在某水电站中采用多种防渗处理方式解决坝基坝肩防渗问题

王旭红,贾召文,周英华

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川成都 610072)

在某水电站中采用多种防渗处理方式解决坝基坝肩防渗问题

王旭红,贾召文,周英华

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川成都 610072)

该电站左岸坝肩及少部分坝基为细粒花岗岩,右岸坝肩及大部分坝基为粗粒花岗岩,且在粗细花岗岩中夹有规模不等的顺河向辉绿岩脉,粗细花岗岩中的渗透性也不同,需要针对不同的岩体采取相应的防渗处理方式解决坝基肩的防渗问题。

坝基;坝肩岩性;多种防渗处理方法;监测

0 引言

该水电站位于四川省西部大渡河中游石棉县境内,坝址距下游石棉县城约20 km,为大渡河干流规划调整推荐22级方案的第15梯级电站。该电站坝址处控制流域面积63 040 km2,占全流域的81.44%,多年平均流量1 020 m3/s,水库正常蓄水位955 m,总库容1.199 4亿m3,最大坝高58.5 m,电站装机容量700 MW采用沥青混凝土心墙堆石坝、左岸地面厂房、不过水围堰、隧洞导流枢纽布置型式。

1 坝址区基本地质条件

坝址位于中高山的开阔河谷地段,呈“L”型河曲展布,长700余米。两岸谷坡自然坡度25°～35°,左岸970 m高程以下谷坡转折段为基岩组成向河床凸出的崖状地形,高出水面30余米。两岸阶地漫滩较发育,现代河床宽窄不一。

坝址出露岩石主要为澄江期粗粒花岗岩和细粒花岗岩,并有后期侵入的少量各类基性脉岩。此外,河床及岸坡分布有第四系冲积、洪积、崩积及坡积等松散堆积物。

2 坝基岩体分布特点

2.1 粗细花岗岩的特点及分布范围

(1)粗粒花岗石(γ42) 属黄草山花岗岩体的一部分。岩石呈灰白色,具粗粒花岗结构,矿物成分以钾长石、斜长石、石英为主,黑云母及磁铁矿次之,其中少量斜长石,微斜长石及正长石被绿泥石、绢云母所交代。矿物结晶颗粒粗大,抗风化能力相对较弱,但微风化—新鲜状态的岩块强度较高。主要分布于右岸及河床。

(2)细粒花岗岩(γL) 岩石呈灰白色,具细—中粒花岗结构,矿物成分由钾长石、斜长石、石英及少量云母组成。岩石致密坚硬,抗风化力强。该岩体在坝区呈小型浅成岩株侵于花岗石体内,总体呈南北向展布,长1.0 km余,宽0.2～0.6 km不等,出露面积0.22 km2左右。形态不规则,分枝细脉繁多,与围岩焊接式接触,其产状总趋势倾向四周,倾角陡缓不一,西界面70°～87°,东侧界面10°～30°不等。主要分布于左岸。

坝址区地质构造较简单,无区域性断层通过,构造形式以南北向辉绿岩脉发育的挤压破碎带、错动带和小断层为主。

坝址区地下水可分为基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙水两大类。

2.2 辉绿岩的分布及对岩体渗体性的影响

辉绿岩(β μ):深灰黑色,细—微粒或显晶质辉绿结构,部分斜长石、辉石已蚀变,脉体宽0.1～2.0 m,个别达15～20 m,长数米到数百米不等。

基性岩脉坚硬、性脆,但受不同程度挤压破碎,抗风化性能相对较弱,地貌上多呈“凹”槽。据统计坝区共出露43条,并主要分布于细粒花岗岩中,粗粒花岗岩相对较少。其中辉长辉绿岩脉(v)仅见3条,占岩脉总数的6%,特征是色浅粒粗,完整性相对较好,总体沿NE向展布,被后期辉绿岩脉所穿切;辉绿岩脉(β μ)有40条,占94%,特征是粒细色深,出露宽度大小悬殊,形态特征不一,展布方向以近SN向为主,与围岩多呈粘接式接触。

由于辉绿岩脉顺河向展布,防渗线与辉绿岩脉呈大角度相交,岩脉从防渗墙下穿过,最长达500 m,岩脉中的短小裂隙较发育,完整性较差,易形成渗漏通道。

2.3 坝基肩岩体透水性分析[1]

