锦屏一级水电站300m级高拱坝渗流控制工程措施

李仁鸿，唐 兰，侯 波，左雷高

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

锦屏一级水电站工程规模巨大，主要任务是以发电为主，兼有防洪、拦沙等作用。电站装机容量为3 600MW，多年平均年发电量166.2亿kW·h。水库正常蓄水位1 880m，死水位1 880m，正常蓄水位时，库容77.6亿m3。拱坝采用混凝土双曲拱坝坝型，最大坝高305m，坝顶高程1 885.00m，建基面最低高程1 580m。

锦屏一级水电站库大坝高，坝址区岩性主要由中上三叠统杂谷脑组大理岩夹绿片岩等组成，坝基右岸由大理岩夹绿片岩组成，左岸1 830m高程以下是大理岩,以上为砂板岩。坝区水文地质条件复杂，岩体较为破碎，相对不透水层埋藏很深，且出露f5、f8、f13、f14断层，煌斑岩脉X和层间挤压带，深部拉裂隙等，因此合理、有效的大坝渗流控制工程措施至关重要，是整个工程的关键技术之一。

2 工程基本水文地质条件

坝基两岸地下水按赋存条件可分为岩溶裂隙水和基岩裂隙水。左岸坝基岩体内地下水位低平，与江水位基本一致；右岸含水较丰富，在1 650m高程勘探平硐中多有地下水涌出，地下水位明显高于河水位。

根据坝基钻孔压水试验成果，左岸坝基岩体受f5、f8等断层及深部裂缝影响，岩体总体较破碎，透水性较强，呈现微透水带埋深较大、地下水位低平及在弱透水带中分布较多的中等透水性透镜体特征。整个左岸坝基从建基面至以里水平深度约70～220m范围内岩体透水性较强，属中等透水岩体；中等透水带以里至水平深度约510～540m；在1 830m高程以上水平深度大于600m范围内，岩体透水性以弱偏中等透水为主，夹少量中等透水性透镜体；再往里，岩体完整性较好，微风化～新鲜，嵌合紧密，以微透水性为主(q<1Lu)，为相对隔水层。

右岸坝基岩体除浅表风化卸荷岩体较破碎外，总体上多微新、较完整，透水性较弱，以弱偏微透水性为主，其透水性随水平埋深及垂直埋深的增加而减弱，水平埋深约230m以里进入微透水岩体。右岸发育f13、f14断层，局部NW和NWW～EW向张裂隙发育，地下水为岩溶裂隙水，地下水较丰富。 f13断层为相对阻水岩带，以里为高压富水带，约1 870m高程以上断层带内物质结构松弛，透水性较强；约1 870m高程以下带内物质结构较密实，断层带透水性微弱，可视为相对隔水带。f14断层约1 790m高程以上断层带结构松弛，透水性较强；以下带内物质结构较密实，断层带透水性较弱，为相对隔水带。

河床坝基以下垂直深度约20～40m范围内岩体以中等偏弱透水性为主，在建基面以下垂直深度约130m开始进入第1层的钙质绿片岩，建基面以下垂直深度约190m岩体范围为较完整的绿片岩层、钙质绿片岩层，以微透水为主。

3 设计原则和设计控制标准

针对坝基岩体具有透水性较强、地下水位埋深较大和透水分布不均等特点，加强防渗排水至关重要。为了有效降低两岸及坝基的渗透压力阻止库水渗入岩体，改善大坝的整体稳定性，设置了一道坝基防渗帷幕、两道坝基排水幕及抗力体的空间排水系统。防渗帷幕布设在坝基上游侧，其下游布置两排排水幕，一排平行帷幕轴线设置主排水幕，第二排设置在坝趾贴角处。在大坝两岸抗力体设置在空间上呈纵横向的立体排水系统，以降低两岸及坝基的渗透压力，提高坝肩的抗滑稳定性。渗流控制布置体现“先阻后排、防排并举”的设计原则。

结合我国混凝土拱坝设计规范并参考国内外已建工程经验，坝基防渗帷幕采用分高程以单位吸水率吕荣值、帷幕允许渗透梯度Ia、扬压力折减系数α1作为控制标准(见表1)。拱坝坝基主排水幕处扬压力折减系数要求α2≤0.2。

