瀘定水電站粘土心墻堆石壩復(fù)雜地基處理

鄭遠(yuǎn)建, 安亞梅

(1.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)水電第九支隊(duì),四川成都 611130;2.中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,四川成都 610072)

1 工程概況

瀘定水電站大壩為粘土心墻堆石壩,壩頂高程 1 385.5 m,壩頂寬 12 m,壩頂長(zhǎng) 526.7 m。大壩最低建基面高程 1 306 m,最大壩高 79.5 m。大壩上、下游側(cè)坡度為 1∶2,壩體上游設(shè)壓重。壩體基礎(chǔ)覆蓋層深厚,采用厚度為 1 m的混凝土垂直防滲墻防滲,防滲墻最大深度 106 m,防滲墻下接帷幕。攔河大壩的抗震設(shè)防類別為甲類,設(shè)防烈度為 8度。

根據(jù)設(shè)計(jì)和開挖后揭露的地質(zhì)情況得知,左岸基巖裸露,岸坡陡峻,河床覆蓋層深厚,層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜,河床覆蓋層一般厚 120～130 m,最大厚度 148.6 m,自下而上(由老至新)可劃分為四層。第①層:漂(塊)卵(碎)礫石層,分布于壩址區(qū)河床底部,厚 25.52～75.31 m,頂板埋深 52.12～81.8 m。第②層:泥石流、沖積混合堆積層,主要分布于河床中下部及右岸谷坡,根據(jù)其物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征可分為三個(gè)亞層。第③層:沖、洪積堆積層,按其物質(zhì)組成分為兩個(gè)亞層。第④層:沖積堆積層,分布于壩址區(qū)現(xiàn)代河床表部及漫灘地帶,厚1.5～25.5 m,局部見粉細(xì)砂層,呈透鏡狀展布。

電站左壩肩山體雄厚,壩肩巖體裂隙較發(fā)育,淺表卸荷及風(fēng)化巖體具強(qiáng) ～中等透水性。右壩肩地形坡度較緩,邊坡整體穩(wěn)定,壩肩土體由厚約數(shù)米的崩坡積塊碎石土、含漂(塊)卵(碎)礫石土、碎(卵)礫石土層組成,具有一定的承載和抗變形能力,但具中等 ～強(qiáng)透水性。

2 復(fù)雜地質(zhì)基礎(chǔ)的處理

壩基開挖后,邊坡及基礎(chǔ)存在大量滲水、涌水點(diǎn),河床及岸坡基礎(chǔ)夾雜粉細(xì)砂層透鏡體和粉土層,施工過程對(duì)復(fù)雜地基采取了設(shè)置排水溝、集水井排水、帷幕灌漿堵漏、粉細(xì)砂基礎(chǔ)換填等相應(yīng)的處理措施。