大坝左岸基岩台地平缓,935 m高程以上有10～30 m厚的崩坡积物质堆积,基岩为细粒花岗岩,岩体无强风化,据2#、7#平洞资料,弱风化上段水平深度一般为21～56 m,弱风化下段水平深度约190 m,该基岩台地临河岸水平强卸荷水平深度约为5～9 m,弱卸荷水平深度约为21～56 m,基岩顶面以下垂向弱卸荷带深约10 m左右,主要为Ⅲ-Ⅳ类岩体。因此,清除表层松动岩体,左坝肩及上下游岩体的承载力及变形指标可满足大坝心墙基础要求。细粒花岗石透水性极不均一,在935 m高程,透水率q≤3 Lu的弱透水岩体垂直埋深一般为136～150 m,在坝顶960 m高程,透水率q≤3 Lu的水平埋深为113m,垂直埋深120 m。建议防渗帷幕深度应伸入透水率q≤3 Lu的岩体一定深度内。

大坝右岸坡度25°～35°,地形较完整,993 m高程以上有10～20 m厚的崩坡积物质堆积,下伏基岩为粗粒花岗岩,岩体呈全强风化,据平洞揭示,强风化水平深度一般为61 m,其中,强风化上段为30～50 m,弱风化一般约为75～120 m,水平弱卸荷深度为37.5～47.5 m。根据坝址区工程岩体质量分类,右岸在960 m高程,水平埋深61 m以外的岩体总体为散体结构,岩体破碎,为Ⅴ类岩体。由试验成果强风化下段粗粒花岗岩体具有一定的强度和抗变形能力,且为弱—中等透水岩体。鉴于该电站坝体相对较低,建议仅挖除强风化上段岩体,把心墙基础置于强风化下段岩体上,对强风化下段岩体进行适当处理,使地基满足大坝心墙的要求。

在坝顶960 m高程,透水率q≤3 Lu的水平埋深为114 m,垂直埋深68～90 m,建议防渗帷幕深度应伸入透水率q≤3 Lu的岩体一定深度内。坝基、坝肩渗透剖面见图1。

3 可研设计方案及设计变更

根据坝址区水文地质条件,按工程位置、岩体渗透特性,分区采取不同的防渗措施,防渗下限以岩体透水率5 Lu线控制。

图1 坝基、坝肩渗透剖面Fig.1 Profile of dam foundation and abutment permeation

坝基河床覆盖层采取全封闭混凝土防渗墙,最大墙深约72 m,防渗墙底部深度按进入弱风化基岩面以下1.5 m控制,河床混凝土防渗墙桩号范围为0+101.4～0+324.4 m,轴线长223.0 m,共划分38个槽段,防渗墙设计墙体厚度为1.2m,设计顶高程901.50m,施工平台高程903.5 m。河床防渗墙下的细粒花岗岩(0+326.40～0+265.00 m)及粗粒花岗岩中的岩脉部分(0+242.00～0+220.00 m、0+170.00～0+142.00 m)进行帷幕灌浆,最大帷幕深度约86 m。

左岸细粒花岗岩采用帷幕灌浆,进入左岸山体水平埋深约110 m,帷幕接地下水位线,帷幕灌浆的垂直处理深度最深为91 m;右岸粗粒花岗岩采用防渗墙,进入右岸山体水平埋深约67 m,垂直埋深进入弱风化岩体1.5 m。其中高程937.00 m以上未进入透水率q=5～10 Lu范围内。右坝肩基岩混凝土防渗墙范围为0-039～0+073 m,轴线长112 m,防渗墙设计墙体厚度为0.8 m。0+73～0+101.4桩号坝肩开挖完成后呈弱风化粗粒花岗岩出露,将此段防渗方式由防渗墙改为帷幕灌浆。

为保护坝基土体不产生渗透破坏,在坝基防渗体的下游坝体所有建基面,设置了1.5 m厚的反滤排水层,同时又能通畅地排走渗漏水流。在坝体和下游压重之间设有5 m宽的排水体,压重体下设置1 m厚的排水层,以顺畅排走坝体渗漏水流。

