瀘定水電站粘土心墻堆石壩復雜地基處理

鄭遠建, 安亞梅

(1.中國人民武裝警察部隊水電第九支隊,四川成都 611130;2.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院,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 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、下游側坡度為 1∶2,壩體上游設壓重。壩體基礎覆蓋層深厚,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。攔河大壩的抗震設防類別為甲類,設防烈度為 8度。

根據設計和開挖后揭露的地質情況得知,左岸基巖裸露,岸坡陡峻,河床覆蓋層深厚,層次結構復雜,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,根據其物質組成及結構特征可分為三個亞層。第③層:沖、洪積堆積層,按其物質組成分為兩個亞層。第④層:沖積堆積層,分布于壩址區現代河床表部及漫灘地帶,厚1.5～25.5 m,局部見粉細砂層,呈透鏡狀展布。

電站左壩肩山體雄厚,壩肩巖體裂隙較發育,淺表卸荷及風化巖體具強 ～中等透水性。右壩肩地形坡度較緩,邊坡整體穩定,壩肩土體由厚約數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 ～強透水性。

2 復雜地質基礎的處理

壩基開挖后,邊坡及基礎存在大量滲水、涌水點,河床及岸坡基礎夾雜粉細砂層透鏡體和粉土層,施工過程對復雜地基采取了設置排水溝、集水井排水、帷幕灌漿堵漏、粉細砂基礎換填等相應的處理措施。

2.1 河床滲水的引排處理

該本工程河床為深厚覆蓋層,設計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,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。根據現場觀測,當上游河道水位達到 1 330 m高程時,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:在基坑設置排水溝,上下游分別設置泵站進行抽排。基坑排水根據填筑安排和結構物特點,設置了 5條排水溝、5個集水井、2個泵站進行引排。排水溝平行壩軸線或垂直壩軸線的方向設置,排水溝底寬 2～2.5 m,底部低于設計開挖面 1 m,溝邊開挖成自然穩定邊坡,將平行壩軸線的 3#、4#排水溝設置在堆石區內;集水井均設置在堆石區內,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的鋼筋石籠護坡。在上、下游圍堰坡腳處各設置 1個集中泵站,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。根據滲水流量,同時考慮超標準洪水進行抽排水設備配置。上游泵站布置 16臺額定功率為 200 k W、抽水量為 790 m3/h的水泵,1臺額定功率為55 k W、抽水量為400 m3/h的水泵;下游泵站布置6臺額定功率為 55 k W、抽水量為 790 m3/h的水泵,1臺額定功率為 55 k W、抽水量為 400 m3/h的水泵。同時,在各個集水坑安裝潛水泵,將匯集水抽排至泵坑集中排出基坑外。

基坑排水溝、集水井、泵站的設置情況見圖1。

圖 1 基坑排水溝、集水井、泵站設置圖

2.2 心墻填筑區涌水點的灌漿封堵和反壓處理

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

在土工布上回填顆粒級配均勻、連續的石渣料并碾壓密實。實踐證明:這兩種方法操作簡便,效果有效。

2.3 河床粉細砂層的換填處理

基坑開挖后上、下游右岸砂礫石層中均出現了較為集中的粉細砂夾層。為提高基礎的承載力,對粉細砂層采取換填石渣料的方式進行處理。先將粉細砂層挖除,粉細砂層厚度不一,一般厚 2～3 m左右,局部較厚,根據設計計算,粉細砂層清除深度達 2 m即可,開挖后換填連續級配新鮮的石渣料,并分層進行填筑,填筑厚度為 1 m,采用 20 t振動碾碾壓 8遍,確保碾壓密實。

粉細砂層采用石渣料換填,既保證了基礎承載力達到設計要求,同時換填區形成了 1個大的強透水層,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(壩軸 0+320～壩軸 0+350段)在開挖過程中出現滲水(圖 2),滲水點分布在右岸邊坡壩軸線上、下游側,防滲墻上游邊坡滲水點出現在 1 312 m高程,成線狀分布,防滲墻上游側邊坡(壩 0-030～壩 0-035段)在 1 308～1 312 m高程存在多處滲水點;防滲墻下游側邊坡有 15 m長的線性滲水點,在下游右岸坡腳處有幾處大的滲水點。

觀測數據顯示,在上游庫水位達到 1 326 m高程時防滲墻右岸滲水量約為 2 500 m3/h(其中防滲墻上游側滲水約為 2 000 m3/h,防滲墻下游側滲水約為 500 m3/h)。

圖 2 右岸滲水情況

2.4.1 右岸邊坡滲水灌漿封堵

根據觀測資料并結合地質資料進行分析,滲水與庫水位相關性強,大部分由上游庫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置一道防滲體。帷幕灌漿參數為:

(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,對孔內水位進行了觀測,灌后孔內水位為 1 319 m高程左右。觀測滲漏點水質變化情況,未發現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注入高錳酸鉀溶液,大壩右岸滲水點處未發現有色液體流出。灌漿前后對右岸滲水量進行了觀測,灌漿后除防滲墻上游面部分滲水點滲水明顯減小外,其余部位滲水情況在庫區水位相同時滲水量有所減小,根據觀測結果,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行封堵。施工期則通過反壓法和引排法解決滲水對壩體填筑的影響。

先對滲水邊坡及上下游坡面進行擴挖處理,同時在坡腳處開挖了 1條盲溝,將水引排至集水井,對擴挖部位采用連續級配石渣料回填。回填前,在滲水邊坡滲水點上方 2 m部位開始鋪設雙層土工布,并延伸至水平段 10 m范圍,在土工布上再填筑一層基礎反濾料,然后采用新鮮、連續級配石渣料分層填筑,采用 20 t振動碾碾壓密實。實踐表明,上述方案操作簡便、施工效果好,保證了粘土心墻料干地填筑要求。

3 結 語

瀘定水電站粘土心墻堆石壩基礎覆蓋層深厚,基礎及邊坡存在滲水、涌水,粉細砂夾層等多種復雜地質情況,在大壩施工過程中采取多種措施對出現的地質問題進行了有效的處理,處理方法簡便,切合實際,效果較好,達到設計要求,為大壩的順利填筑創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。