某水电站明渠局部渗涌水与变形原因分析及处理

2016-09-28刘义彬刘邑飞苏建明彭仕雄

水电站设计 2016年3期

关键词：抗冲明渠基面

刘义彬,刘邑飞,苏建明,彭仕雄

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都　610072)

某水电站明渠局部渗涌水与变形原因分析及处理

刘义彬,刘邑飞,苏建明,彭仕雄

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都610072)

本文首先介绍了某水电站明渠漏水变形情况以及可能对工程造成的严重后果；然后，介绍了漏水变形部位岩土体类别及抗冲性能；同时，介绍了水工模型试验研究成果，即下游河床可能的主要冲刷部位及各部位可能的冲刷程度。在此基础上对明渠漏水及变形原因进行了深入的分析，并介绍了防护处理措施及防护处理效果。最后对水电站下游河道抗冲防护问题提出了建议。

渗涌水;变形;允许抗冲流速;地下水渗径;抗冲桩

1　概　　况

某水电站位于雅砻江流域，是以发电为主的综合利用水利枢纽。该水电站水库正常蓄水位1 015 m，坝高69.5 m，装机容量为600 MW。工程枢纽建筑物从左到右依次为左岸挡水坝、厂房坝段、河床四孔泄洪闸坝段、明渠三孔泄洪闸坝段及右岸挡水坝段。

2　渗涌水与变形情况

三期工程(右岸明渠3孔泄洪闸)施工时间为2014年6月～2015年6月。2015年2月11日，明渠左导墙墙脚桩号明渠0+155 m分缝上游约1 m左右水平施工缝位置，原局部渗水量突然变为涌水(见图1)，涌水水柱距底板顶面高约30～50 cm，水质清澈，未见明显岩屑等物质。导墙底板①-2、①-3及明渠底板⑤-2周边结构缝渗水变大，尤其⑤-2周边渗水变大较为明显，由渗水演变为涌水，最大涌水水柱距离底板顶面高5 cm；①-3块为0+170 m结构缝处为点状渗水现象(见图1)，渗涌水总量约为400～600 m3/h。当时，三期围堰已截流，并进行三期施工，河水从河床四孔泄洪闸过流，下泄流量约1 000 m3/s。

明渠护坦⑤-2块结构发生局部沉降，相对于周边块下沉约1～5 cm；左导墙顶在明渠0+155 m、明渠0+170 m、明渠0+185 m结构缝部位有向河床一侧变形现象(约2～3 mm)。

以上情况如继续恶化会导致涌水加剧或明渠左导墙失稳，严重影响三期施工。为此，需弄清渗涌水及变形原因，以便采取针对性的防护措施。

图1　明渠导墙底板渗涌水位置示意

3　渗涌水与变形部位工程地质条件

3.1左导墙及明渠底板

明渠左导墙采用混凝土“L”型结构，桩号为左导墙0+125～0+326.3 m；墙顶高程为1 014～1 004 m，左导墙建基面高程974 m。左导墙末端110.3 m采用地下连续墙基础，连续墙埋深约10～29 m。

明渠底板于明渠轴线0+125～0+180.00 m段建基面高程为981.0 m， 0+180.00～0+309.5 m段建基面高程为981.0～985.0 m，明渠底板厚度为2.5 m。明渠轴线0+309.5 m下游为覆盖层，采用连续墙基础，连续墙顶高程为981.00 m，明渠底板厚6.0 m。

F1断层产状N40°～50°W/NE∠65°～75°，断层带及其影响带宽约25 m，断层带由碳质页岩及粉碎岩组成，断层影响带主要为碳质页岩夹砂岩。断层带及影响带抗冲刷能力极差，透水性微弱。

F1断层及其影响带以上游建基面岩性为混合岩，弱风化Ⅳ类岩体，弱至中等透水，抗冲能力差。

F1断层及其影响带以下游建基面为弱风化砂质页岩夹砂岩(Ⅴ类岩体)以及砂岩夹有少量页岩和煤线(Ⅳ类岩)；明渠轴线0+309.5 m以下游段覆盖层厚，以粉砂质粘土为主，表部为砂卵石，采用地下连续墙基础。

3.2河床四孔泄洪闸消力池下游河床

河床四孔泄洪闸消力池下游齿槽桩号为坝0+125 m，齿槽建基面高程为956～960 m，消力池顶板高程为970 m。

消力池齿槽下游为天然河床，基岩以Ⅳ类混合岩为主，其中，右下角(坝0+175～0+200 m靠左导墙部位)为F1断层及影响带，Ⅴ类岩体。坝0+125～0+200 m范围内基岩顶板高程为952～986 m，顶板较低部位位于坝0+160 m附近、靠厂房纵向导一侧；左导墙左侧墙脚附近基岩顶板高程为983～986 m。Ⅳ类岩体抗冲刷能力差，Ⅴ类岩体抗冲刷能力极差。

