狮子坪水电站坝基深厚覆盖层特性及防渗处理

黎昌有，邓卫东，冯建明

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 概述

狮子坪水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县境内岷江右岸一级支流杂谷脑河上，为杂谷脑河梯级水电开发的龙头水库电站，主要由拦河大坝、放空洞(导流洞)、泄洪洞、引水隧洞、调压井、压力管道及地下厂房等建筑物组成。正常蓄水位高程2 540 m，最大坝高136 m，总库容1.327 亿 m3，引水隧洞长18 707.923 m，设计水头390 m，引用流量61.4 m3/s，装机容量195 MW。

拦河坝为砾石土心墙堆石坝，坝顶 高 程 为2 544 m，坝顶宽12 m，坝顶总长309.4 m。坝基覆盖层防渗采用混凝土防渗墙全封闭方案，防渗墙底嵌入基岩，墙顶与心墙底部齐平，墙顶设观测、检修、灌浆廊道并与两岸帷幕灌浆平洞相连。

2 坝基工程地质条件

2.1 基本地质条件

工程区位于北西向鲜水河断裂带和北东向龙门山断裂带所围限的川青断块的小金～较场弧形构造带之西翼近顶端的次级构造族郎帚状构造带上，在大地构造部位隶属于松潘～甘孜地槽褶皱带范畴，西侧毗连巴颜喀拉冒地槽褶皱带，东邻扬子地台西缘龙门山～大巴山台缘拗陷带，工程场地地震基本烈度为Ⅶ度。

坝址区位于高山峡谷，河谷两岸山体雄厚，区内河道顺直，谷坡地形较完整，河流由西向东流经坝区。枯水期河水位高程为2 412 m，河面宽19～22 m，谷底宽 69～90 m，正常蓄水位高程处谷宽285～305 m。河谷横断面为较对称的“V”型峡谷，岩层与岸坡近于正交，为横向谷。两岸谷坡陡峻，高程2 480 m以上平均坡度为45°～50°，临河坡高300 m以上。

坝址区出露基岩为三叠系上统侏倭组(T3zh)和新都桥组(T3x)的浅变质岩，岩石致密坚硬，岩体风化微弱。

坝址区第四系不同成因堆积物主要分布于河床和两岸谷坡坡脚地带。勘探揭示河床覆盖层厚度为90～101.5 m，其成因类型、层次结构复杂，厚度变化大，既有远源的河流相冲积物，也有近源的崩坡积物。根据成因、物质组成、结构特征，由老到新可分为五层:

①含砂漂(块)卵砾石层(Q3gl+fgl):系冰川冰水混合堆积，分布于河床底部，下伏为基岩，厚度一般为14～18 m，最厚处为25.25 m，顶板埋深73～96 m，顶板高程为2 321～2 344.5 m。漂卵石成分以变质砂岩、板岩为主，偶见花岗岩，漂石粒径一般为20～30 cm，卵砾石粒径一般为2～7 cm，充填灰黄或灰色粉砂、粉质土。该层局部架空，透水性强。

②粉质壤土与粉细砂互层(Q3l):湖相沉积，分布于河床下部，除横Ⅱ勘探线附近缺失外，几乎铺满了整个河床。横Ⅱ上游厚度一般为7.81～8.50 m，下游一般为10～12 m，顶板埋深66～72 m，顶板高程2 337～2 350 m。该层结构较紧密，微弱透水，渗透系数 K20=1.58 ×10－4～1.82 ×10－5cm/s，抗渗性能较高。

③－1含砂漂(块)卵砾石层(Q4al):冲积堆积，分布于河床中下部，下伏为②层。厚39～58 m，顶板埋深7～28 m，顶板高程2 383～2 406 m。漂卵石成分为变质砂岩、板岩，漂石粒径一般为20～40 cm，卵砾石粒径一般为5～10 cm，充填灰黄或灰色粉砂、粉质土，结构较密实。该层分布6个砂层透镜体，粗、中、细砂均有，透镜体厚1.16～4.25 m，顶板埋深 23.35 ～43 m。该层渗透系数 K20=2.48 ×10－3～4.07 ×10－2cm/s，属中等～强透水。

