某水電站壩基防滲處理措施分析

高立業(yè)，陳 柳，喬?hào)|玉，楊 光

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津300222）

某水電站位于剛果共和國(guó)剛果河的支流萊菲尼河，建筑物包括左岸土壩、泄水閘、河床式電站廠房、右岸接頭土壩和開(kāi)關(guān)站等，工程主要任務(wù)是發(fā)電，承擔(dān)剛果電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻和骨干電站作用。最大壩高32.5m，總庫(kù)容5.84億m3，為大型水電工程［1-2］。

1 基本地質(zhì)條件

工程地處剛果盆地西緣巴泰凱高原， 地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)輕微，地層產(chǎn)狀近水平，區(qū)域斷裂構(gòu)造和褶皺不發(fā)育，區(qū)域穩(wěn)定性較好。 第四紀(jì)以來(lái)，地表遭受河水侵蝕，河谷下切，河流兩岸階地不發(fā)育。 兩岸巖體局部有卸荷裂隙。

壩基白堊系砂巖為河湖相沉積物， 上部為薄層狀，層理明顯，交錯(cuò)層理及不整合面發(fā)育，巖層傾角平緩，產(chǎn)狀以NW290°～350°SW∠7°～21°為主，層底高程272～278m。 中部為厚、中厚層狀，層理較明顯，交錯(cuò)層理及不整合面不發(fā)育， 巖層傾角平緩， 多小于15°，層底高程260～266m。 下部為薄層狀，層理明顯，巖層產(chǎn)狀以NW315°～345°SW∠21°～27°為主，交錯(cuò)層理及不整合面發(fā)育，不整合面產(chǎn)狀NE80°SE∠3°［3］。

2 壩基砂巖地質(zhì)特性

2.1 砂巖的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度特性

壩基白堊系砂巖孔隙率20.08%～33.08%， 平均24.77%；天然密度1.95～2.41g/cm3，平均2.15g/cm3；單軸抗壓強(qiáng)度1.60～15.38MPa， 平均4.41MPa。 結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率大，密度小、強(qiáng)度低，滲透性強(qiáng)，屬軟巖～極軟巖。巖石因缺少泥質(zhì)膠結(jié)填充物，多呈孔隙式點(diǎn)接觸膠結(jié)， 在外力作用下易發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞， 變成砂土。在微酸性及低礦化淡水環(huán)境下，長(zhǎng)石顆粒易遭受水化水解作用，在結(jié)構(gòu)破壞后，在滲流作用下，易發(fā)生滲透變形，其破壞型式表現(xiàn)為有臨空面時(shí)發(fā)生溯源方向的流土破壞，因此，有必要采取滲流控制措施。

2.2 鉆孔壓水試驗(yàn)

為了解壩基巖體的滲透特性， 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了鉆孔壓水試驗(yàn)。 壩基巖體在勘探范圍內(nèi)分為三大層：K3層的薄層砂巖，中等～強(qiáng)透水性；K2層的中厚層砂巖，中等～強(qiáng)透水性；K1層沉積結(jié)構(gòu)與K3層類似， 巖體結(jié)構(gòu)較為疏松，透水性較強(qiáng)。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)鉆孔壓水試驗(yàn)：K1層巖體透水率10～690Lu， 平均120Lu；K2層巖體透水率4.9～220Lu，平均88Lu；K3層巖體透水率7.0～170Lu，平均55Lu。

由壓水試驗(yàn)成果可看出， 壩基巖體透水性整體較強(qiáng)，其中上部K3和K2兩層巖體透水率差別不大，較為相近，下部K1層巖體透水率略大。

地下水主要有孔隙潛水、孔隙～層面節(jié)理裂隙潛水、平行層面與垂直層面的滲透性差異，造成局部存在弱承壓水現(xiàn)象。壩基砂巖孔隙發(fā)育，各層在滲透性上差異不大，以中等透水性為主，局部呈強(qiáng)透水性。巖體中無(wú)明顯的相對(duì)隔水層。從巖體滲透性來(lái)看，可認(rèn)為是一種相對(duì)均勻的巖體。

2.3 滲透變形試驗(yàn)

為弄清巖體的滲透變形特性， 在室內(nèi)進(jìn)行了滲透變形試驗(yàn)［4］。 對(duì)平行層面和垂直層面方向分別進(jìn)行了滲透變形試驗(yàn)， 其中垂直巖層層面的臨界滲透坡降為2.75，破壞坡降為56.02；平行巖層層面的臨界滲透坡降為1.48，破壞坡降為21.31。

