溪洛渡双曲拱坝坝基综合处理措施

尤 林，胡 筱

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 工程概况

溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县交界的金沙江下游河道上，是金沙江下游河段规划的第3个梯级。电站开发任务以发电为主，兼顾防洪，此外，尚有拦沙、改善库区及坝下河段通航条件等综合利用效益。水库正常蓄水位600m高程，死水位540m高程，汛期限制水位560m高程，总库容126.7亿m3，调节库容64.6亿 m3，具有不完全年调节能力。电站装机容量13 860MW(18×770MW)，多年平均发电量575.5～640.6亿kW·h(近期～远景)。

大坝坝址位于豆沙溪沟口至溪洛渡沟口全长约4km的溪洛渡峡谷中段。坝址河道顺直，谷坡陡峻，地形完整，无沟谷切割。两岸山体陡峻雄厚，河谷宽高比约2，呈基本对称“U”型。坝址区地震基本烈度8度。坝址区地形地质条件优越，是修建高混凝土拱坝理想的坝址。

2 坝基地质条件

2.1 地形地貌

400～610m高程坝基总体产状:左岸上游幅走向N14°～15°W，倾向 SE，下游幅走向 SN ～N4°W，倾向SW ～S;开挖坡度440～610m高程约61°，400～440m高程平约35°。右岸上游幅走向N82°W，倾向NE，下游幅走向 N84°～88°E，倾向 NW;开挖坡度440～610m 高程约52°，400～440m 高程约46°。

400～328m 高程:左侧斜坡走向N10°W～N43°W，倾向SW，开挖坡度约28°，右侧斜坡走向EW ～N61°W，倾向 N ～NE，开挖坡度约30°。

328～324.5m高程河床坝基:左侧呈8°、右侧呈4°，两岸均由328m渐变到324.5m。

2.2 地层岩性

河床基岩及两岸谷坡均由二叠系上统峨眉山玄武岩(P2β)组成，二叠系下统茅口组石灰岩(P1m)埋深于坝基以下约80m。

左、右岸400m高程以上坝基岩性为 P2β12～P2β6层角砾熔岩和含斑玄武岩、斑状玄武岩、致密状玄武岩;400～328m高程河床坝基岩性为P2β6～P2β3层角砾熔岩和含斑玄武岩、斑状玄武岩、致密状玄武岩;328～324.5m高程坝基岩性以P2β3层上部含凝灰质角砾熔岩为主、局部出露3层下部含斑玄武岩。

2.3 地质构造

坝区为缓倾下游偏左岸的单斜地层，无断层，主要结构面为层间错动带(C)、层内错动带(Lc)、挤压带(g)和基体裂隙(L)。

(1)层间错动带(C)。坝基开挖揭示C3～C11共9条层间错动带，主要特征如下:

C11、C9、C8在两岸均有出露且贯通整个坝基。左岸出露高程分别为563～564m、536～540m、513～515m;右岸为 576～580m、561～564m、536～540m。左岸产状为 N25°～35°W/NE∠4°～5°;右岸为 N32°～38°E/SE∠2°～5°。主错动带宽度分别为3～5cm，30cm、10cm，C9和C8局部达50cm、30cm。

C10在左岸未见错动迹象，右岸出露高程为573～577m，产状为 N33°E/SE∠4°，贯通坝基，主错带宽10～20cm，局部30～40cm。

C7、C6左岸出露高程分别为473～479m、447～451m;右岸为496～502m、467～471m。左岸产状为N25°～35°W/NE∠4°～7°;右岸为 N30°～40°E/SE∠4°～6°。C7右岸错动较左岸强烈，且贯通整个坝基，主错带宽3～5cm，局部有影响带;C6两岸均断续延伸主错带宽3～5cm。

C5、C4、C3在两岸均有出露且贯通整个坝基。左岸出露高程分别为375～376m、356～360m、334～341m;右岸为 395～400m、378～381m、342～343m。左岸产状为 N20°～30°W/NE∠4°;右岸为N30°～40°E/SE∠4°～10°。主错带宽 5 ～10cm，局部20～30cm。

(2)层内错动带(Lc)。610～400m高程:左岸揭露 73条，优势方向为 N65°～85°E/NW∠8°～13°，缓倾上游，延伸长度10～15m，平均带宽小于3cm;右岸揭露105条，优势方向不明显，N15°～30°W/NE∠3°～8°，组分布稍多，缓倾下游，延伸长度5～25m，平均带宽小于3cm。

