①-3號(hào)明渠底板左上部分為Ⅳ類(lèi)混合巖，右下部分為F1斷層及影響帶。

⑤-2號(hào)明渠底板左上角部分為Ⅳ類(lèi)混合巖，其余部分為F1斷層及影響帶。

開(kāi)挖揭示地質(zhì)條件與前期勘察結(jié)論基本一致。

可研階段，根據(jù)工程類(lèi)比提出了壩區(qū)巖土體允許抗沖流速建議值，見(jiàn)表1。

表1　壩區(qū)巖土體允許抗沖流速建議值

4　前期水工模型試驗(yàn)情況

招標(biāo)技施設(shè)計(jì)階段工程樞紐整體水工模型試驗(yàn)結(jié)果表明，常年洪水(見(jiàn)圖2)、50年一遇、100年一遇洪水情況下，明渠四孔泄洪閘消力池后水流流速大于該部位土體允許抗沖流速，有的部位流速大于巖體抗沖流速；河床0+168～0+185 m處，沖坑最深點(diǎn)高程為956～962 m；明渠導(dǎo)墻地基部位沖刷高程在962～965 m之間，低于左導(dǎo)墻建基面高程974 m。

明渠出現(xiàn)滲涌水時(shí)，河水流量較小，為1 000 m3/s左右，但導(dǎo)墻地基及河床部位巖土體已遭到較嚴(yán)重的沖刷。

圖2工況8060m3/s 下游沖刷地形(1號(hào)、2號(hào)孔全開(kāi)，3號(hào)孔局開(kāi)，電站全發(fā))

5　勘探、檢測(cè)及監(jiān)測(cè)情況

針對(duì)明渠滲涌水情況、明渠底板變形情況、左導(dǎo)墻變形情況，進(jìn)行了如下勘探和檢測(cè):進(jìn)行了地質(zhì)鉆孔取芯;在地質(zhì)鉆孔內(nèi)進(jìn)行了孔內(nèi)電視、孔內(nèi)錄像、孔內(nèi)聲波、壓水試驗(yàn)、鹽化試驗(yàn);并在地質(zhì)鉆孔間進(jìn)行了連通試驗(yàn);在明渠底板表面縱橫剖面上進(jìn)行地震反射波測(cè)試;左導(dǎo)墻布置了外觀測(cè)點(diǎn)、傾角計(jì)、水準(zhǔn)點(diǎn)等監(jiān)測(cè)手段。

鉆孔巖芯、孔內(nèi)電視、孔內(nèi)聲波、鹽化試驗(yàn)表明:明渠底板出水點(diǎn)主要在混凝土內(nèi)，其次為混凝土與基巖的接觸面，基巖內(nèi)未發(fā)現(xiàn)出水點(diǎn);混凝土與基巖接觸面無(wú)明顯的脫空;明渠混凝土蜂窩、麻面現(xiàn)象較嚴(yán)重，左導(dǎo)墻底部基巖附近的1～2m 混凝土巖性非常破碎。

孔內(nèi)壓水試驗(yàn)表明:F1 斷層及斷層影響帶為微透水;Ⅳ類(lèi)混合巖為弱～中等透水;混凝土內(nèi)及混凝土與基巖接觸面存在強(qiáng)透水帶，混凝土內(nèi)存在冷縫現(xiàn)象，明渠混凝土與基巖接觸部位存在淘刷情況，但未完全貫通;位于明渠底板表部止水部分失效。

孔內(nèi)錄像表明:水流方向向右岸，水源為河水。

鉆孔間連通試驗(yàn)表明:水源為河水，地下水流速為1.5m/min。

地震反射波測(cè)試表明:明渠底板以下無(wú)明顯的、大范圍的脫空帶存在。

左導(dǎo)墻外側(cè)地形測(cè)量表明:河床四孔泄洪閘過(guò)流后，左導(dǎo)墻外側(cè)地基受到了沖刷，主涌水點(diǎn)附近沖刷深度低于建基面2m(EL972m)，水平方向沖刷深度未超過(guò)3m。

監(jiān)測(cè)資料表明:自監(jiān)測(cè)儀器安裝后，左導(dǎo)墻未發(fā)現(xiàn)明顯變形。

水量觀測(cè)表明:自出現(xiàn)涌水以來(lái)，水量未明顯進(jìn)一步變大。

6　明渠滲涌水及變形原因分析

(1)滲涌水原因分析。綜上所述，滲漏水原因?yàn)?明渠底板與混凝土接觸面固結(jié)灌漿效果欠佳，混凝土內(nèi)存在豎向及水平向冷縫及裂縫，同時(shí)存在蜂窩等缺陷，設(shè)置于明渠底板表部的止水部分失效，存在過(guò)水通道。巖土體抗沖性能差，但未進(jìn)行防沖保護(hù)，河床四孔泄洪閘過(guò)水后對(duì)消力池下游天然河床部位覆蓋層及基巖、左導(dǎo)墻地基進(jìn)行了沖刷，導(dǎo)致地下水滲徑變短，水壓增大。河水沿混凝土內(nèi)缺陷、混凝土與基巖接觸面滲漏入導(dǎo)流明渠(三期基坑)內(nèi)。