河床覆盖层厚约17～37 m，顶底为砂卵石层，中部为桐子林组粉砂质黏土(厚约15～24 m)，覆盖层抗冲刷能力极差。

3.3漏水变形点工程地质条件

①-2号明渠底板地基以Ⅳ类混合岩为主，漏水量最大的左下角地基为Ⅳ类混合岩，位于F1断层上游约8 m；右下角局部处于F1断层带上，

①-3号明渠底板左上部分为Ⅳ类混合岩，右下部分为F1断层及影响带。

⑤-2号明渠底板左上角部分为Ⅳ类混合岩，其余部分为F1断层及影响带。

开挖揭示地质条件与前期勘察结论基本一致。

可研阶段，根据工程类比提出了坝区岩土体允许抗冲流速建议值，见表1。

表1　坝区岩土体允许抗冲流速建议值

4　前期水工模型试验情况

招标技施设计阶段工程枢纽整体水工模型试验结果表明，常年洪水(见图2)、50年一遇、100年一遇洪水情况下，明渠四孔泄洪闸消力池后水流流速大于该部位土体允许抗冲流速，有的部位流速大于岩体抗冲流速；河床0+168～0+185 m处，冲坑最深点高程为956～962 m；明渠导墙地基部位冲刷高程在962～965 m之间，低于左导墙建基面高程974 m。

明渠出现渗涌水时，河水流量较小，为1 000 m3/s左右，但导墙地基及河床部位岩土体已遭到较严重的冲刷。

图2工况8060m3/s 下游冲刷地形(1号、2号孔全开，3号孔局开，电站全发)

5　勘探、检测及监测情况

针对明渠渗涌水情况、明渠底板变形情况、左导墙变形情况，进行了如下勘探和检测:进行了地质钻孔取芯;在地质钻孔内进行了孔内电视、孔内录像、孔内声波、压水试验、盐化试验;并在地质钻孔间进行了连通试验;在明渠底板表面纵横剖面上进行地震反射波测试;左导墙布置了外观测点、倾角计、水准点等监测手段。

钻孔岩芯、孔内电视、孔内声波、盐化试验表明:明渠底板出水点主要在混凝土内，其次为混凝土与基岩的接触面，基岩内未发现出水点;混凝土与基岩接触面无明显的脱空;明渠混凝土蜂窝、麻面现象较严重，左导墙底部基岩附近的1～2m 混凝土岩性非常破碎。

孔内压水试验表明:F1 断层及断层影响带为微透水;Ⅳ类混合岩为弱～中等透水;混凝土内及混凝土与基岩接触面存在强透水带，混凝土内存在冷缝现象，明渠混凝土与基岩接触部位存在淘刷情况，但未完全贯通;位于明渠底板表部止水部分失效。

孔内录像表明:水流方向向右岸，水源为河水。

钻孔间连通试验表明:水源为河水，地下水流速为1.5m/min。

地震反射波测试表明:明渠底板以下无明显的、大范围的脱空带存在。

左导墙外侧地形测量表明:河床四孔泄洪闸过流后，左导墙外侧地基受到了冲刷，主涌水点附近冲刷深度低于建基面2m(EL972m)，水平方向冲刷深度未超过3m。

监测资料表明:自监测仪器安装后，左导墙未发现明显变形。

水量观测表明:自出现涌水以来，水量未明显进一步变大。

6　明渠渗涌水及变形原因分析

(1)渗涌水原因分析。综上所述，渗漏水原因为:明渠底板与混凝土接触面固结灌浆效果欠佳，混凝土内存在竖向及水平向冷缝及裂缝，同时存在蜂窝等缺陷，设置于明渠底板表部的止水部分失效，存在过水通道。岩土体抗冲性能差，但未进行防冲保护，河床四孔泄洪闸过水后对消力池下游天然河床部位覆盖层及基岩、左导墙地基进行了冲刷，导致地下水渗径变短，水压增大。河水沿混凝土内缺陷、混凝土与基岩接触面渗漏入导流明渠(三期基坑)内。

(2)变形分析。⑤-2块底板出现1～5cm沉降，主要原因为该块建基面以F1断层及影响带为主，为碳质页岩，V级岩体，其中右上角局部为混合岩，Ⅳ级体;在渗水作用下接触面处F1断层及其影响带物质被部分带走，在载重汽车反复碾压下，底板出现沉降变形。

左导墙顶在明渠0+155m、明渠0+170m、明渠0+185m结构缝部位有向河床一侧变形现象(约2～3mm)，主要原因为左导墙地基受河水冲刷、淘蚀，并在河水作用下引起了导墙不均匀错动变形。