400～328m高程:左岸揭露28条，优势方向不明显，N55°～75°E/SE∠4°～10°，组分布稍多，缓倾下游，延伸长度5～25m，平均带宽小于3cm;右岸揭露27 条，优势方向不明显，N30°～42°E/SE∠4°～10°与N69°～81°E/SE∠22°～27°，组分布稍多，缓倾下游，延伸长度以10～20m为主，平均带宽小于3cm。

328～324.5m高程河床坝基共揭露2条，分布在⑭坝段下侧。其中Lc3－11延伸长度10～30m，带宽2～5cm，局部20cm。另一条规模较小，延伸8.5m，带宽2～5cm。

(3)挤压带(g)。610～400m高程:左岸揭露96条，主要优势方向为 N45°～65°W/SW∠72°～76°，与坝基呈30°～50°斜交;右岸54条，主要优势方向为 N24°～44°W/NE∠67°～80°，与坝基呈 17°～36°斜交;挤压带延伸长度均以5～10m为主，主错带平均宽度小于3cm。

400～328m高程:左岸揭露5条，延伸长度5～10m，带宽3～5cm;右岸无挤压带出露。

328～324.5m高程河床坝基共揭示4条，2条分布在⑭坝段的下游拱端，另2条分布在⑱坝段的上游拱端;延伸长度10m左右，带宽2～5cm。

(4)基体裂隙(L)。坝区玄武岩岩体裂隙较发育，但都较短小，主要受层间、层内错动带限制。一般延伸长度2～3m，个别可达4～5m;单组裂隙间距一般1～2m，浅表卸荷带及错动带附近裂隙密集带间距小于1m，走向较分散，其分布与岩性和构造部位有关，具一定区段性。裂面多平直粗糙，部分波状光滑，卸荷带以内嵌合紧密，无充填，隙壁岩体较新鲜，强度高。卸荷带裂隙多松驰或微张，隙壁附钙膜，锈染明显。

2.4 岩体风化卸荷

坝基岩体风化卸荷分布情况见图1。

图1 溪洛渡坝基风化卸荷分布

2.5 水文地质条件

层内错动带分布于各岩层中，单宽大、延伸较长、透水性强，构成了坝区地下水的主要汇水和导水通道。节理裂隙组数多、密度大，构成坝区地下水的主要储水结构。

两岸谷坡岩体透水性具有明显的分带性。水平埋度0～30m为弱风化上段、卸荷岩体，属强透水带;30～60m主要为弱风化下段，部分微新岩体，属中等透水带;60～120m为微风化～新鲜岩体，属弱透水带;120m以里为微风化～新鲜岩体，绝大部分为q＜1Lu的微透水岩体。

两岸坝基主要位于岸坡水平埋深30～60m范围内，建基岩体以中等透水为主，部分弱透水;层间、层内错动带为中等透水。河床坝基306m高程以上岩体透水率以大于30Lu为主;238～306m高程间岩体透水率10～30Lu;180～200m高程以下的茅口组灰岩透水率小于1Lu，为相对隔水层。

3 坝基处理原则及处理措施

3.1 坝基处理原则

针对坝高285.5m的溪洛渡双曲拱坝坝区的地质条件和坝基的受力特点，通过基础处理达到以下目的:

(1)对坝基一定范围内的层间、层内错动带和强风化夹层及局部可利用的弱风化岩体采取固结灌浆处理;对坝基出露的Ⅳ1级岩体和弱卸荷Ⅲ2级岩体进行混凝土置换处理。通过固结灌浆和混凝土置换处理后，提高岩体整体性和均一性。

(2)为了降低渗透压力，进行渗控处理，使枢纽区形成有利的渗流场，有利于坝基在高水头的长期作用下具有足够的耐久性、稳定性。

3.2 混凝土置换处理

混凝土置换处理部位见图2。置换混凝土采取与大坝混凝土相同的温控措施。由于置换混凝土跨层间、层内错动带及软弱夹层，故在混凝土与基岩接触面设双层Φ32mm、间距0.5m的抗裂钢筋。

图2 溪洛渡置换混凝土分布

3.3 坝基固结灌浆

固结灌浆针对坝基各级岩体、浅表部层间、层内错动带等进行分区设计，共分A、B、C、D、E五区:

