西藏某水电站围堰的基岩面鉴定及三维应用

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(1.福建华东岩土工程有限公司，福州，350003；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州，311122)

1 工程概况

西藏某水电站为二等大(2)型工程，开发任务以发电为主，水库正常蓄水位相应库容0.5528亿m3，电站装机容量为660MW，多年平均发电量32.045亿kW·h。电站枢纽建筑物由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、引水发电系统及升压站等组成。拦河坝为碾压混凝土重力坝。

围堰左、右岸基岩裸露，河床冲洪积层厚度4.5m～38.9m，基岩岩性为黑云母花岗闪长岩，堰基出露顺河向陡倾角断层。由于河床基岩面起伏较大，大孤石含量较高、分布不均，两岸坡存在倒悬及陡坡，防渗墙施工难度较大。基岩段表层卸荷裂隙发育，透水率大于5Lu。

上、下游围堰基础防渗均采用刚性混凝土防渗墙，上游围堰堰体采用土工膜斜墙防渗，下游围堰堰体采用混凝土心墙。

2 围堰设计要求

2.1 地质情况

围堰河床部位覆盖层厚度4.5m～38.9m不等，左岸深、右岸浅，主要为冲积漂卵石，孤、漂石含量40%～55%，直径以0.5m～2.0m为主，部分可达5m，中细砂充填，局部存在架空现象。根据钻孔抽水试验，漂卵石层渗透系数为0.02cm/s～0.13cm/s，呈强透水性。河床部位相对隔水层(q≤5Lu)垂直深度6m～42m(含覆盖层)，相对隔水层(q≤10Lu)垂直深度0～36m(含覆盖层)。

2.2 设计要求

围堰基岩岩性为黑云母花岗闪长岩，为坚硬岩。上、下游围堰采用刚性混凝土防渗墙，根据围堰应力应变有限元分析成果，确定防渗墙参数为：①刚性混凝土防渗墙厚度为1.0m；②混凝土设计指标为28d抗压强度R28≥5MPa，弹性模量≤1500MPa；③渗透系数K≤1×10-7cm/s；④28d破坏渗透比降J≥200；⑤要求墙体嵌入基岩不小于0.5m～1.0m；⑥防渗墙下接帷幕灌浆，灌浆深度至10Lu线且总深度不小于5m。

3 围堰三维分析

围堰防渗墙的施工过程，主要是基岩面的确定过程，由于河床覆盖层内存在大量的孤、漂石，粒径大，特别是靠近两岸容易堆积漂石，施工过程中容易出现误判，造成基岩面鉴定高程不准确，防渗墙入岩深度不足现象，从而造成防渗墙出现渗漏，防渗效果不能满足设计要求。为更好地进行围堰基岩面的确定，收集现场的各项地质参数，利用我院开发的Geo Station V1.0(水电工程地质三维系统)软件，进行地质数据库管理、地质三维建模、模型分析，提高分析的准确性，并将各阶段地质成果进行可视化比较，直观地进行实施分析，在施工过程中及时和分析成果进行对比，并发现存在的地质缺陷和施工时应注意的薄弱环节，为防渗墙的基岩鉴定准确性提供可靠的技术保障。

3.1 可研成果

根据可研阶段地质勘察成果，对上下游围堰进行了三维地质分析，初步确定了基岩面高程，上、下游围堰基岩面三维效果见图1、图2。

图1 上游围堰基岩面三维效果(可研阶段)

图2 下游围堰基岩面三维效果(可研阶段)

3.2 地质补勘孔成果

为详细了解防渗墙轴线部位下伏基岩埋深及地层结构特性情况，进一步验证可研成果确定的基岩面，沿防渗墙轴线施工地质补勘孔，采用地质钻机对基岩进行钻孔取芯，为避免出现对防渗墙基岩面的误判，基岩段取芯深度按15m～30m控制。个别地质基覆分界线难以判定的部位则根据现场情况增设钻孔，根据地质补勘孔的成果，对上下游围堰的基岩面进行了三维分析，见图3、图4。