2.1 河床滲水的引排處理

該本工程河床為深厚覆蓋層,設(shè)計(jì)壩體座落于砂礫石層上,基坑開挖要求清除河床砂礫石層以上的表層淤積體和堆積體,即開挖至完整砂礫石層即可。

開挖后上游圍堰以上河道水位比大壩基坑高出 26 m,下游河道尾水比大壩基坑高 8 m,上、下游圍堰坡腳處存在大量反滲水。由于基坑深厚覆蓋層的不均勻性,也存在大量滲水,滲水量與上游河道水位高相關(guān),上游河道施工期間水位在高程1 318～1 330 m之間變化。沿壩軸線為一道深110 m、厚 1 m的混凝土防滲墻。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),當(dāng)上游河道水位達(dá)到 1 330 m高程時(shí),防滲墻上游面基坑最大滲水量為 5 256.72 m3/h,防滲墻下游面基坑最大滲水量為 2 613.64 m3/h,滲水量較大。排水方案確定為:在基坑設(shè)置排水溝,上下游分別設(shè)置泵站進(jìn)行抽排?；优潘鶕?jù)填筑安排和結(jié)構(gòu)物特點(diǎn),設(shè)置了 5條排水溝、5個(gè)集水井、2個(gè)泵站進(jìn)行引排。排水溝平行壩軸線或垂直壩軸線的方向設(shè)置,排水溝底寬 2～2.5 m,底部低于設(shè)計(jì)開挖面 1 m,溝邊開挖成自然穩(wěn)定邊坡,將平行壩軸線的 3#、4#排水溝設(shè)置在堆石區(qū)內(nèi);集水井均設(shè)置在堆石區(qū)內(nèi),集水井底部寬度為 3 m×3 m,底部高程較排水溝低 2 m,四周采用厚 1 c m的鋼筋石籠護(hù)坡。在上、下游圍堰坡腳處各設(shè)置 1個(gè)集中泵站,所有滲水由排水溝匯集到集水井,再由集水井抽排至上下游泵坑后集中抽排出基坑。根據(jù)滲水流量,同時(shí)考慮超標(biāo)準(zhǔn)洪水進(jìn)行抽排水設(shè)備配置。上游泵站布置 16臺(tái)額定功率為 200 k W、抽水量為 790 m3/h的水泵,1臺(tái)額定功率為55 k W、抽水量為400 m3/h的水泵;下游泵站布置6臺(tái)額定功率為 55 k W、抽水量為 790 m3/h的水泵,1臺(tái)額定功率為 55 k W、抽水量為 400 m3/h的水泵。同時(shí),在各個(gè)集水坑安裝潛水泵,將匯集水抽排至泵坑集中排出基坑外。

基坑排水溝、集水井、泵站的設(shè)置情況見圖1。

圖 1 基坑排水溝、集水井、泵站設(shè)置圖

2.2 心墻填筑區(qū)涌水點(diǎn)的灌漿封堵和反壓處理

基坑開挖后心墻區(qū)的大量滲水已通過引排方式解決,但局部還存在涌水點(diǎn),涌水處多個(gè)涌水點(diǎn)集中,較大的涌水點(diǎn)孔口直徑約 10 c m,單個(gè)涌水點(diǎn)的滲水量為 50～100 m3/h。對(duì)于集中、較大的涌水點(diǎn),在涌水點(diǎn)周邊加密設(shè)置灌漿孔,采用灌注濃水泥漿和摻加水玻璃的方式進(jìn)行灌漿封堵;對(duì)局部較分散的、小的涌水點(diǎn)采取反壓法處理,即先將滲水點(diǎn)開挖成深 50～60 c m、周邊長(zhǎng) 1 m×1 m的坑,然后在坑底滲水點(diǎn)和周邊鋪設(shè)雙層土工布,

在土工布上回填顆粒級(jí)配均勻、連續(xù)的石渣料并碾壓密實(shí)。實(shí)踐證明:這兩種方法操作簡(jiǎn)便,效果有效。

2.3 河床粉細(xì)砂層的換填處理

基坑開挖后上、下游右岸砂礫石層中均出現(xiàn)了較為集中的粉細(xì)砂夾層。為提高基礎(chǔ)的承載力,對(duì)粉細(xì)砂層采取換填石渣料的方式進(jìn)行處理。先將粉細(xì)砂層挖除,粉細(xì)砂層厚度不一,一般厚 2～3 m左右,局部較厚,根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算,粉細(xì)砂層清除深度達(dá) 2 m即可,開挖后換填連續(xù)級(jí)配新鮮的石渣料,并分層進(jìn)行填筑,填筑厚度為 1 m,采用 20 t振動(dòng)碾碾壓 8遍,確保碾壓密實(shí)。

粉細(xì)砂層采用石渣料換填,既保證了基礎(chǔ)承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求,同時(shí)換填區(qū)形成了 1個(gè)大的強(qiáng)透水層,又為右岸滲水提供了引排通道。

2.4 右壩肩邊坡集中滲水的處理

大壩右岸邊坡基礎(chǔ)(壩軸 0+320～壩軸 0+350段)在開挖過程中出現(xiàn)滲水(圖 2),滲水點(diǎn)分布在右岸邊坡壩軸線上、下游側(cè),防滲墻上游邊坡滲水點(diǎn)出現(xiàn)在 1 312 m高程,成線狀分布,防滲墻上游側(cè)邊坡(壩 0-030～壩 0-035段)在 1 308～1 312 m高程存在多處滲水點(diǎn);防滲墻下游側(cè)邊坡有 15 m長(zhǎng)的線性滲水點(diǎn),在下游右岸坡腳處有幾處大的滲水點(diǎn)。

觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示,在上游庫(kù)水位達(dá)到 1 326 m高程時(shí)防滲墻右岸滲水量約為 2 500 m3/h(其中防滲墻上游側(cè)滲水約為 2 000 m3/h,防滲墻下游側(cè)滲水約為 500 m3/h)。

圖 2 右岸滲水情況

2.4.1 右岸邊坡滲水灌漿封堵

根據(jù)觀測(cè)資料并結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行分析,滲水與庫(kù)水位相關(guān)性強(qiáng),大部分由上游庫(kù)水繞右壩肩沿透水體滲出,最終確定在上游圍堰防滲墻與右岸巖體之間采取帷幕灌漿設(shè)置一道防滲體。帷幕灌漿參數(shù)為:

(1)雙排孔布置,孔距 1 m,排距 1 m,梅花型布孔;

(2)鉆孔深 36 m,孔口高程 1 340 m,孔底高程 1 304 m(上游圍堰防滲墻底高程),起灌高程 1 338 m,灌漿深度 34 m,遇基巖部位帷幕灌漿孔深入基巖 1 m;

(3)起灌壓力為 0.3 M P a,每 m增加 0.05 M P a,最大壓力為 1 M P a;

(4)水灰比為 0.5∶1,灌漿分兩序進(jìn)行;

(5)采用自上而下分段灌漿法,第一段 2 m,第二段 3 m,以下各段為 5 m。

灌漿施工過程中,對(duì)孔內(nèi)水位進(jìn)行了觀測(cè),灌后孔內(nèi)水位為 1 319 m高程左右。觀測(cè)滲漏點(diǎn)水質(zhì)變化情況,未發(fā)現(xiàn)滲水中夾帶水泥漿液或變渾濁。采用高錳酸鉀水溶液鉆孔和直接向孔內(nèi)注入高錳酸鉀溶液,大壩右岸滲水點(diǎn)處未發(fā)現(xiàn)有色液體流出。灌漿前后對(duì)右岸滲水量進(jìn)行了觀測(cè),灌漿后除防滲墻上游面部分滲水點(diǎn)滲水明顯減小外,其余部位滲水情況在庫(kù)區(qū)水位相同時(shí)滲水量有所減小,根據(jù)觀測(cè)結(jié)果,在上游圍堰水位相同的情況下,右岸滲水量減小約 200 m3/h。

2.4.2 右岸邊坡滲水反壓法封堵

根據(jù)帷幕灌漿資料分析確定滲水由右岸邊坡繞滲,后期可通過大壩帷幕灌漿進(jìn)行封堵。施工期則通過反壓法和引排法解決滲水對(duì)壩體填筑的影響。

先對(duì)滲水邊坡及上下游坡面進(jìn)行擴(kuò)挖處理,同時(shí)在坡腳處開挖了 1條盲溝,將水引排至集水井,對(duì)擴(kuò)挖部位采用連續(xù)級(jí)配石渣料回填。回填前,在滲水邊坡滲水點(diǎn)上方 2 m部位開始鋪設(shè)雙層土工布,并延伸至水平段 10 m范圍,在土工布上再填筑一層基礎(chǔ)反濾料,然后采用新鮮、連續(xù)級(jí)配石渣料分層填筑,采用 20 t振動(dòng)碾碾壓密實(shí)。實(shí)踐表明,上述方案操作簡(jiǎn)便、施工效果好,保證了粘土心墻料干地填筑要求。

3 結(jié) 語

瀘定水電站粘土心墻堆石壩基礎(chǔ)覆蓋層深厚,基礎(chǔ)及邊坡存在滲水、涌水,粉細(xì)砂夾層等多種復(fù)雜地質(zhì)情況,在大壩施工過程中采取多種措施對(duì)出現(xiàn)的地質(zhì)問題進(jìn)行了有效的處理,處理方法簡(jiǎn)便,切合實(shí)際,效果較好,達(dá)到設(shè)計(jì)要求,為大壩的順利填筑創(chuàng)造了良好的施工條件,其中所采取的一些方法值得同類工程借鑒。