A区针对河床部位的层内错动带及影响带、局部Ⅲ2级岩体及防渗帷幕中心线上下游一定范围。固结灌浆采用无盖重加引管有盖重灌浆、有盖重灌浆、无盖重灌浆等方法。灌浆分3序，终孔孔距2.5m，孔深25m。

B区针对坝基下游侧的Ⅲ1级岩体。固结灌浆方法同A区。灌浆分3序，终孔孔距3.0m，孔深20m。

C区针对坝基上游面的Ⅱ、Ⅲ1级岩体。固结灌浆方法同A区。灌浆分3序，终孔孔距3.0m，孔深15m。

D区针对受力较小的Ⅱ级岩体。固结灌浆方法同A区。灌浆分3序，终孔孔距3.0m，孔深10m。

E区针对较大的层间错动带及其影响带。只采用有盖重固结灌浆。灌浆分3序，终孔孔距为1.0m，孔深20～25m。

灌浆水灰比采用 2∶1、1∶1、0.8∶1和 0.5∶1(重量比)四个比级，浆液浓度由稀到浓逐级变换，灌浆压力见表1。

表1 溪洛渡坝基固结灌浆压力设计参考值

3.4 基础防渗排水

为有效降低坝基及两岸坝肩的渗透压力，综合坝趾区的岩体透水性及主要透水结构面的分布情况，对坝基及抗力体部位，开展“以防为主，以排为辅，防排并举”的综合防渗排水措施。坝基防渗排水布置见图3。

图3 溪洛渡坝基防渗排水布置示意

3.4.1 控制标准

防渗标准为:563m高程以上q≤3Lu，563m高程以下q≤1Lu，防渗帷幕幕体的允许水力坡降Ia为30，α1≤0.4。在主排水幕处扬压力折减系数为α2≤0.2。

3.4.2 防渗帷幕布置

防渗帷幕轴线距上游坝面最大约为20.0m(约0.07倍坝前作用水头)，位于上游侧压应力区。两岸沿高程分别布置六条帷幕灌浆平洞(AGL1～AGL6、AGR1～AGR6)，除 AGL6和 AGR6外，其它灌浆平洞与坝内水平廊道相接，分别布置在347m、395m、470m、527m、563m、610m 高程。各层灌浆平洞之间的高差在36～75m之间。

坝基防渗帷幕采用嵌入式帷幕。河床帷幕深入基岩相对隔水层5.0m。主帷幕最大深度位于河床约152.0m，副帷幕按2/3主帷幕取值约102.0m。

3.4.3 帷幕灌浆参数

(1)排数:河床坝基对于中等偏强透水带区域设置三排帷幕灌浆孔，其它区域设两排灌浆孔;两岸347～563m高程间设两排或三排灌浆孔;563～610m高程间设一排灌浆孔。

(2)孔、排距:终孔孔距 2.0m，三排孔排距1.3m、两排孔排距1.5m。

(3)钻孔采用梅花形布置，孔径Φ56mm，孔序采取由疏到密逐渐加密的原则。由三排孔组成的帷幕，先灌注下游排孔，再灌注上游排孔，然后进行中间排孔的灌浆，每排孔分二序;两排孔组成的帷幕先灌注下游排，后灌注上游排;两排孔和单排孔均分三序。

(4)帷幕灌浆一般采用自下而上分段纯压式灌浆法，也可采用自上而下分段孔口封闭灌浆法或综合灌浆法。

(5)灌浆压力和材料:根据地质情况和承受水头大小综合考虑，其压力按坝前水头和孔深分级设计，坝前水头分为三个区(水头分别为80.0m、210.0m、268.0m)，帷幕灌浆压力见表2。灌浆材料采用P.O 42.5R级普通硅酸盐水泥，水灰比采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6(或 0.5)∶1四个比级，灌浆浆液由稀到浓逐级变换。

(6)帷幕搭接:为保证帷幕形成整体，主要采取如下措施:a．主帷幕与下层灌浆平洞间距不小于5.0m;b．主帷幕伸至下层平洞底板高程以下5.0m;c．平洞上游侧设置四排交错布置的浅孔与主幕连接，浅孔深8.0～13.0m，孔距2.0m，灌浆压力0.3～1.5MPa，搭接帷幕布置见图4。