③－2块碎砾石土层(Q4col+dl+al):早期崩坡积与河流冲积混合堆积，主要沿杂谷脑河两岸分布，厚度变化大，与③－1层同一时期形成，交互沉积。据钻孔揭示，横Ⅰ勘探线左、右两岸厚度分别为 27.96 m、44.62 m，顶板埋深分别为 20.14、22.60 m，顶板高程分别为 2 429.51、2 408.8 m;横Ⅱ勘探线右岸总厚度为36.66 m，顶板埋深8 m，顶部高程2 406.04 m，左岸缺失该层。碎砾石成分为板岩、砂岩，块石为砂岩，块石粒径为20～30 cm、碎石粒径为3～8 cm，砾石粒 径 为 0.5～1.0 cm，细粒以粉质土为主，含量约20% ～40%。该层结构分布不均一，有局部粗颗粒集中、局部细颗粒集中的现象。该层具中等～强透水性。

④层(Q4al):该层分布于河床上部，几乎铺满河谷，根据其性状差异分为三个亚层。

④－1层:含碎砾石砂层、粉质壤土层，分布于④层下部，下伏为③－1层、③－2层，除横Ⅴ线附近、下游围堰下游及局部地段缺失外，河床均有分布。该层厚1.80 ～4.74 m，底板埋深12.39 ～32.28 m，底板高程为 2 384.60 ～2 402.41 m，结构较松散。该层具中等～弱透水性。

④－2层:含漂砂卵砾石层，分布于④层中部，除横Ⅴ线附近及下游围堰附近缺失外，河床均有分布，层厚0 ～11.81 m，底板埋深7.45 ～27.55 m，底板高程2 386.9 ～2 397.2 m，结构松散。该层具强透水性。

④－3层:含碎砾石砂层、粉质壤土层，分布于④层上部，除横Ⅳ线上、下游各90 m范围内及局部地段缺失外，河床均有分布。该层厚2.13～11.95 m，底 板 埋 深5.91 ～22.70 m，底 板 高 程2 392.82 ～2 406.50 m，结构松散。该层渗透系数K20=6.61×10－4～3.16×10－3cm/s，具中等 ～ 弱透水性。

⑤含漂卵砾石层(Q4al):现代河床冲积堆积，分布于河床顶部，厚度一般为3～7 m，在横Ⅱ线最厚11 m，顶板高程2 405～2 416.36 m。漂卵砾石成分主要为变质砂岩，偶见板岩，小砾石粒径为0.5～1.0 cm，卵砾石粒径一般为 3 ～7 cm，漂石粒径为20～40 cm，充填物为中细砂，结构松散。该层渗透系数 K20=2.62 ～6.20 ×10－2cm/s，具强透水性。

谷坡坡脚广泛分布崩坡积(Q4dl+col)块碎石土，该层颗粒大小悬殊，分布不均匀，局部细颗粒相对集中，具架空结构，厚度变化大，一般为5～30 m，结构松散。该层渗透系数K20=2.32×10－4～1.50 ×10－2cm/s，具中等 ～强透水性。

2.2 水文地质条件

坝区地下水按贮存介质的不同分为基岩裂隙水和第四系松散堆积层中的孔隙水两种类型。基岩裂隙水主要贮存于谷坡两岸及谷底岩体中，多受构造控制并与岩体的风化、卸荷有关;孔隙水赋存于第四系松散层中，两者均由大气降雨和地下水侧向补给，向河谷排泄。地下水面呈随季节变化而涨落的规律。

