錦屏二級水電站閘基深厚覆蓋層工程地質(zhì)特性研究

周春宏，賈海波，曹 強，廖 卓

(中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

1 工程概述

錦屏二級水電站攔河閘壩位于雅礱江錦屏大河彎西端的貓貓灘，最大壩高34m，由分離式布置的泄水閘、取水口等組成；泄水閘布置在貓貓灘河段河道中央，左右岸接頭為混凝土重力壩，導(dǎo)流洞布置在右岸，水庫正常蓄水位為1646m，閘頂設(shè)計高程1654m。閘址以上控制流域面積為10.3萬km2，閘址處多年平均流量1220m3/s。本文闡述了河床覆蓋層不同層組的分布發(fā)育情況，深入分析了可能存在的工程地質(zhì)問題，提出了相應(yīng)的處理措施。

2 閘址區(qū)工程地質(zhì)條件

工程區(qū)位于川滇菱形斷塊內(nèi)的東部，新構(gòu)造運動以整體抬升為主，其地震危險性主要受外圍強震帶的影響。工程閘址區(qū)50年超越概率10%的基巖水平峰值加速度為0.104g，相應(yīng)的地震基本烈度均為Ⅳ度。

閘壩區(qū)河道順直，流向N25°E，河谷較開闊，兩岸山體雄厚，河谷呈“V”型之縱向谷，兩岸無階地及漫灘分布。當(dāng)枯水位高程1627m時，水面寬71.4m，水深10m左右，當(dāng)正常蓄水位1646m時，谷寬137.46m。地層主要為三疊系上統(tǒng)(T3)之變質(zhì)砂巖、板巖及第四系覆蓋層，變質(zhì)砂巖、板巖常以互層狀產(chǎn)出。

閘址位于貓貓灘向斜近軸部地帶，核部最新地層為T34泥質(zhì)板巖，兩翼地層為T33～T2z變質(zhì)長石石英細砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖及大理巖。閘址區(qū)內(nèi)無區(qū)域性斷層通過，亦無較大的順河斷層分布，唯閘址下游左岸大奔流溝溝口發(fā)育有一條F4斷層，及NE～NEE向陡傾斷層F209、F213、f221外，其余均為長度200m以內(nèi)、寬度一般小于0.5m的小斷層。

閘址區(qū)地下水類型主要有基巖裂隙水和第四系松散堆積物孔隙水，總體上閘址區(qū)因兩岸谷坡地形陡峭，地表徑流通暢，基巖裂隙水水量不豐，地下水埋深大，基本通過地下徑流方式匯入雅礱江。

3 閘基深厚覆蓋層工程地質(zhì)特征

根據(jù)前期勘察資料及閘基開挖情況，河床覆蓋層厚度一般在35～40m，最厚可達50.10m。自下而上分為四大層五小層(圖1)，分述如下。

圖1 閘址河床工程地質(zhì)剖面示意圖

據(jù)閘壩覆蓋層6組承壓板載荷試驗成果表明，天然狀況下地基承載力特征值fak在752～850kPa之間，平均798.2kPa，能滿足設(shè)計要求(400～500kPa)；試驗最大荷載分別為1202.6、1976kPa時，其各自對應(yīng)最大沉降量分別為6.43～7.30mm、13.23～15.81mm。閘址覆蓋層的平均波速為272～347m/s，為中硬場地土，場地類別為Ⅱ類。

通過對閘址河床覆蓋層進行的多項試驗，并結(jié)合閘址工程地質(zhì)條件及川西地區(qū)深厚覆蓋層工程類比法，提出閘址的巖土體物理力學(xué)參數(shù)建議指標(biāo)，見表1。

4 閘基覆蓋層主要工程地質(zhì)問題

閘基覆蓋層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分布不均，土的物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，不均勻沉降變形、滲漏、滲透穩(wěn)定等工程地質(zhì)問題較為突出?，F(xiàn)詳細分析如下。

4.1 壓縮變形及不均勻沉降

通過2#～5#鋪蓋灌后9組孔跨孔波速Vp平均值的比較可得出，覆蓋層(包括回填碎石層)灌后波速范圍為2000～4878m/s，總體平均值為2928m/s，滿足設(shè)計的灌后標(biāo)準(zhǔn)(>2000m/s)；灌后變形模量在62.46～181.86MPa，平均值為110.60～119.50MPa,滿足設(shè)計的灌后標(biāo)準(zhǔn)。截止2020 年6 月，壩基累計沉降最大值14.09mm，沉降變化趨勢趨向平緩，逐步收斂(如圖2所示)。