試驗(yàn)結(jié)果顯示， 巖層平行層面方向滲透坡降小于垂直坡降， 說(shuō)明巖體發(fā)生滲透變形主要沿層面方向發(fā)生，工程施工開(kāi)挖中已得到了驗(yàn)證。

3 帷幕灌漿效果分析

為降低壩基巖體的滲透性， 提高巖土體的整體性，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了帷幕灌漿試驗(yàn)［5］：Ⅰ序孔巖體單位注入量14.87～153.62kg/m，平均41.40kg/m；Ⅱ序孔巖體單位注入量0.28～22.74kg/m，平均11.13kg/m；Ⅲ序孔巖體單位注入量0.41～19.04kg/m，平均7.83kg/m；Ⅳ序孔巖體單位注入量2.69～14.86kg/m，平均9.63kg/m。灌后巖體透水率54～150Lu，降低效果不明顯；灌后巖體聲波提高1.91%～2.83%，提高也不明顯。

從試驗(yàn)成果可看出，壩基灌漿效果整體不理想。

（1）Ⅰ序孔灌漿對(duì)后序孔灌漿有影響，灌后巖體的縱波速度有小幅度提高。但Ⅱ序～Ⅳ序孔的灌漿單位注入量差別不大，巖體透水率變化不明顯，巖體波速也無(wú)明顯提高。 說(shuō)明在該巖體中采用普通水泥灌漿，難以形成連續(xù)的防滲帷幕，不能起到防滲目的。

（2）通過(guò)固結(jié)灌漿，對(duì)巖體在施工開(kāi)挖爆破松動(dòng)巖石、張開(kāi)裂隙、層面卸荷回彈張開(kāi)、混凝土與基巖的接觸面等能起到固結(jié)作用， 造成Ⅰ序孔巖體單位注入量略大。

（3）壩基巖體防滲灌漿的可行性及效果看，采用普通水泥進(jìn)行灌漿， 可提高巖體的整體性和抗變形能力，但在壩基防滲、降低壩基揚(yáng)壓力方面，其效果不會(huì)明顯。

4 壩基滲流分析計(jì)算

壩基砂巖透水性整體較強(qiáng)， 巖層中無(wú)相對(duì)隔水層，因而可以認(rèn)為是一個(gè)半無(wú)限邊界透水體。壩基帷幕即使能夠形成，也是懸掛式。 以樁號(hào)0＋160.00m斷面計(jì)算為例，對(duì)壩基設(shè)置不同深度帷幕，計(jì)算出壩基滲漏量及壩趾處滲流比降，計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 不同帷幕深度時(shí)大壩出逸比降和滲漏量計(jì)算成果

分析表1可知：

（1）即使將防滲帷幕深度設(shè)置到30m，較不設(shè)置防滲帷幕時(shí)候，單寬滲漏量也僅降低約4.1%，因此，防滲帷幕設(shè)置不能顯著減小壩基滲漏量。

（2）壩基巖體的建議滲透允許比降為0.65，而不設(shè)置防滲帷幕時(shí)壩址處的滲流比降為0.299～0.311，低于建議巖體允許比降，據(jù)此，可認(rèn)為壩基巖體不存在滲透變形問(wèn)題。

基于上述2點(diǎn)分析，壩基可取消防滲帷幕。

5 壩基防滲處理措施

根據(jù)對(duì)壩基巖體壓水試驗(yàn)、滲透變形試驗(yàn)、灌漿試驗(yàn)及壩基滲流分析， 壩基采用帷幕灌漿效果不明顯。工程最終決定采用以水平防滲方式為主，增加大壩上游鋪蓋及范圍，以延長(zhǎng)壩基滲徑的方法，降低了壩基滲漏量和滲透比降，起到了壩基防滲目的，也提高了壩基巖體滲透穩(wěn)定性。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）壩基的砂巖成巖程度低，屬孔隙介質(zhì)，采用普通水泥灌漿，漿液在砂巖孔隙中擴(kuò)散范圍有限，在地下難以形成連續(xù)有效的防滲帷幕， 很難起到壩基防滲目的。

（2）通過(guò)壩基滲流分析計(jì)算，最終為“取消壩基灌漿帷幕、 增加大壩上游鋪蓋范圍” 提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。用延長(zhǎng)滲徑以減小壩基巖體滲漏量，降低巖體滲透比降，提高壩基巖體滲透穩(wěn)定性，確保工程安全。工程已建成多年，運(yùn)行良好。