观音岩水电站大坝地基涌水分析及处理方法

2015-02-22邹刚

四川水利 2015年5期

关键词：坝基条带岩溶

邹刚

(中国水利水电第七工程局成都水利水电建设工程有限公司，成都611130)

观音岩水电站大坝地基涌水分析及处理方法

邹刚

(中国水利水电第七工程局成都水利水电建设工程有限公司，成都611130)

在强渗水地基地区进行水电站工程建设时，处理大规模岩溶涌水问题往往耗费大量人力、物力，且处理结果不理想，不仅严重影响施工工期，也为工程正常运行留下隐患。本文结合观音岩水电站大坝涌水地基的实践经验，提出在引排、封堵结合，解决了大流量涌水基坑浇筑混凝土和灌浆施工技术的难题。

观音岩水电站坝基涌水处理方法

1 工程概况

观音岩水电站位于云南省丽江市华坪县与四川省攀枝花市交界的金沙江中游河段，为金沙江中游河段八个规划的梯级电站中的最末一个梯级，上游与鲁地拉水电站相衔接。电站坝址距攀枝花市约72km，距华坪县城约40km，成昆铁路支线格里坪站距坝址直线距离约10km。

观音岩水电站为一等大(1)型工程，以发电为主，兼有防洪、灌溉、旅游等综合利用功能。水库正常蓄水位1134m，库容约20.72亿m3，电站装机容量3000(5×600)MW。

2 坝址区地质简介

观音岩水电站坝基地段枯期河面宽约90m～100m，水深10m，水面高程1018m。河床冲积层厚约16.0m～21.0m，由卵石、砂卵砾石及砂砾石夹漂石组成，局部含10%～15%粘土(泥质)。冲积层以下基岩为J2s2-2(含砾)细粒石英砂岩、铁钙质砾岩夹粉砂岩、J2s3-1细砂岩为主，夹粉砂岩、少量泥质粉砂岩。岩层产状N25°～35°E，SE∠55°～75°，陡倾右岸，与河床方向斜交，有利于混凝土坝基的深层抗滑稳定。河床处于干坪子向斜与大平坝背斜的公共翼，断裂构造不发育，但顺层挤压面较发育。基岩面为弱风化岩体，弱风化岩体下限埋藏深度在河床冲积层以下，从ZK132至ZK3为3m～18m，高程为975m～990m，以下为微新岩体。据河中钻孔资料，弱、微风化岩体RQD分别在70%～75%、77%～80%之间。受褶皱构造影响，细砂岩层面节理发育、连通性好，岩体渗透性较强，河床部位弱透水性(q<3Lu)顶板埋深在河床以下约150m，高程约850m。

河床部位根据钻孔揭露，溶蚀裂隙相对不发育，钻孔ZK132孔深37.35m～38.59m及65.31m～68.72m揭露两条砂砾质土充填的溶蚀洞穴，其余孔段及ZK152仅发育溶蚀洞一般5cm～30cm，多发育高程在950m～975m，溶蚀洞穴对坝基稳定不利。

河中厂房建基面高程980m，基岩为J2s2-1、J2s2-2、J2s3-1，为弱风化底部和微风化顶部岩体，以坚硬的(含砾)砂岩、砾岩为主，占70%左右；以厚层至巨厚层状结构为主，从岩石强度、岩体结构看可满足厂基的要求。厂基岩体质量以Ⅲa为主，但岩层中J2s2-1钙质砂岩、砾岩的溶蚀现象发育，局部只能按Ⅲb类、Ⅳa类岩体甚至Ⅴ类考虑。

从参考资料分析，左岸钻孔ZK142、ZK160溶蚀最发育，溶蚀洞穴多，溶蚀洞穴相距近，且洞跨度大，在3m～5m，即左岸厂基J2s2-1溶蚀最发育。河中及右岸钻孔ZK132、ZK147、ZK152溶蚀相对较弱，相比较溶蚀洞穴数量少，洞跨度小，一般小于0.30m(ZK132有一处3.4m洞穴)，即河床及右岸厂基J2s2-2溶蚀现象相对弱些。根据厂基溶蚀发育程度，河床及右岸厂基J2s2-2、J2s3-1区通过加强固结灌浆处理。少量地段进行针对处理后，可以满足厂基的要求；而左岸厂基J2s2-1区溶蚀发育洞穴多、洞径大，需采取特殊手段加固厂基。如加深固结灌浆的深度，对开挖揭露的洞穴必须用混凝土置换处理等。

厂房基础左、右岸基岩开挖边坡高约65m，设计坡比1∶0.5～1∶0.4，岩层为J2s1-3、J2s2-1、J2s2-2、J2s3-1，以弱微风化的砂岩、砾岩为主，岩层陡倾，边坡较稳定。

