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        錦屏二級水電站閘基深厚覆蓋層工程地質特性研究

        2021-06-19 09:30:18周春宏賈海波
        水利規(guī)劃與設計 2021年6期
        關鍵詞:覆蓋層河床防滲墻

        周春宏,賈海波,曹 強,廖 卓

        (中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,浙江 杭州 311122)

        1 工程概述

        錦屏二級水電站攔河閘壩位于雅礱江錦屏大河彎西端的貓貓灘,最大壩高34m,由分離式布置的泄水閘、取水口等組成;泄水閘布置在貓貓灘河段河道中央,左右岸接頭為混凝土重力壩,導流洞布置在右岸,水庫正常蓄水位為1646m,閘頂設計高程1654m。閘址以上控制流域面積為10.3萬km2,閘址處多年平均流量1220m3/s。本文闡述了河床覆蓋層不同層組的分布發(fā)育情況,深入分析了可能存在的工程地質問題,提出了相應的處理措施。

        2 閘址區(qū)工程地質條件

        工程區(qū)位于川滇菱形斷塊內的東部,新構造運動以整體抬升為主,其地震危險性主要受外圍強震帶的影響。工程閘址區(qū)50年超越概率10%的基巖水平峰值加速度為0.104g,相應的地震基本烈度均為Ⅳ度。

        閘壩區(qū)河道順直,流向N25°E,河谷較開闊,兩岸山體雄厚,河谷呈“V”型之縱向谷,兩岸無階地及漫灘分布。當枯水位高程1627m時,水面寬71.4m,水深10m左右,當正常蓄水位1646m時,谷寬137.46m。地層主要為三疊系上統(tǒng)(T3)之變質砂巖、板巖及第四系覆蓋層,變質砂巖、板巖常以互層狀產出。

        閘址位于貓貓灘向斜近軸部地帶,核部最新地層為T34泥質板巖,兩翼地層為T33~T2z變質長石石英細砂巖、粉砂巖、粉砂質板巖及大理巖。閘址區(qū)內無區(qū)域性斷層通過,亦無較大的順河斷層分布,唯閘址下游左岸大奔流溝溝口發(fā)育有一條F4斷層,及NE~NEE向陡傾斷層F209、F213、f221外,其余均為長度200m以內、寬度一般小于0.5m的小斷層。

        閘址區(qū)地下水類型主要有基巖裂隙水和第四系松散堆積物孔隙水,總體上閘址區(qū)因兩岸谷坡地形陡峭,地表徑流通暢,基巖裂隙水水量不豐,地下水埋深大,基本通過地下徑流方式匯入雅礱江。

        3 閘基深厚覆蓋層工程地質特征

        根據(jù)前期勘察資料及閘基開挖情況,河床覆蓋層厚度一般在35~40m,最厚可達50.10m。自下而上分為四大層五小層(圖1),分述如下。

        圖1 閘址河床工程地質剖面示意圖

        據(jù)閘壩覆蓋層6組承壓板載荷試驗成果表明,天然狀況下地基承載力特征值fak在752~850kPa之間,平均798.2kPa,能滿足設計要求(400~500kPa);試驗最大荷載分別為1202.6、1976kPa時,其各自對應最大沉降量分別為6.43~7.30mm、13.23~15.81mm。閘址覆蓋層的平均波速為272~347m/s,為中硬場地土,場地類別為Ⅱ類。

        通過對閘址河床覆蓋層進行的多項試驗,并結合閘址工程地質條件及川西地區(qū)深厚覆蓋層工程類比法,提出閘址的巖土體物理力學參數(shù)建議指標,見表1。

        4 閘基覆蓋層主要工程地質問題

        閘基覆蓋層結構復雜,分布不均,土的物理力學性質差異較大,不均勻沉降變形、滲漏、滲透穩(wěn)定等工程地質問題較為突出?,F(xiàn)詳細分析如下。

        4.1 壓縮變形及不均勻沉降

        通過2#~5#鋪蓋灌后9組孔跨孔波速Vp平均值的比較可得出,覆蓋層(包括回填碎石層)灌后波速范圍為2000~4878m/s,總體平均值為2928m/s,滿足設計的灌后標準(>2000m/s);灌后變形模量在62.46~181.86MPa,平均值為110.60~119.50MPa,滿足設計的灌后標準。截止2020 年6 月,壩基累計沉降最大值14.09mm,沉降變化趨勢趨向平緩,逐步收斂(如圖2所示)。