圖2 壩基累計沉降觀測

4.2 閘基滲漏

據(jù)現(xiàn)場抽水試驗成果表明，Ⅰ層的滲透系數(shù)k值一般為8.01～47.0m/d，在該層頂板局部部位受架空影響，達100.2～126.14m/d。Ⅱ?qū)拥臐B透系數(shù)k值一般為21.11～42.15m/d，最大可達350.8m/d。Ⅲ- 1層結(jié)構(gòu)變化較大，滲透系數(shù)k值在10.4～32.98m/d不等，局部地段k值可達105.4m/d。Ⅲ- 2層k值為12.73～30.78m/d。

為研究閘址覆蓋層的滲漏情況，進行了滲流場數(shù)值模擬計算，分別計算下列組合工況：①工況1上游正常蓄水位(1646m)與下游枯期地下水位；②工況2上游設(shè)計洪水位(1648m)與下游設(shè)計洪水位(1638m)；③工況3上游校核洪水位(1651m)與下游校核洪水位(1645m)；④工況4上游死水位(1640m)與下游枯期地下水位(1620m)；對各種計算工況下的各層基礎(chǔ)滲流量進行分析對比，同時由于各層滲透系數(shù)不同，對層間的最大坡降也進行了分析，其結(jié)果見表2。

表2 滲流計算成果表

從上表得知，工況2水頭差最小僅5m，各層水力坡降及層間坡降也最小，滲漏量為165.024m3/(d·m)；工況1最大，其總單寬滲流量達到858.125m3/(d·m)，總滲漏量達140732.5m3/d，說明這種工況下水庫滲漏問題較嚴重，需采取防滲處理。

4.3 滲透穩(wěn)定

第四系松散堆積物的透水性能受土層結(jié)構(gòu)、密實程度、顆粒級配、細粒含量、分選程度、顆粒形狀等控制。閘址覆蓋層各土層均具備發(fā)生滲透破壞的地質(zhì)條件，其滲透破壞方式以管涌破壞為主，部分可能出現(xiàn)過渡型破壞，而且各層之間還具備存在接觸沖刷和接觸流失的可能，滲透穩(wěn)定問題突出。因此，閘基滲流控制應(yīng)結(jié)合各層土體的透水性及允許坡降，進行可靠的防滲處理，確保閘基土體的抗?jié)B穩(wěn)定性。施工時采取以混凝土防滲墻為主的防滲措施。

施工時采用防滲墻及部分防滲帷幕相結(jié)合進行閘基防滲處理措施，且在兩岸及部分防滲墻下的基巖灌漿孔深度進入5Lu線以下5m，采用單排直線形式布置，孔距2.0m，其中河床部位防滲帷幕深度在36～63m之間。

4.4 砂層液化

閘址河床覆蓋層內(nèi)包括雞窩狀砂層在內(nèi)共37處，其中40.5%分布于下部Ⅰ層中，27.0%分布于Ⅲ- 1層中，21.7%分布于Ⅲ- 2層中，10.8%分布于Ⅱ?qū)又?；厚度大?m的透鏡體共有15處。經(jīng)液化判別，閘基覆蓋層在Ⅶ度地震基本烈度條件下不發(fā)生砂土液化。在Ⅷ度設(shè)防烈度時Ⅲ- 1和Ⅲ- 2層在埋深15m以內(nèi)的砂層透鏡體會發(fā)生液化，液化等級屬輕微液化，需采取抗液化措施。為減少基礎(chǔ)的不均勻沉降、防止砂層液化，確保閘壩安全，對閘壩基礎(chǔ)的覆蓋層進行水泥固結(jié)灌漿加固處理。

5 結(jié)語

由于河床深厚覆蓋層各土層的性質(zhì)差異，致使閘基存在壓縮變形及不均勻沉降、滲漏、滲透變形及滲透穩(wěn)定、砂土液化等工程地質(zhì)問題。通過對閘基覆蓋層進行墊層置換、振動夯實、固結(jié)灌漿等工程措施，以提高閘基土體抗變形能力及防止砂土液化；而采用混凝土防滲墻+防滲帷幕的防滲措施，可防止閘基土體出現(xiàn)滲透破壞。從多年的工程運行來看，各觀測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)異常，表明所采取的工程處理措施是合適的。