江口水电站排水孔涌水异常问题的分析

2011-06-13刘康林

大坝与安全 2011年4期

孙威，刘康林

（成都理工大学地质灾害防治与环境保护国家重点实验室，四川成都 610059；2.四川省华地建设有限责任公司，四川成都 610081）

0 前言

江口水电站拱坝最大坝高140 m，坝顶高程305.00 m，坝顶中心弧线长380.71 m。坝基总体为碳酸岩地层，坝址分布的∈～Oln2地层中，Oln2为白云质页岩，属于非可溶性岩层。Oln2层将坝址分割为上下两个透水层。为了有效控制坝基渗漏、降低坝基扬压力、减少坝基及两岸山体绕坝渗漏等，采用沿大坝基础灌浆廊道及两岸山体布置防渗帷幕及主排水幕的控制措施，保持渗透稳定和大坝安全。

1 地质条件

坝基揭露断层15条，以逆断层为主，宽度一般小于30 cm，走向北北西、北东和北北东，且以北北东组最为发育，主要由断层泥和角砾岩组成。对坝基和坝肩稳定影响较大的断层有F35、F50、F13、F6、F12、F15、F29、F7等。坝基左岸岩溶发育相对较弱，以小溶洞、溶隙为主[1]。第一处涌水异常（左岸232廊道与吊物井之间）地层为Oln4-3的深灰色灰岩夹灰质白云岩，存在有III类风化溶蚀填泥夹层，III-404夹层产状25°～45°NW38°～45°，厚120～130 cm，泥化厚度3～5 cm，由页岩、灰岩、泥质白云岩组成，溶蚀强烈，局部发育溶洞。坝址右岸岩溶发育强烈，共有KW11（锣鼓洞）、K8～K12两个岩溶系统。

2 渗控工程布置

2.1 防渗工程

拱坝防渗帷幕两岸以Oln2页岩隔水层为防渗依托，河床坝基∈3m层部分为悬挂帷幕，向下接微弱透水岩体。坝基防渗帷幕分为主副两排帷幕，下游排为主帷幕。坝基帷幕灌浆在大坝基础廊道内进行，两岸坝肩及山体帷幕灌浆在灌浆平洞内进行，各层灌浆平洞之间的防渗帷幕采用水平帷幕衔接。主帷幕在廊道中心位置，上游排为副帷幕，距上游边墙0.45 m，两排帷幕排距0.80 m。斜坡廊道因施工限制，副帷幕线下移0.50 m，排距为0.30 m。

2.2 排水孔分布

基础排水孔布置在大坝基础廊道和两岸灌浆平洞内，在防渗帷幕的下游侧。排水孔基本间距为2 m（二道坝为3 m），距各廊道下游边墙0.45 m，倾向下游82°，深24～37 m左右不等。

3 排水孔涌水异常情况

大坝廊道存在两处涌水区段：一处是位于232高程左岸灌浆廊道与吊物井之间的两个排水孔，见图1。这两个排水孔平时无水排出，首次排水孔内水体超寻常涌水发现于2007年6月20日，事发时19～20日暴雨，初期大量涌水并伴有泥浆，但泥沙含量逐渐减少，降雨结束后30 h还原至初始状态。之后每年暴雨时期（降雨50 mm一天，20 mm连续两天）均有涌水异常，涌水较清凉。孔口可观察到细粒土，堆积范围在孔口3～4 m范围内，堆积厚度5～6 mm[2]。调查时收集了孔口堆积物，由于收集的固体物质为多次排水孔涌水冲、淤的物质，且离吊物井较近，吊物井时有物质跌落，故该样本的代表性不强。但从颗粒组成来看，样品为含粗粒的细粒土，颗粒以粉粘粒为主，占58.75%，砂粒占39.12%，细砾含量2.13%，不均匀系数Cu为33.9较大，土粒不均匀，级配良好。见图2。

另一处排水异常的排水孔位于二道坝廊道与右岸排水廊道处，见图3，孔口高程约170 m左右。此处与232左岸廊道排水孔同时发生异常排水，孔号为 JEY9，JEY10，JEY11，JEY12 和 JEY14，其中JEY14孔通常涌水量最大，管口已被泥砂封堵，无法水样取样，对孔口堆积物采样进行了颗粒分析，其余4个孔水位回落至孔口以下，平时无水排出。首次排水异常后24 h恢复至原状。之后每年暴雨时期也均有涌水异常，涌水较清凉。由于收集的固体物质为多次排水孔涌水冲、淤的物质，该样本仅代表多次排水携带物质的混合物[2]。但从颗粒组成来看，样品为含粗粒的细粒土，颗粒以粉粘粒为主，占53.64%，砂粒占42.35%，细砾含量1.01%，不均匀系数Cu为13.8，较大，土粒不均匀，级配良好。见图4。

图1 232左岸廊道排水异常孔平面位置示意图Fig.1 Plane of the drainage hole of abnormal gushing on the left bank gallery on elevation 232 m

图2 232左岸廊道排水异常孔沉积物颗粒分析Fig.2 Particle analysis of the sediment in the drainage hole of abnormal gushing on the left bank gallery on elevation 232 m

图3 二道坝右岸排水异常孔平面位置示意图Fig.3 Plane of the drainage hole of abnormal gushing on the right bank of second dam

图4 二道坝右岸排水异常孔沉积物颗粒分析Fig.4 Particle analysis of the sediment in the drainage hole of abnormal gushing on the right bank of second dam

4 排水孔涌水异常原因分析

水库从2002年12月27日开始蓄水至2007年6月20日发生涌水异常，时隔4年半。但涌水异常均与暴雨伴生，受大气降雨影响；岩体均为可溶岩类。通过各项观测、取样、工程水文地质条件和渗控工程布置特征等综合分析，得出了涌水异常原因。

（1）排水孔的涌水来自降雨的补给。232廊道地层为Oln4-3的深灰色灰岩夹灰质白云岩，存在有III类风化溶蚀填泥夹层：III-404号夹层。施工中对404号夹层进行了置换处理，导致原有沿该夹层渗流的水体（与大气降雨相通）在原有的渗流通道被隔断后，几年后形成较短、最易形成的向排水孔排泄的渗流途径，将夹泥物质冲洗而出，这与巡查得知的首次有泥浆之后涌水较清凉相对应。二道坝右岸发育KW11（锣鼓洞）、K8～K12两个岩溶系统，且施工中均已封堵。F35断层在坝轴线下游约150 m，通过二道坝右岸排水孔所在地层。降雨后，地表排水条件好，地表水经落水洞、溶蚀裂隙等补给地下水，排泄于锣鼓洞及K8～K12溶洞。施工后，锣鼓洞及K8～K12溶洞被回填封堵，地下水的排泄路径被封堵，沿着F35断层形成向排水孔排泄的渗流途径，导致了排水孔涌水异常。

（2）大坝防渗帷幕形成后，改变了地下水渗流形态，帷幕体的上游延长段出现双向受力的特征：上游面承受来自库水的渗透压力，下游面承受来自山体地下水的渗透压力。由于坝肩幕后和山体排水系统的不完善，特别是夹层的置换处理、锣鼓洞及K8～K12溶洞被回填封堵，地下水的排泄路径被封堵，雨季地下水位升高时更为明显，增加了坝基的扬压力[3]。

（3）中部Oln2页岩隔水层作为含水层顶板覆盖，致使暴雨期间下部含水层水位升高，承压水头压力增大，使少数排水孔层间溶蚀和构造溶蚀带的充填物产生集中渗流，从而出现涌水异常现象[3]。