出居沟水电站深厚覆盖层建闸利用研究

李 扬

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

出居沟水电站深厚覆盖层建闸利用研究

李 扬

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

深厚覆盖层建基面的利用、选择是闸坝建设成败的关键，本文根据实际勘测得到的地质情况，从地形地貌、地质构造及岩性、水文地质条件出发，对土体特征、岩体工程特性等地质因素，围绕地基承载力及变形稳定性、闸基及闸肩渗漏问题、闸基渗透稳定问题和闸基砂土液化等问题进行分析和研究，论证了闸基在河床深厚覆盖层建基的可靠性，同时以隔水层作为防渗依托，做到经济合理。本文的研究对其他工程有较大的参考价值。

建基面；深厚覆盖层；防渗依托

0 前 言

水电工程中的大坝或闸在河床建基，时常遇到深厚覆盖层建坝的问题，而且有的覆盖层很厚，深厚覆盖层建基面的选择和所处的地质条件有关。例如：西藏旁多水利枢纽工程是在深厚覆盖层建坝，坝基覆盖层采用混凝土防渗心墙帷幕灌浆的方案，最深的防渗墙为158.47 m，施工难度很大。因此，建基面的选择受覆盖层厚度及覆盖层组成物质所制约，同时也要考虑坝体或闸坝的稳定等因素。而四川省西河出居沟水电站闸坝，闸坝最高22 m，充分利用河床覆盖层的特点，进行了详细分析论证，选择了合理的建基面和利用隔水层进行防渗，减少了工程施工难度，节约了投资和提前了工期。

1 闸址区的工程地质条件

1.1 地形地貌

闸址区河谷型态呈“U”型谷，山体雄厚，谷底宽110～140 m，谷宽约160～170 m。段内河道总体较顺直，现代河床靠右岸通过，河水流向约S40°E，右岸临河为基岩陡崖，左岸为宽约100～130 m的高漫滩台地，台地拔河高1～3 m。

1.2 地质构造及岩性

闸址区位于金汤弧形构造带东翼，区域性幺堂子弧形冲断层在距闸址下游约180 m处斜跨西河。闸址区无区域性断层通过，次级小断层和节理裂隙较发育。闸址区出露地层为二叠系上统大石包组(P2d)黑灰绿色枕状玄武岩，具块状构造，残余结构，岩石蚀变强烈，但岩性较致密坚硬。

钻孔揭露，闸址区河床覆盖层最大厚度大于85.17 m(相应基岩面高程低于1 707 m)，谷底基岩深槽略偏左岸。据钻孔揭露河床覆盖层的物质组成、结构及成因类型的差异，自下而上划分为三大层。

第Ⅰ层：泥卵(碎)砾石层(pl+alQ4)：系冲积与洪积混合堆积，位于谷底基岩之上，总体呈灰～灰黑色，顶板埋深54.7～59.6 m，最大厚度大于27 m。卵(碎)砾石成分复杂，主要为灰岩、玄武岩、砂岩，部分为凝灰岩、花岗岩等，一般呈次圆或扁圆状，少量次棱角或球状，粒径一般2～6 cm，次为0.5～2 cm。粗粒间孔隙充填灰黑色含泥中粗砂，含量约9.6%～11.1%，该层总体结构较密实。

第Ⅱ层：粉质黏土层(lQ4)：系堰塞湖相沉积，呈深灰～灰黑色。钻探揭示该层在平面分布连续，顶板埋深45.7～48.7 m，层厚6～12.51 m。钻进过程中，钻孔有明显的缩径现象，岩芯呈可塑～软塑状。该层底部含有少量砾石，黏粒含量也相对减少，砾石粒径一般0.5～1 cm，含量约占10%～15%。

第Ⅲ层：漂(块)卵(碎)石层(alQ4)：系现代河床冲积堆积，分布于河床中上部层厚一般45～47 m。物质成分较杂，主要有灰岩、砂岩、玄武岩等，磨圆度中等，球度差。该层以粗粒～巨粒土为主，缺乏细粒充填，局部具架空结构。其中漂石块径一般20～30 cm，含量约15%～25%；卵石粒径一般6～8 cm(大者10～12 cm)，含量约占30%～40%；砾石粒径以3～5 cm为主，含量约25%～35%。