        圖2 壩基累計沉降觀測

        4.2 閘基滲漏

        據(jù)現(xiàn)場抽水試驗成果表明,Ⅰ層的滲透系數(shù)k值一般為8.01~47.0m/d,在該層頂板局部部位受架空影響,達100.2~126.14m/d。Ⅱ層的滲透系數(shù)k值一般為21.11~42.15m/d,最大可達350.8m/d。Ⅲ- 1層結構變化較大,滲透系數(shù)k值在10.4~32.98m/d不等,局部地段k值可達105.4m/d。Ⅲ- 2層k值為12.73~30.78m/d。

        為研究閘址覆蓋層的滲漏情況,進行了滲流場數(shù)值模擬計算,分別計算下列組合工況:①工況1上游正常蓄水位(1646m)與下游枯期地下水位;②工況2上游設計洪水位(1648m)與下游設計洪水位(1638m);③工況3上游校核洪水位(1651m)與下游校核洪水位(1645m);④工況4上游死水位(1640m)與下游枯期地下水位(1620m);對各種計算工況下的各層基礎滲流量進行分析對比,同時由于各層滲透系數(shù)不同,對層間的最大坡降也進行了分析,其結果見表2。

        表2 滲流計算成果表

        從上表得知,工況2水頭差最小僅5m,各層水力坡降及層間坡降也最小,滲漏量為165.024m3/(d·m);工況1最大,其總單寬滲流量達到858.125m3/(d·m),總滲漏量達140732.5m3/d,說明這種工況下水庫滲漏問題較嚴重,需采取防滲處理。

        4.3 滲透穩(wěn)定

        第四系松散堆積物的透水性能受土層結構、密實程度、顆粒級配、細粒含量、分選程度、顆粒形狀等控制。閘址覆蓋層各土層均具備發(fā)生滲透破壞的地質條件,其滲透破壞方式以管涌破壞為主,部分可能出現(xiàn)過渡型破壞,而且各層之間還具備存在接觸沖刷和接觸流失的可能,滲透穩(wěn)定問題突出。因此,閘基滲流控制應結合各層土體的透水性及允許坡降,進行可靠的防滲處理,確保閘基土體的抗?jié)B穩(wěn)定性。施工時采取以混凝土防滲墻為主的防滲措施。

        施工時采用防滲墻及部分防滲帷幕相結合進行閘基防滲處理措施,且在兩岸及部分防滲墻下的基巖灌漿孔深度進入5Lu線以下5m,采用單排直線形式布置,孔距2.0m,其中河床部位防滲帷幕深度在36~63m之間。

        4.4 砂層液化

        閘址河床覆蓋層內包括雞窩狀砂層在內共37處,其中40.5%分布于下部Ⅰ層中,27.0%分布于Ⅲ- 1層中,21.7%分布于Ⅲ- 2層中,10.8%分布于Ⅱ層中;厚度大于1m的透鏡體共有15處。經液化判別,閘基覆蓋層在Ⅶ度地震基本烈度條件下不發(fā)生砂土液化。在Ⅷ度設防烈度時Ⅲ- 1和Ⅲ- 2層在埋深15m以內的砂層透鏡體會發(fā)生液化,液化等級屬輕微液化,需采取抗液化措施。為減少基礎的不均勻沉降、防止砂層液化,確保閘壩安全,對閘壩基礎的覆蓋層進行水泥固結灌漿加固處理。

        5 結語

        由于河床深厚覆蓋層各土層的性質差異,致使閘基存在壓縮變形及不均勻沉降、滲漏、滲透變形及滲透穩(wěn)定、砂土液化等工程地質問題。通過對閘基覆蓋層進行墊層置換、振動夯實、固結灌漿等工程措施,以提高閘基土體抗變形能力及防止砂土液化;而采用混凝土防滲墻+防滲帷幕的防滲措施,可防止閘基土體出現(xiàn)滲透破壞。從多年的工程運行來看,各觀測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)異常,表明所采取的工程處理措施是合適的。

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