坝区河床覆盖层各层透水性不均一，呈②＜④－1＜④－3＜③－2＜①＜③－1＜④－2＜⑤的总体特征。②、④－1、④－3层为细粒土，透水性相对较弱，为相对隔水层，但三层厚度、颗粒结构在空间分布上存在较大差异，从而降低了其作为抗渗和隔水层的作用。③－2、①、③－1、④－2、⑤层主要由粗颗粒组成，剖面上揭示其厚度占河床覆盖层总厚度的70% ～80%，为相对透水层。谷底基岩为变质砂岩与板岩互层，透水性微弱，为相对隔水层。

3 心墙基础防渗设计

狮子坪水电站坝段地质条件复杂，河床覆盖层深厚，没有完整的隔水层，防渗系统的设计难度较大。大坝坝基防渗采用一道厚1.2 m的混凝土防渗墙进行全封闭防渗，防渗墙底崁入基岩1 m以上，最大墙深101.8 m，墙顶与心墙底部齐平，墙顶设观测、检修、灌浆廊道并与两岸帷幕灌浆平洞相连。墙下进行帷幕灌浆防渗处理，防渗帷幕底线以小于或等于3 Lu为界限。为确保防渗墙体的完整性，采用防渗墙内预埋两排灌浆钢管的方法，预埋管沿防渗轴线对称布置，排距0.8 m，孔距2.5 m，在防渗墙体上部5 m设置钢筋笼并与灌浆廊道底板内的钢筋有效连接。

4 防渗墙施工中出现的主要问题及处理措施

由于河床覆盖层深厚，成因类型复杂，各层级配不均一，局部架空，成槽难度大，施工中所遇到的问题较多，主要表现为以下几方面。

4.1 基岩陡坡段中的造孔及处理

前期勘探资料揭示:坝址区河谷横断面为较对称的“V”型谷，河床下基岩边坡坡角约为80°，按设计要求，防渗墙需入基岩1 m以上。由于在陡坡中造孔，钻具在下落冲砸基岩时容易溜钻，施工中极易发生孔斜，将会严重影响防渗效果。

处理措施:施工中采取先施工端孔，再用冲击反循环钻机钻进穿过覆盖层至基岩陡坡段，然后在孔内下置定位器和爆破筒，将爆破筒定位于陡坡斜面上，经爆破后，使陡坡斜面产生台阶或凹坑，然后在台阶或凹坑上下置定位管(排渣管)和定位器(套筒钻头)，用XY－2型工程钻机钻爆破孔，下置爆破筒，提升定位管和定位器进行爆破，爆破后用冲击钻头进行冲击破碎，直至终孔。

4.2 漏浆、塌孔及其处理措施

由于河床覆盖层级配极不均一，局部具架空现象，造孔中部分孔出现了漏浆现象，并在S09、S11槽施工中发生严重塌孔。

(1)漏浆处理:造孔过程中，如遇少量漏浆，则采用加大泥浆比重、投堵漏剂等措施进行处理;如遇大量漏浆，单孔采用回填粘土钻进进行处理，槽孔采用投锯末、水泥或速凝材料等进行堵漏处理，并改冲击反循环钻进为冲击钻挤实钻进，确保孔壁、槽壁安全。

(2)塌孔处理:发现有塌孔迹象时，首先提起施工钻具，根据塌孔程度采取回填粘土、柔性材料或低标号混凝土等措施进行处理;若孔口塌孔，则采取布置插筋、拉筋和架设钢梁等措施保证槽口的稳定;若槽内塌孔严重，则采取浇筑固化灰浆后重新造孔的方式予以处理。

4.3 基岩顶面的鉴定

基岩顶面的鉴定是决定封闭式防渗墙是否嵌入基岩的一个重要工序，其鉴定成果直接决定防渗墙的防渗效果。

本工程河床覆盖层结构复杂，基岩面空间展布复杂，岩面鉴定以可研地质勘察报告、设计图纸等基础资料为依据，在接近基岩面时开始对砂浆泵抽出的岩样进行取样，现场每进尺30～50 cm取样一次;当感觉进入基岩后，每进尺20～30 cm取样一次;当岩层风化程度变化剧烈、地质条件明显异常时，取样频率加密。当基岩顶面与前期勘探资料有较大出入时，则采取钻孔取岩芯的方式进行分析判断。