1.3 水文地质条件

闸址区地下水按贮存介质的不同，分为基岩裂隙水与松散堆积层孔隙水两大类型。实测钻孔地下水位(稳定时间24 h左右)1 784.03～1 786.64 m，略低于河水位。

钻孔水文地质试验成果表明，闸址区河床覆盖层上部第Ⅲ层漂卵石层透水性强，渗透系数K一般为1.4×10-2～5.8×10-2cm/s，属强透水层；下部Ⅰ层泥卵(碎)砾石层结构较密实且含泥量较高，故透水性相对较弱，标准注水成果表明渗透系数K为5.07×10-4cm/s，具中等透水性；中部第Ⅱ层细粒含量高，室内渗透变形试验K为6×10-7～1.25×10-6cm/s，透水性微弱。

2 闸址区岩土体工程地质特征

为查明闸基土体的物理力学特性，针对河床覆盖层各层进行了现场载荷试验、钻孔原位试验、物性试验和力学试验。

第Ⅲ层漂(块)卵(碎)石层：分布于河床中上部，为闸基主要持力层。2组物性试验成果表明：加权含水率1.95%(均值)，小于5 mm颗粒含量23.86%(均值)。据现场力学性试验成果：比例极限Pf≥0.8 MPa，变形模量E0=34.2～55.9 MPa；土体内摩擦角34.5°～35.5°，凝聚力0.025 MPa；渗透系数为6.57×10-3～7.86×10-3cm/s，临界坡降0.62～0.70，破坏坡降1.30～1.55，破坏型式为管涌。7组超重型触探试验成果表明，其承载力标准值fk一般为0.33～0.7 MPa，变形模量E0=21～46 MPa。钻孔5组抽水试验成果表明，其渗透系数为4.86×10-2cm/s(均值)。综合各类试验成果，第Ⅲ层漂(块)卵(碎)石层具有颗粒较粗，透水性强，承载和变形模量较高的特性。

第Ⅱ层粉质黏土：位于河床中部，平面分布连续，厚度6～12.57 m，顶板埋深45.7～48.7 m。9组室内物性试验成果表明：粉粒含量一般31.4%～63.4%，黏粒含量一般14.5%～35.1%，液限一般25%～33%，塑限一般16.5%～22%，塑性指数一般8.7～11。7组室内力学性试验成果表明，土体内摩擦角15.8°～23.9°，凝聚力0.01～0.02 MPa，压缩系数为0.18～0.47 MPa-1，压缩模量3.75～8.16 MPa，渗透系数为4.06×10-4～7.58×10-8cm/s。2组室内渗透变形试验成果表明其破坏坡降if为4.29～5.29，渗透系数为2.14×10-7～2.15×10-6cm/s，破坏形式主要为流土。上述试验成果总体反映出第Ⅱ层土体具有颗粒细、抗渗性强、力学强度较差等特性。

第Ⅰ层泥卵(碎)砾石：分布于河床下部基岩之上，埋深大，结构较密实，组成物质以粗粒土为主。2组物性试验成果表明：加权含水率1.65%(均值)，小于5 mm颗粒含量25.52%(均值)，其中粉、黏粒含量占3.72%～7.07%。由于该层含泥量较高，其渗透性相对较弱。

3 闸基建基面的选择利用

3.1 闸基建基面选择的原则

闸基河床覆盖层深厚，勘探最大厚度大于85.15 m。闸基基础主要持力层为第Ⅲ层漂(块)卵(碎)石层。该层粗颗粒基本构成骨架，具较高的承载和抗变形能力。根据现场载荷试验及钻孔动力触探试验成果并结合工程类比，其允许承载力 [R]=0.55～0.6 MPa，压缩模量E0=45～50 MPa，能够满足闸基承载与变形要求。