图4 搭接帷幕浅孔布置示意

表2 溪洛渡帷幕灌浆压力设计参考值

3.4.4 坝基及抗力体排水布置

坝基排水幕共两道。第一道位于帷幕中心线下游10m处，由341.0m高程排水廊道和五层排水平洞(分别布置在 341m、395m、470m、527m、563m 高程)组成;第二道位于414～590m高程间坝趾处，由一排排水孔组成。

抗力体排水幕由左、右岸抗力体内各四道横向排水组成。每道排水又分别由近乎垂直于河流的五层横向排水平洞组成，每层横向排水平洞内设置1～2条纵向排水平洞。抗力体排水平洞与二道坝基础排水廊道、水垫塘底排水暗沟网、地表马道排水沟以及集水井和水垫塘深井泵房组成封闭式抽排系统。

在414m、463m、517m、559m 高程分别布置两道纵向连接排水幕，连接坝基排水幕与抗力体排水幕。

3.4.5 排水参数

坝基排水均设1排排水孔，孔距3.0m。341m高程排水廊道和排水平洞的向下排水孔深度按0.5倍主帷幕深度设计，最大孔深81m，其余向上排水孔以钻至距上层排水平洞底板以下1.0m为原则，孔深36～75m;坝趾处排水孔，孔距5.0m，孔深50m。

抗力体排水平洞中355m高程向下排水孔为1排，孔深为57m，其余向上辐射排水孔为3排，孔深一般为42～70m，孔距5.0m，排距0.5m。

3.5 接触灌浆

为了提高混凝土与基岩接触面上的抗剪强度和抗压强度，防止沿接触面渗漏，要求对大坝(置换)混凝土与基岩接触面之间坡度大于50°的陡壁面进行接触灌浆。接触灌浆与引管有盖重固结灌浆一并进行，引管示意见图5。

图5 溪洛渡坝基接触灌浆引管示意

3.6 坝趾贴角、贴坡布置

(1)坝体下游贴角水平宽度为5.0～6.0m，贴至400m高程;上游贴角水平宽度为2.5～3.0 m，贴至413m高程;下游贴坡由365m高程贴至610m高程。贴角混凝土与大坝混凝土一起浇筑，贴坡混凝土单独浇筑。

(2)在上游贴角和基坑上游岩壁之间预先涂抹一层沥青;在下游贴角与边坡接触部位，要求进行固结灌浆和接触灌浆，便于拱坝充分传力给下游抗力体。

3.7 坝趾锚索加固

在拱坝地基处理的基础上，结合拱坝基础整体稳定性分析成果及溪洛渡工程地质力学模型试验成果，对坝趾进行锚索加固处理。锚索加固处理部位主要是:规模较大的层间层内错动带、河床坝基风化岩体、基础560m高程以下的Ⅲ2和Ⅳ1级岩体以及560m高程出露的Ⅳ1级岩体等;610～560m高程坝趾贴坡部位布置少量锚索以加强坝肩下游岩体的承载力。锚索加固施工主要在下游贴角、贴坡及下游边坡部位进行。锚固设计吨位采用300t(40m/30m)和200t(30m)。

4 结 语

从溪洛渡水电站工程坝基已采取的处理措施来看，效果是显著的。

(1)通过坝基综合处理，有效提高了坝基整体性和均一性，增强了坝基强度和刚度。

(2)通过固结灌浆，对坝基岩体质量改善效果明显。

已实施的河床坝段坝基固结灌浆，0～5m段灌前平均声波值为4 833m/s，灌后为5 262m/s，提高幅度为8.9%;5m～孔底段灌前平均声波值为5 084m/s，灌后为 5 475m/s，提高幅度为 7.7%;灌前钻孔变模平均值为10.50GPa，灌后为12.34GPa，灌后比灌前提高17.6%。均满足设计要求。

(3)通过坝基防渗排水处理，有效降低了坝基扬压力，提高了拱坝整体稳定性和耐久性。

已实施的河床坝段三排深孔帷幕灌浆灌后透水率均小于1 Lu，满足设计要求。

实践表明:以上基础处理措施符合溪洛渡工程的地质特点和水文特性，处理措施是合理的，能满足溪洛渡大坝对基础的要求。

［1］混凝土拱坝设计规范［S］．DL/T 5346－2006，北京:中国电力出版社，2007．

［2］水工设计手册:第五卷 混凝土坝［S］．北京:中国水利水电出版社，2011．

［3］孙钊．大坝基础灌浆［M］．北京:水利电力出版社，2004．