图3 上游围堰三维效果(补勘孔成果)

图4 下游围堰三维效果(补勘孔成果)

3.3 预爆孔初探成果

在实际施工过程中，为加快防渗墙施工进度，沿防渗墙轴线采用高风压液压钻机钻设预爆孔，爆孔间距为2.0m，初步探明覆盖层内孤、漂石的位置，孔内下设炸药对巨孤漂石进行预爆，同时在钻孔过程中，初步确定防渗墙基岩面深度。根据对预爆孔的探明，将初步探明的防渗墙基岩面与可研建基面进行分析对比，找出相对准确的防渗墙基岩面，并分析可能存在的地质缺陷。初步探明的上、下游围堰基岩面三维分析对比见图5、图6。

图5 上游围堰三维效果(预爆孔成果)

图6 下游围堰三维效果(预爆孔成果)

3.4 物探CT扫描成果

为进一步提高围堰防渗墙基覆界限的准确性，避免出现误判，导致渗漏量过大，以及检测防渗墙与基岩结合部位的密实性及防渗墙混凝土的完整性，采用物探CT法进行检测，利用施工过程中的钻孔进行物探CT扫描，得到上、下游围堰的物探成果，并与三维分析成果进行了对比，进一步确定基岩面及存在地质缺陷的部位。基岩面三维分析图见图7、图8。

图7 上游围堰三维效果(CT扫描成果)

图8 下游围堰三维效果(CT扫描成果)

3.5 三维分析成果小结

根据以上四项研究成果，分析出本工程上、下游围堰主要施工难点：①上游围堰左岸边坡3#槽段存在陡立边坡，坡比为1∶0.45；②下游围堰右岸15#槽段出露陡立边坡，坡比达1∶0.2；③下游围堰左岸存在倒悬体，倒悬体深度6m～9m处，水平宽度3m～5m，分析为河床岩体受水流冲蚀所致；④下游围堰右岸14#槽段发育中陡倾角断层。倒悬体、陡立边坡及断层部位为本围堰工程施工重点和难点。

4 围堰防渗墙基岩鉴定

围堰防渗墙的造孔设备采用CZ-6D型冲击钻机，针对每个槽孔，根据三维分析成果初步确定各槽孔的基覆界线，当孔深将要接近基岩面时，根据所取岩样进行初步确定槽孔是否已全面进入基岩面，根据相应槽孔推测的深度，每钻进30cm～50cm取一次岩样，当采取岩样纯度达到80%以上时，即可确定槽孔已进入基岩，根据基覆界面的不同坡比，按照设计要求的入岩深度0.5m～1.0m进行钻孔控制，入岩后按20cm取样一次，对岩样的变化情况进行分析对比，保证槽孔入岩深度满足设计要求，在较陡边坡部位槽孔入岩深度不低于0.5m。根据槽孔钻进确定的基覆界线，对分析界面高程重新进行一次复核和调整，保证各槽孔的入岩深度达到设计要求深度。

对于陡立岸坡，采用调整槽孔施工顺序的方法进行钻孔，避免出现陡立边坡无法成孔的弊端，根据各槽段的坡比，调整每个槽孔的孔底高程，保证了防渗墙各槽孔的入岩深度。

5 结语

该水电站围堰防渗墙施工地质条件复杂，河床及防渗墙轴线有超大孤、漂石，岸坡存在倒悬体、陡立边坡及断层等不利地质现象。施工中通过补勘、预爆孔和物探CT综合分析，得到陡立边坡、倒悬体位置，利用三维软件立体直观地反应不良地质体，为设计防渗墙深度有限元分析提供了依据。此次施工中的分析方法，积累了混凝土防渗墙基岩面鉴定的经验，对今后类似混凝土防渗墙施工具有一定的参考作用。