旁多水利工程大坝左岸基岩防渗设计

2014-03-22郭建业石亮亮王宝忠

东北水利水电 2014年8期

关键词：孔距覆盖层基岩

郭建业，刘涛，石亮亮，王宝忠

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

旁多水利工程大坝左岸基岩防渗设计

郭建业，刘涛，石亮亮，王宝忠

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

文章首先根据大坝左岸基岩工程地质条件，拟定了三种不同的防渗设计方案进行对比，并通过技术经济比较选定推荐方案，随后针对选定方案进行渗流计算，分析大坝左岸渗漏量以及总体渗漏量，为大坝左岸基岩防渗设计方案的确定提供依据。

深厚覆盖层；基岩；防渗设计

1 工程概况

旁多水利枢纽工程位于西藏自治区林周县旁多乡下游 1.5km 处拉萨河干流上。距拉萨市直线距离约 63km，为拉萨河中段梯级开发之首，是西藏自治区“十五”期间重点水利工程项目，工程任务以灌溉、发电为主，兼顾防洪和供水。枢纽由大坝、泄洪洞、泄洪兼导流洞、引水系统、发电厂房、灌溉输水洞等组成。

工程规模为大（1）型，工程等别为Ⅰ等，大坝为 1 级建筑物。正常蓄水位 4095m，设计洪水位4096m，校核洪水位 4098.7m，水库总库容12.3× 108m3，电站装机容量 160MW。工程场地地震基本烈度为Ⅷ度。

大坝为碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝，最大坝高 72.3m，坝顶长 1052m，建基于中等～强透水的深厚覆盖层上，同时大坝左岸岸坡部位基岩破碎，透水率高，因此，坝基防渗处理是该工程的设计难点与重点。

2 大坝左岸基岩工程地质条件

根据地质勘查成果，坝址区属高山地形，谷底高程 4027～4034m，两岸山顶高程 5300m 左右。坝址基岩面形态为两岸呈基本对称的“U”深槽，谷底覆盖层深厚，基岩为陡峻的深切谷，最大埋深在420m 以上。坝基覆盖层防渗方案为 150m 深悬挂式防渗墙方案，其中两岸部分防渗墙入岩 1m。

大坝左岸岸坡部位地层自上而下分别为覆盖层和基岩，其中基岩主要由粗安岩（E2p3）和花岗岩（E2J）组成。

覆盖层厚约 25～110m，主要为坡积混合土碎（块）石、碎（块）石混合土（Qd4l）、坡洪积混合土碎（块）石、碎（块）石混合土（Qd4l+pl）、卵石混合土（Qa3l）及卵石混合土（Qf2gl）等，为中等～强透水层。

粗安岩呈浅灰色，斑状结构，块状构造，为喷出岩体，埋深 30～55m，覆盖于花岗岩之上，原生节理发育，风化、卸荷强烈，岩体较破碎，节理多张开，充填泥、岩屑等，钻孔岩芯 RQD 值 10%～25%，压水试验值 1～10l/（min.m.m）不等，为中等～强透水岩体，局部为极强透水岩体。

花岗岩埋藏于粗安岩之下，埋深 40～110m，呈强～中等风化状态。强风化带厚度一般为 0～5m，分布不连续，厚度不均一，节理较发育，岩体完整性差，一般为中等透水岩体。中等风化带厚度一般为 20～50m，节理不发育，岩体较完整，一般为中等～弱透水岩体。花岗岩表部 25～40m 透水率一般1～4l/（min.m.m）之间，为中等透水岩体，下部透水率一般小于 1l/（min.m.m），0.5l/（min.m.m），下限一般为进入花岗岩 25～40m。

3 防渗方案比选

3.1 方案拟定

由地质勘察结果，左岸基岩为粗安岩和花岗岩，粗安岩覆盖于花岗岩上部，岩体呈强～中等透水状态，局部为极强透水岩体。下部为花岗岩，呈强～中等风化状态，为中等～弱透水岩体。

根据大坝左岸基岩地质勘察资料，并结合河床覆盖层坝基主防渗措施（悬挂式防渗墙），拟定三种方案进行方案比较，以便选择合理的设计方案。

拟定的三种方案分别为：①两排帷幕灌浆方案；②三排帷幕灌浆方案；③三排帷幕灌浆加密方案。

3.2 方案设计

方案一：桩号 0+85.0～0+147.0m 防渗墙下接花岗岩，设置一排帷幕，孔距 2.0m，通过墙内预埋灌浆管进行灌浆施工。桩号 0-120.0～0+85.0m 防渗墙下接强透水粗安岩，设置两排帷幕，排距 1.0 m。第一排做为主帷幕，布置在防渗墙上游侧，孔距 1.0m，上部与防渗墙搭接高度 10m，幕底深入相对隔水层 5m，相对隔水层按透水率 0.5l/（min. m.m）控制；第二排帷幕布置在防渗墙轴线上，孔距2.0m，通过墙内预埋灌浆管进行施工，考虑花岗岩表部较破碎，透水率较大，幕底深入花岗岩 15m。

方案二：桩号 0+85.0～0+147.0m 帷幕布置同方案一。桩号 0+85.0m 以左，设置三排帷幕，排距均为 1.5m。第一、三排分别布置在防渗墙上、下游侧，孔距 1.5m，上部与防渗墙搭接高度 10m，幕底深入花岗岩 15m；第二排为主帷幕，布置在防渗墙轴线上，孔距 2.0m，幕底深入相对隔水层 5m。