表1 坝基防渗帷幕控制标准

4 大坝防渗排水主要措施布置

大坝防渗排水系统平面布置见图1。

4.1 大坝帷幕主要措施

(1)大坝防渗帷幕采用封闭式帷幕，伸至两岸距河床的相对隔水层不少于5.0m。帷幕中心线基本位于靠坝基上游侧压应力区域内。在坝头附近，为减小渗压对坝肩抗力体不利作用方向的影响，帷幕线折向上游近横河向方向。帷幕灌浆平洞综合按避开泄洪洞、导流洞、压力管道及平洞间合理高程间距原则布设6层(左岸：LGA1～LGA6；右岸：RGA1～RGA6)，各层平洞洞轴线平面投影重合，最大、最小高程间距分别为69m、45m。帷幕中心线剖面见图2。

在企业之中，企业审计和咨询是两个各自独立的体系，有不同的作用和职能。分析我国的相关法律，明确表明审计单位是独立的主体单位，咨询和审计不能同时由一个主体进行，从事审计工作的公务人员不可从事咨询工作，从法律的角度规定了二者彼此独立。但是企业在实际操作中，咨询体系和审计工作中还存在着职责不清的问题，工作中审计和咨询相互联系，不能充分发挥二者不同的作用，弊病显见。企业在完善财务审计工作中应重视此类问题，制定工作规范，加强员工的职业意识，明确奖惩制度，保证审计工作能够确实到位。

(2)根据上述的防排控制标准，结合锦屏一级的实际地质情况，考虑帷幕的上游水头作用，不同高程采用的帷幕排数及最小有效厚度见表2。

表2 帷幕的排数及最小有效厚度

(3)特殊地质条件处理：f13、f14断层及其影响带采用防渗斜井防渗，斜井周边帷幕孔设置斜孔，钻进防渗斜井0.5m后再灌浆，保证两者的良好搭接。煌斑岩脉、挤压带等不利地质区域分布宽度较大，经综合考虑在区域内加密灌浆、细水泥灌浆，必要时化

··注：L(R)GA1～6-帷幕灌浆平洞；L(R)DA1～6-坝基排水平洞；L(R)DA1829-1-抗力体排水平洞名 高程-洞号图1 大坝防渗排水系统平面布置

图2 帷幕中心线剖面

学灌浆，保证灌浆后帷幕的有效性。

(4)帷幕偏角和孔深：按施工时能更好地控制钻孔角度、上层深帷幕孔底段距离下层平洞洞壁大于5m、帷幕孔穿过主要裂隙和层面三条主要原则进行布置，在不大于规范规定的15°范围内，帷幕向上游的偏角采用9°～13°。河床采用“2主1副”共3排帷幕，下游2排主帷幕最大孔深171m，上游1排副帷幕孔深为主帷幕的2/3，最大孔深114m。

(5)帷幕孔间排距：两排帷幕时，排距1.5m；三排帷幕时，排距1.3m。每排帷幕孔采用Ⅲ序孔，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔间距分别为8m、4m、2m。遇破碎带等较差的地质区域，则视情况加密帷幕孔。典型布置见图3。

图3 灌浆孔典型布置

(6)帷幕搭接：上层深孔帷幕和下层浅孔帷幕进行搭接，帷幕灌浆平洞底板上游角点范围设置8m长的浅孔帷幕，以保证形成封闭的帷幕系统。浅孔搭接帷幕孔深10～15m。对于平洞底板下地质条件较差的区域，先行进行底板固结灌浆，再进行深孔帷幕灌浆，以提高底板下浅层范围帷幕的灌浆效果。灌浆时按照先底板固结灌浆、上游洞壁浅孔搭接帷幕灌浆，再深孔帷幕灌浆的施工顺序。灌浆均采用先边排后中间排的先后顺序，以提高中间排灌浆孔的灌浆压力。典型的帷幕搭接见图4。

(7)帷幕灌浆方法及灌浆孔长：为保证帷幕灌浆质量，主要采用自上而下分段循环灌浆方式，但在地质条件较好的区域，在能保证灌浆质量的前提下，可采用自下而上的灌浆方式。孔口段共2段，分别为2m、3m，第3段及其以下段均为5.0m。

图4 典型的帷幕搭接

(9)浆液材料和水灰比：灌浆使用纯水泥浆液，普通硅酸盐水泥强度等级不低于42.5MPa。普通水泥浆液灌浆效果不好时，可采用细水泥浆液。结合帷幕灌浆生产性试验成果，不同地质条件采用合理的开灌比(稀浆或者浓浆)。