4.4 漂、块石及硬岩钻进

漂石、块石与硬岩钻进工效低，易产生孔斜，针对这一问题，采取了以下措施进行处理:

(1)槽内爆破:在防渗墙造孔中遇漂(块)石和硬岩时，采用XY－2型岩芯钻钻进，在槽内下置定位器和套管进行钻孔，钻到规定深度后，提出钻具，在漂(块)石和硬岩部位下置爆破筒，提起套管，引爆。爆破后，漂(块)石和硬岩被破碎。

(2)聚能爆破:在漂(块)石或硬岩表面下置聚能爆破筒进行爆破，爆破筒聚能穴锥角为55°～60°，装药量控制在3～6 kg，最大为8 kg。在二期槽孔内则采用减震爆破筒，即在爆破筒外加设一个屏蔽筒，以减轻冲击波对已浇墙体的作用。

4.5 孔斜的处理

发生孔斜的原因很多，其中地层原因是最主要的。当槽孔施工发生孔斜时，将使墙体的有效厚度减少并影响墙体的连续性，因此，对孔斜的控制尤为重要。本工程采取了下列措施进行控制:

(1)改变钻头规格、形状:冲击反循环钻机施工中及时掌握孔形情况，如发现偏斜，在钻头上加焊一圈钢筋，扩大钻头直径，扩孔改变孔斜;或在孔斜的相反方向加焊耐磨块进行修孔。

(2)回填造孔:冲击反循环钻机造孔中若发生孔斜超标严重时，用粒径10～25 cm石料回填至偏斜段顶部，重新进行该段造孔。造孔时，轻打慢放，随时检测修孔效果，直至满足垂直度要求。

(3)定位、定向聚能爆破处理探头石:造孔过程中遇探头石时极易发生孔斜，采用定位、定向聚能爆破炸掉探头石后继续钻进方式进行处理。

5 防渗墙墙体质量检查

为了检验防渗墙混凝土浇筑质量，在成墙1个月后在防渗墙内打2个检查孔，分别做了“五点法”压水试验和三组抗压、弹模检测。

钻孔取芯外观检查结果:两孔混凝土芯样采取率均达100%，孔斜率均＜3‰，混凝土芯除局部芯样略有磨痕外，大部分混凝土芯完整、致密坚硬、强度高;检查孔25段现场压水试验所得渗透系数均小于10－6cm/s，平均渗透系数为2.04～2.44 ×10－7cm/s，属极微透水;检查孔基岩顶面深度和原槽终孔深度基本吻合，墙底落淤均小于3 cm;检查孔3组混凝土芯样室内试验成果表明:抗压强度平均值为36.47 MPa，弹性模量平均值为28 814 MPa，各项检测指标均满足设计技术要求。

防渗墙导向槽爆破拆除后，通过在3个测试孔采用单孔法超声波对防渗墙顶部进行超声波无损检测得到平均波速为4 523～4 628 m/s，防渗墙的完整率满足规范要求。

2009年9月，大坝开始一期蓄水到2 490 m高程，目前大坝还处于后期填筑过程中。经过一期蓄水8个多月的检验，防渗墙下游未见渗漏水现象，防渗墙的防渗质量良好。

6 结语

狮子坪水电站河谷覆盖层深厚，结构层次复杂;河谷横断面成“V”型谷，存在防渗墙槽孔深、预埋件多、成槽难度大等问题。防渗墙的施工质量直接决定防渗墙的防渗性能，施工中必须采取正确、合理和科学的措施及方法，严格按照设计技术要求和规程规范进行控制，保证防渗墙的施工质量，确保其防渗性能达到设计要求。