(2)變形分析。⑤-2塊底板出現(xiàn)1～5cm沉降，主要原因?yàn)樵搲K建基面以F1斷層及影響帶為主，為碳質(zhì)頁(yè)巖，V級(jí)巖體，其中右上角局部為混合巖，Ⅳ級(jí)體;在滲水作用下接觸面處F1斷層及其影響帶物質(zhì)被部分帶走，在載重汽車(chē)反復(fù)碾壓下，底板出現(xiàn)沉降變形。

左導(dǎo)墻頂在明渠0+155m、明渠0+170m、明渠0+185m結(jié)構(gòu)縫部位有向河床一側(cè)變形現(xiàn)象(約2～3mm)，主要原因?yàn)樽髮?dǎo)墻地基受河水沖刷、淘蝕，并在河水作用下引起了導(dǎo)墻不均勻錯(cuò)動(dòng)變形。

7　明渠滲涌水、變形處理措施

監(jiān)測(cè)資料顯示，發(fā)現(xiàn)滲涌水后，左導(dǎo)墻變形未發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步增加，基本穩(wěn)定;滲涌水量未明顯增大，對(duì)三期施工影響不大。但考慮到汛期各種流量下河水的沖刷，對(duì)左導(dǎo)墻地基進(jìn)行了防沖處理設(shè)計(jì);對(duì)明渠底板及地基進(jìn)行了固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，封堵滲漏通道;同時(shí)對(duì)出現(xiàn)沉降的明渠底板設(shè)置錨筋樁，增加底板抗浮力。

具體處理措施如下:在明渠左導(dǎo)墻(左導(dǎo))0+130.00～(左導(dǎo))0+214.00m頂部范圍設(shè)置抗沖樁，樁頂高程1004.00m，鋼筋進(jìn)入導(dǎo)墻底高程以上2.5m，樁底高程為956.00m。樁中心距離導(dǎo)墻左側(cè)2.5m，樁直徑1.0m，間距1.5m。

在① -2、①-3、①-4、①-5、⑤-2、⑥、瑏瑦-1、瑏瑦-2塊底板進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿深度控制在建基面以下5.0～9.8m，間排距3.0m。

在① -2、① -3、① -4、① -5 塊左導(dǎo)墻底部平行導(dǎo)墻底邊線布置2排帷幕灌漿，排距50 cm。第一排(靠左側(cè))距離墻角1.0m 位置，帷幕深度入巖24.0m，第二排(靠右側(cè))深度為第一排的1 /2;孔間距1.5m。

⑤ -2、⑥、瑏瑦-1、瑏瑦-2 塊明渠底板加固采用錨筋束，深入基巖深度9.8m，間排距均為3.0m。

同時(shí)設(shè)計(jì)了外觀點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)、傾角計(jì)等永久監(jiān)測(cè)手段。

8　結(jié)　語(yǔ)

導(dǎo)流明渠開(kāi)挖揭示地質(zhì)條件與前期勘察結(jié)論基本一致。在查明滲涌水及變形原因的基礎(chǔ)上，采取了以上防護(hù)處理措施，已經(jīng)過(guò)一個(gè)汛期的檢驗(yàn)，監(jiān)測(cè)資料顯示，明渠運(yùn)行正常，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，處理效果好。

根據(jù)實(shí)際沖刷情況來(lái)看，桐子林工程前期提出的巖土體允許抗沖流速是基本合適的，水工模型試驗(yàn)成果也具有很好的參考價(jià)值。

水電工程抗沖刷研究，需從兩方面進(jìn)行:一方面根據(jù)巖土體特性，提出允許抗沖流速;另一方面，根據(jù)水工模型試驗(yàn)，了解工程各部位可能出現(xiàn)的沖刷情況。水電工程在抗沖刷研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)充分重視對(duì)下游各可能遭受沖刷的部位進(jìn)行防護(hù)。

2016-03-07

劉義彬(1967-)，男，重慶人，高級(jí)工程師,從事水電工程地質(zhì)勘察工作。

TU46

B

1003-9805(2016)03-0045-03