方案三：桩号 0+85.0～0+147.0m 帷幕布置同方案一。桩号 0+85.0m 以左，帷幕布置同方案二，其中第一、三排孔距加密为 0.75m，第二排孔距加密为 1.0m。

3.3 方案比选

1）成幕效果及防渗可靠性。方案一通过把第一排帷幕孔距减小到 1m，提高帷幕的防渗效果。方案二为三排帷幕，施工过程中可先施工上下游排，后施工中间排，帷幕质量易保证。方案三在方案二基础上孔距减小一倍，帷幕质量更易保证。故从成幕效果及防渗可靠性比较，方案三优于其它方案。

2）施工技术条件。帷幕灌浆平均钻孔深度125m 左右（包括覆盖层空钻孔深度），深孔孔底偏差较大，帷幕排数越多，孔距越小，帷幕质量易得到保证，方案二、三优于方案一。方案三中间排部分孔为防渗墙内钻孔，钻孔易出墙，破坏墙体完整性。故从施工技术条件角度比较，方案二较优。

3）施工工期。经施工工期计算分析，三个方案设备、人员投入差别较大。方案一和方案二投入较少，需钻机分别为 5台和 6台；方案三的投入较大，高峰时段需钻机 24 台。故从施工工期以及投入设备角度比较，方案一、方案二较优。

4）投资。经计算，方案一、方案二和方案三投资分别为 4770.41 万元、5497.47 万元和 10966.78万元。方案一投资最少，方案二次之，方案三投资最多。故从投资上比较，方案一最优。

经以上综合比较，最终推荐方案二（三排灌浆帷幕方案）为大坝左岸基岩防渗处理方案。

4 选定方案设计计算

4.1 选定方案布置

桩号 0+85.0～0+147.0m 防渗墙下接花岗岩，设置一排帷幕，孔距 2.0m，通过墙内预埋灌浆管进行灌浆。

桩号 0+85.0m 以左，防渗墙下接强透水粗安岩，设置三排帷幕，排距 1.5m。第一、三排分别布置在防渗墙上、下游侧，孔距 1.5m，上部与防渗墙搭接高度 10m，上部覆盖层空钻孔采用套管跟进方法施工，考虑花岗岩表部较破碎，透水率较大，幕底深入花岗岩 15m；第二排为主帷幕，布置在防渗墙轴线上，孔距 2.0m，通过墙内预埋灌浆管进行施工，幕底深入相对隔水层 5m，相对隔水层按透水率 0.5l/（min.m.m）控制。

左岸帷幕延伸至正常蓄水位与相对不透水层相交处（桩号 0-220.0m）。

4.2 选定方案渗流计算

1）基岩灌浆帷幕幕体透水率敏感性分析。由于左岸岸坡段防渗墙均深入岩石，同时墙下部较深厚的中强透水层已通过帷幕灌浆进行了处理，因此，左岸基本不存在渗透稳定的问题。但由于覆盖于花岗岩之上的粗安岩透水率较大，因此，需要对左岸基础封闭段（桩号 0+175.0～0-220.0m 之间）进行总的渗漏量计算。基岩灌浆帷幕幕体透水率分别取 1l/（min.m.m）、0.5l/（min.m.m）和 0.3 l/（min.m.m）进行计算。

选取左岸3个典型剖面利用分段综合的方法，统计左岸基础封闭段总的渗漏量。

利用平面有限元渗流计算程序。采用正常蓄水位工况计算结果进行渗漏量统计。计算中近似认为材料的渗透系数在水平和垂直方向上相等。筑坝料和各基础土层的渗透系数取值见表1。

表1 筑坝料和基础土层 K cm/s

考虑该工程坝基覆盖层深厚、工程地质条件复杂、工程重要性等因素，渗漏量控制标准为总渗漏量不大于多年平均年径流量的 1%。

经计算，大坝左岸基岩灌浆帷幕幕体分别取1 l/（min.m.m）、0.5l/（min.m.m）和 0.3l/（min.m.m）时，对应大坝左岸部分以及总渗漏量计算结果见表2。

表2 渗漏量计算成果 m3/s

由表2计算成果可知，基岩灌浆帷幕幕体透水率分别取 1l/（min.m.m）、0.5l/（min.m.m）和0.3l/（min.m.m）计算，得到的左岸部分渗漏量分别占总渗漏量的 2.4%、1.85%和 1.5%，对应的总渗漏量均满足设计控制标准要求。

鉴于左岸渗流计算成果和左岸岸坡基岩工程地质条件，建议左岸基岩灌浆帷幕幕体透水率控制标准为不大于 0.5l/（min.m.m）。

2）粗安岩渗透系数敏感性分析。根据大坝左岸防渗帷幕地质勘察成果，左岸覆盖于花岗岩之上的粗安岩岩体较破碎，主要为中等～强透水岩体，局部为极强透水岩体，透水率大部分位于 1～10 l/（min.m.m）之间，因此，这次计算也对该岩层渗透系数进行了敏感性分析，基岩灌浆帷幕幕体透水率取 0.5l/（min.m.m），粗安岩岩层透水率分别取 10l/（min.m.m）、5l/（min.m.m）、3l/（min.m. m）和 1l/（min.m.m）进行左岸渗漏量计算。计算结果详见下表 3。