3.2 闸基稳定性评价

勘探揭露，闸基河床第Ⅲ层中随机分布有数层碎砾石砂层透镜体，厚度一般0.53～1.95 m，个别厚度达5.87 m，各透镜体最小埋深12.1 m(相应高程1 782.81 m)，最大埋深达41.84 m(相应高程1 751.3 m)。物性试验成果表明：透镜体小于5 mm细颗粒含量占49.04%(均值，下同)，其中小于0.075 mm的粉、黏粒含量约占12.43%，干密度ρa2.02 g/cm3，加权含水量ω5.2%，液限WL=24.43%，塑限Wp=14.48%，塑性指数Ip=9.95 。由于碎砾石砂层形成时代新，位于地下水位以下，且小于5 mm颗粒中小于0.005 mm的黏粒含量仅占5.41%(小于地震设防烈度七度标准值16%)，初判有地震液化的可能性。

根据现行规范，对其液化可能性进行复判：由于碎砾石砂层透镜体中大于5 mm粗颗粒含量达50.96%(均值)，为饱和少黏性土，因此采用相对含水量或液性指数复判法进行判别，该透镜状碎砾石砂层顶板埋深大于12.1 m，干密度较大，结构较密实，抗液化能力较强，为透水性强的漂(块)卵(碎)石层所围限，地震时孔隙水压力易于散失，结合相对含水量和液性指数复判成果分析，Ⅲ层内碎砾石砂层透镜体在Ⅶ度地震烈度条件下，产生液化的可能性很小。

由于闸基河床覆盖层各层成因类型、组成结构及物理力学性质均存在差异，分布位置和厚度也不尽相同，尤其闸坝基础存在砂层透镜体，因此，本阶段研究分析了地基的沉降变形和不均匀变形。沿各建筑物轴线剖面进行了计算，在各种运用情况下，首部建筑物的最大沉降量为11.44 cm，均未超过规范允许范围；相邻部位的最大沉降差在泄洪闸段和冲沙排污闸坝段间，最大沉降差为5.96 cm，略超过规范允许范围，只要做好相关止水设计，此不均匀沉降将不会对首部建筑物造成危害。

4 闸基渗漏及防渗研究

4.1 渗 漏

闸基河床覆盖层可分为三大层，主要持力层为河床上部第Ⅲ层漂(块)卵(碎)石层， 物质组成以粗粒～巨粒土为主，细粒充填少，水文地质试验成果显示具强透水特征，且在勘探过程中局部孔段有漏水漏浆现象，表明存在架空现象，故建坝蓄水后，该层将构成坝基渗漏的主要途径。

两岸坝肩谷坡较陡峻，岩体卸荷较强烈，强卸荷带岩体裂隙发育，张开宽度大，具强透水性；弱卸荷带岩体卸荷裂隙仍较发育，具中等透水性。因此存在沿两岸坝肩绕渗问题。

4.2 防渗深度选择

第Ⅱ层粉质黏土：位于河床中部，整个库区平面分布连续，厚度6～12.57 m，顶板埋深45.7～48.7 m，以该层作为防渗依托，见图1第Ⅱ层粉质黏土平面分布示意。

闸坝基础防渗采用混凝土防渗墙，墙厚0.80 m，防渗墙伸入相对隔水层即第Ⅱ层，防渗墙底高程1 741.00 m，最大深度50.5 m，两岸基岩部分采用帷幕灌浆，帷幕灌浆为1排，间距1.5 m,灌浆深度伸入弱风化、弱卸荷下，左岸灌浆平硐长25.00 m，右岸灌浆平硐长45.00 m。

图1 第Ⅱ层粉质黏土平面分布示意

5 结 论

出居沟水电站闸址区河床最大覆盖层厚度大于85.17 m，自下而上分为三层，闸基基础主要持力层为第Ⅲ层漂(块)卵(碎)石层。该层粗颗粒基本构成骨架，具较高的承载和抗变形能力，为闸基基础主要持力层。第Ⅱ层粉质黏土：位于河床中部，整个库区平面分布连续，最小厚度大于6 m，且透水性微弱，以该层作为防渗依托，从地形地貌、地质构造及岩性、水文地质条件出发，对土体特征等地质因素进行分析论证，围绕闸基建基面的选择和利用，对渗透问题和防渗深度选择进行分析，论证了在河床深厚覆盖层建基的可靠性。

2017- 04- 13

李扬(1971-)，男，吉林长岭县人，高级工程师，从事水利水电地质勘察工作。

TV221.2；TV543.8

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1003-9805(2017)04-0046-02