4.2 排水主要措施

(1)坝基排水平洞和帷幕灌浆平洞平行，洞间最大水平距离在河床部位为20m。洞顶排水孔每排采用2孔，孔深覆盖整个高程范围以形成排水幕体；河床排水孔垂直向下钻设，最大深度120m；坝趾贴角下游水位以上范围设置1排排水孔，孔深50m，孔距5m。

(2)抗力体排水系统：

①坝肩抗力体排水和边坡排水形成系统的三维排水系统，排水平洞沿高程布设5层，横河向布设4排，顺河向布设2列～4列。左、右岸因地质条件不同、其他建筑物布设不同故排水系统各有特点。

②一洞多用：排水平洞尽量与固结灌浆洞、勘探平洞相结合，与施工洞的布置相协调，和坝基排水平洞高程一致，使施工作业面统一，交通方便，排水通畅，尽量做到“一洞多用”，减少洞室数量，减少平洞开挖对抗力山体整体性的影响。

③左岸坝肩抗力体地质条件较差，洞室较多，固结灌浆洞、洞井抗剪混凝土网格等在空间交错排布，“一洞多用”的原则更加体现出重要性。抗力体排水系统在固结灌浆范围以外钻排水孔，孔与坝基排水平洞相连，从空间上形成“全包围”的形式覆盖整个抗力体范围，排出坝肩滑块侧滑面外的渗水及裂隙水，减小滑块渗压。典型布置见图5。

④右岸排水系统布置时考虑避开6条压力管道。右岸存在f13、f14断层，其中靠近山里的f13压扭性断层具有一定的阻水作用，断层里外地下水位不连续，存在水位陡坎，与坝基排水布置相同，抗力体排水系统深入f13断层向山里延伸不小于50m，以排出f13断层的上盘水。沿洞高程方向，抗力体排水系统在坝顶高程至水垫塘底板以下10m范围布设。

(3)整个大坝排水系统排水孔孔径均采用φ110mm。坝基排水孔每排2孔，排距3m；抗力体排水孔每排3孔，排距为5m。在不利地质条件如涌水厉害的区域根据现场情况进行加密布设。

图5 抗力体排水系统典型布置

5 大坝三维渗流场主要分析成果

采用上述的大坝防渗排水系统布置及相应参数，模拟坝区工程地质和水文地质条件，进行大坝三维渗流场的分析。

5.1 常规分析

(1) 坝基防渗帷幕平均渗流梯度约17，局部最大渗流梯度约23，小于控制值30。坝基排水系统附近的扬压力水头大多在20m左右，扬压力折减系数小于0.1，坝基渗流场得到较好的控制。河床部位拱冠梁典型剖面渗流场见图6(a)。

(2) 在坝基帷幕排水系统和抗力体排水系统的共同作用下，抗力体渗流场得到较好控制，蓄水工况下地下水位低，埋深较大，紧邻坝头的地下水位埋深达100m以上，近河部位的埋深也达到60～80m左右，防渗排水效果明显。大坝下游抗力体横河向典型剖面渗流场见图6(b)。

图6 大坝防渗排水典型渗流场剖面

5.2 防渗排水失效分析

(1)排水孔孔距敏感性分析：排水幕是坝基渗流控制采取的主要工程措施之一。根据表3中成果，考虑在长期运行条件下，排水孔幕可能淤堵，其效率将衰减，地下水位线将大幅上升。因此，坝基和抗力体排水孔孔距分别采用3.0m、5.0m是合理、有效的。

表3 排水孔孔距和排水总渗流量关系

(2) 坝基防渗帷幕与排渗系统同时失效30%时，部分坝基扬压力水头约60m，渗流场改变较大，扬压力系数可达0.21，超过控制值0.2，基本满足设计要求。因此，工程运行一段时间后，应及时进行检查维护，使帷幕排水不同时失效，保证渗流控制系统的有效性。

6 结束语

综上所述,锦屏一级水电站300m 级高拱坝渗流控制采用“先阻后排、防排并举”的工程措施可取得良好效果，具体的工程布置是合理、有效的。拱坝坝基的渗控效果显著,平均渗流梯度约17，扬压力折减系数小于0.1，满足设计控制值；左、右岸坝肩抗力体排水系统根据工程的地质特点和工程特点进行布设，全面且有重点地排掉绕渗的地下水，排水效果较好，使蓄水后抗力体的地下水位线降低，抗力体滑块结构面上的渗压能得到大幅减小，提高了坝肩的抗滑稳定性。