3 坝基岩溶涌水问题分析

工程区域为III类岩体，根据实际开挖揭露，主要为J2s2-2(含砾)细粒石英砂岩、铁钙质砾岩夹粉砂岩、J2s3-1细砂岩，夹粉砂岩、少量泥质粉砂岩。岩体质量以Ⅲa为主，但岩层中J2s2-1钙质砂岩、砾岩的溶蚀现象发育，部分区域溶蚀发育洞穴多，且洞径大，腔体内多为砂土散粒充填，厂基遍布多条较小溶蚀条带和泥质岩条带。其中该区域发育有4#、5#、6#较大溶蚀条带，发育宽度约为0.8m～6m，且深度较深，条带内大量砂土充填，溶蚀严重，开挖卸荷、爆破及节理裂隙极为发育。溶蚀主要表现为：细砂岩溶蚀(中等至严重)碎块状岩体残留；细砂岩沿裂隙面溶蚀(轻微～中等)、岩体碎块状；粉砂岩中等程度溶蚀碎块状岩体；砾岩溶蚀(中等)碎块状岩体残留、砾岩溶蚀(轻微)裂隙面溶蚀；细砂岩钙质流失；残留砂土、砂砾石残留、砾岩钙质流失、含砾细砂岩钙质流失、残留砂土夹块石，涌水多数沿溶蚀条带基坑出露位置涌出，部分为上游侧980m高程坝基位置渗漏。多以单点(单缝)方式出露，涌水量大小差异较大，主要集中在基坑左下角溶蚀条带出露位置。此区域在开挖过程中，随着开挖高程降低涌水点逐渐下移至开挖高程。现开挖出的1#机组及左冲基础位置区域，由于涌水较大，严重影响清基施工，采用多台大功率水泵抽排，仍无法满足，严重影响施工进度。经过现场实际查看，渗水主要集中在下游围堰左侧拐角区域(桩号：坝横0+131.000m～0+196.6.000m，坝纵0+315.000m～0+326.300m)，最大涌水量约为1.2m3/min，基坑总的排水量约为4660m3/h。此区域渗水量占有较大比例，地板单点涌水量极大，溶蚀情况严重，地质条件复杂，为厂基施工的重点难点部位，开挖揭示部分地质及涌水情况见图1。

图1 大坝地基部分地质及涌水

根据坝址区地层及构造分布，结合坝基开挖的实际情况，首先对坝址区岩溶发育规律进行了分析。坝基岩体岩溶发育呈条状，深部沿层面或断层方向连通性好、透水性强，岩溶洞穴沿顺4#、5#、6#较大溶蚀条带联通性较好，并通过下游围堰延伸至河床中部，为二期基坑岩溶最发育部位，溶洞多呈半充填状。由此可判断，基坑大量涌水的原因是：下游围堰深溶蚀条带及左山体沿NEE向延伸的岩溶通道发育，尤其是沿断层溶蚀条带形成贯通性好的管道状溶洞，在坝基部位的砂卵石覆盖层及浅部基岩被挖出后，岩溶通道被揭露出地表，外部河水沿下游围堰深部岩溶通道进入基坑，并在坝基部位形成多点集中涌水现象。

4 岩溶涌水处理方案

根据岩溶堵漏“堵排结合”的一般原则，对基坑涌水点、涌水区实施堵漏灌浆，采取灌砂浆、掺砾石、海带以及双液灌浆等方法。以上措施对涌水压力较小的涌水点、涌水区堵漏效果较佳。而岩溶刻槽与下游围堰结合部位，岩溶连通性好，涌水压力较大，岩体破碎，灌入的浆液和添加物被涌水带走或出现新的涌水点，封堵效果不理想。鉴于施工进度已延误，若等漏水通道全部封闭再进行混凝土浇筑，将无法如期完成工程建设。针对上述情况，对岩溶涌水较大点采用阶梯集水井引排减压(见图2)，对无外漏涌水点进行灌浆封堵。

图2 阶梯集水井引排减压示意

首先，对基坑渗漏水点(区域)钻孔，并安装排水管引排至施工区域外，尽量减少施工区域内集水量，然后根据实际情况在一定位置布置排水泵抽排剩余渗漏水，清基时对基础采用混凝土覆盖，把排水管引至混凝土仓号外，待混凝土浇筑满足堵水施工条件后的固结灌浆前，对涌水区域进行堵水灌浆。对渗漏水点周围进行观察及地质分析，清除漏水点上层渣土或覆盖物至基岩，采用高风压履带钻机结合100B风动钻机钻孔，一般在渗漏水点位置钻孔孔径为φ89mm主水孔，在渗漏水点周围0.5m～1.0m半径均匀布置1～5个钻孔作为排水孔。钻孔孔深一般为3m～5m，钻孔完成后采用镶孔口管或模袋塞进行孔口封闭，下设射浆花管至孔底，孔口安装节门并采用管子把涌水引至一定位置。

涌水引出施工区域后，待混凝土浇筑满足堵水施工条件后进行堵水灌浆。灌浆按“先表面封堵，后主控孔灌浆”、“先外围孔，后内部孔”的原则进行。灌浆次序原则上遵循先灌无水孔，再灌出水量小的孔，最后灌出水量大的孔。对于灌浆过程中形成新的渗漏部位，先采用常规方法封堵，如效果不明显则立即停止该灌浆孔封堵灌浆，对新出水部位布置浅孔进行浅层灌浆，待新出水部位浅层封堵灌浆完成后，再恢复主灌孔封堵灌浆。灌浆压力根据实际情况采用0.5MPa～1.5MPa。经过严格的过程控制，监理现场旁站，堵水灌浆处理后，孔内无渗水，灌浆效果较好，达到了将渗水最大限度地阻挡在坝基以外的目的。