砼防渗墙包括河床段砼防渗墙和右坝肩基岩砼防渗墙两部分,大坝基础防渗设计布置详见表1。

根据设计要求,大坝基础固结灌浆共分为左岸岸坡基岩固结灌浆、左岸砼挡墙基岩固结灌浆、河床段覆盖层固结灌浆和右岸岸坡基岩固结灌浆四部分。

针对河床段砼防渗墙与上、下游振冲区边缘之间部分范围,按设计要求采取了进行固结灌浆覆盖层处理,在防渗墙轴线上、下游1.65 m处各布置一排孔,孔间距2 m,灌浆孔深10 m,施工分Ⅱ序进行,每孔分2段,每段长5 m。

表1 大坝基础防渗设计布置表Table 1 Design of imper meability to the main dam foundation

根据防渗墙先导孔资料,河床段基岩中有多条完整性较差且沿河流向延伸的辉绿岩脉,长度达100多m,蓄水后易形成渗透通道,因此,对这些段加强了灌浆。

右岸坝肩与坝基联接段原设计为防渗墙,但在开挖过程中,发现基岩强度较高,钻孔直接成孔困难;若采用人工开挖,槽段成形又较差,深度较深,安全性较差。经过研究,最终采用帷幕灌浆,先形成混凝土盖板后,再进行帷幕灌浆,帷幕深度伸入弱风化岩体1.5 m。

通过上述多种防渗处理方式,形成了一个较好的封闭的防渗体系。

4 蓄水后监测情况

从2007年5月～10月在坝的上下游共安装埋设完成了33支渗压计。从2008年8月21日开始下闸蓄水,至2009年3月,最高蓄水位达到了正常蓄水位955.00 m高程,蓄水后的渗压计监测数据表明:防渗墙上游渗压计测值随着上游库水位升高而逐渐增加,上游库水现基本稳定在955 m上下范围内,大坝基础防渗墙下游渗压计水位实测高程随库水位上升逐渐增加,目前实测水位为904.99～907.65 m;目前库水位为954.47 m,水位差距较为明显,高差达50 m,反映出大坝防渗墙防渗效果较佳。

0+148.00 m、0+200.00 m、0+290.00m断面渗压孔内各高程测点实测水头值随其库水位逐渐上升而增加,水头作用随埋设高程越高而逐渐衰减。0+200.00 m、0+290.00 m桩号断面防渗体下游建基面各测点渗压计实测作用水头为4m以内,原因主要受下游围堰拆除渗透影响,各测点水位基本维持在907 m高程左右。

从如上基础渗压计监测资料分析可知,大坝基础混凝土防渗墙上游作用水头最大为50 m,其下游因各测点安装进埋设高程不同,水头作用有所差别,但各测点水位高程基本维持在907 m高程左右。反映出各测点监测仪器运行正常,也反映出坝基防渗系统已发挥作用。

5 结论

从蓄水后的渗压计监测资料分析可知,监测断面渗压孔内各高程测点实测水头值随其库水位逐渐上升而增加,水头作用随埋设高程越高而逐渐衰减。坝基及坝肩防渗系统防渗效果明显,没有出现较大渗漏,达到了规范及设计要求。

该大坝蓄水及发电一年后,顺利通过了水电水利规划总院组织的蓄水验收和大坝安全鉴定。从而说明,在该水电站中为解决坝基坝肩防渗问题采用的多种防渗处理方式,成效是显著的。

[1] 常士骠,张苏民,等.工程地质手册[S].北京:中国建筑出版社,2007.

(责任编辑:胡立智)

Application of Multi-way of Anti-seepage Treatment to Solve the Problem of Anti-seepage Treatment on Dam Foundation and Abutment in a Hydropower Station

WANG Xuhong,JIA Zhaowen,ZHOU Yinghua
(Chengdu Design and Research Institute forHydroelectric Projects,Chengdu,Sichuan610072)

The hydroelectric station left bank dam abutment and s mall part of dam foundation rock is consisting of finegrained granite,the right bank dam abutment and most of the dam foundation rock is consisting of the coarse-grained granite,there are some different scale diabase dikes which ranging from down the river in granite,the penetration is different between the coarse-grained and fine-grained granite,the authors need to take different imper meable treatment to solve the problem of dam abutment seepage according to different rock.

dam foundation;abutment lithology;many kinds of imper meable trea tment;monitor evaluation

TV698.2+33;T V223.4

A

1671-1211(2010)05-0519-03

2010-07-21;改回日期:2010-09-27

王旭红(1967-),高级工程师,硕士,工程地质专业,从事水电工程地质勘察工作。E-mail:DKZ WH@126.com