陽江抽水蓄能電站下水庫大壩壩基防滲處理技術

周 清

(廣東水電二局股份有限公司，廣州 511340)

1 工程概述

廣東陽江抽水蓄能電站位于廣東省陽春市與電白縣交界處的八甲山區。陽蓄電站裝機容量為2 400 MW，分兩期建設，近期裝機容量為1 200 MW。下水庫位于陽春市八甲鎮南西5 km處的高屋村石祥、更口、豐田一帶，在上水庫北面約3 km處，集雨面積為15.94 km2，總庫容為3 105萬m3。下水庫建筑物包括：擋水大壩、溢洪道、由導流洞改造而成的放水底孔等。下水庫擋水大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩(如圖1所示)，壩頂高程為110.50 m，心墻高為45 m，壩頂總長為847.4 m，壩頂寬為7.0 m，最大壩高為55.9 m。

圖1 下水庫瀝青混凝土心墻堆石壩橫剖面示意(單位：高程m，長度mm)

下水庫大壩河床壩段壩基存在洪沖積層和坡積層，壩體建在經處理的砂卵礫石覆蓋層上。針對此覆蓋層壩基，壩基滲漏和壩肩繞壩滲漏處理是大壩設計和施工首要考慮和需要解決的問題。

2 壩基工程地質條件

下水庫壩址斷面形狀為寬闊的“U”型谷，谷底高程為60～65 m。白水河在壩址區流向由南向北，河水位高程約為60 m，水位隨季節變化。壩址左岸山頂高程為162.5 m，山體較雄厚，北面為正涌，山脊高程為128～162 m，山坡平均坡度約為26°。左岸山頭被上游兩條北西向沖溝切割形成兩埡口，山坡坡度為17°～35°，平均坡度約為28°。壩址右岸山脊高程為117～152 m，山坡較左岸平緩，平均坡度約為23°。

壩址地形開闊，壩址區分布有第四系人工填土層(Qs)、洪沖積層(Qpal)、坡積層(Qdl)、下伏基巖為加里東期混合巖(Mγ3)。其中人工填土層為0.5～2.2 m，洪沖積層為2.6～7.1 m，全風化層厚為3.2～30.0 m；強風化層厚為0～20.5 m。根據地質鉆孔資料分析，庫底洪沖積層透水性較強，在不同部位的厚度、粒徑變化較大，粒徑>5 mm的卵礫石含量為55%～80%，含泥量為0.6%～1.2%，砂礫卵石層天然密度平均值為2.1 g/cm3。滲透系數K平均值為5.22×10-3cm/s。砂礫卵石層滿足作為土石壩壩殼填筑料的條件，全風化層滿足作壩基持力層的條件[1]。

下庫壩采用瀝青混凝土心墻堆石壩，河床部位以洪沖積砂卵石層作建基面，挖除地表耕植土及洪沖積層頂部泥質粉細砂、砂質粉質黏土。兩岸壩肩及防滲心墻建基面為全風化帶，兩岸壩肩地下水位低于正常蓄水位，大壩存在壩基滲漏和壩肩繞壩滲漏問題，設計以巖體透水率q≤3 Lu為相對不透水層進行防滲處理[1]。

3 壩基處理的設計

3.1 壩基開挖

壩基開挖面要求平順連接，不得有臺階、急劇變坡；岸坡壩段壩基要求位于全風化上限以下不少于2 m，要求達到全風化硬塑土層；河床壩段壩基存在洪沖積層，要求挖除地表耕植土及洪沖積層頂部泥質粉細砂、砂質粉質粘土，即基礎置于經挖除2.0～3.0 m且開挖面至洪沖積層頂面以下不小于1.5 m并碾壓處理后的砂卵石層上[2]。心墻部位的洪沖積層需徹底清除，心墻底面應置于全風化層以下不小于1.0 m。

3.2 壩基防滲

基礎防滲采用防滲墻與帷幕灌漿相結合的垂直防滲方式，即心墻底部至弱風化頂面之間采用防滲墻，防滲墻底深入弱風化巖0.5 m，墻厚0.8 m；防滲墻底部至相對不透水線(q=3 Lu)以下5 m之間范圍、兩岸延伸至地下水位與相對不透水層相交處，采用一排帷幕灌漿處理，孔距為1.5 m。

由于河床部位以砂卵礫石層作建基面，兩岸壩肩及防滲心墻建基面為全風化帶，因此，設計采用混凝土防滲墻與帷幕灌漿共同防滲。大壩防滲墻與溢洪道連接部位在溢流堰兩側邊墩增設防滲刺墻，防滲刺墻厚1 600 mm，與兩側庫周防滲墻搭接，形成封閉的防滲體系[3]。施工時，先防滲墻后帷幕，最后澆筑心墻部位混凝土墊層及心墻支座，防滲墻混凝土為C25W6F50。

4 壩基處理的施工

4.1 壩基開挖

4.1.1岸坡開挖

大壩岸坡110.5 m以上按設計邊坡開挖，及時做好截水溝及馬道的排水溝。大壩岸坡坡積層厚度約為 2 m，開挖深度為3～5 m，開挖上下高差大。左岸根據XL4分級道路，在邊坡裝載渣料。右岸結構較多，在坡面設置4道臨時堆渣平臺，平臺寬度不少于4 m。利用PC220挖掘機，推土機將渣料從110.3 m平臺翻至100.3 m平臺，再從100.3 m平臺翻至90.3 m平臺、90.3 m平臺翻至80.3 m平臺，逐級翻渣至壩基平臺。在壩基原地面高程配合推土機、裝載機、反鏟挖掘機、自卸車等設備裝渣轉運，嚴格按照從上至下的開挖順序逐級開挖、渣料翻轉。在開挖過程中，預留0.2～0.3 m的保護層，施工時逐層控制，每開挖出一段10 m長的邊坡，即進行人工修坡。

4.1.2壩基開挖

根據壩基實際地形，壩基開挖深度在1.9～5.3 m之間，主要為壩基全強風化層及洪沖積層(主要為砂礫石)。從右岸至左岸開挖，先上游再下游，由上至下，從右至左，有序開挖。

壩基淤泥開挖主要在大壩左右岸坡低處。開挖淤泥前，先進行降水施工。在基坑四周設置環狀排水溝，左岸壩基淤泥開挖設置長排水溝，排水溝深度低于淤泥開挖層高度0.5 m以上，將地下水引排至右岸處理[3]。

在實際開挖過程中主要是利用分層下臥平推法來處理基坑覆蓋層，同時運用機械設備如裝載機、反鏟機等來實施挖裝，或是聯合使用推土機來進行推集挖裝，自卸汽車運至土石料轉運場。此外工作人員嚴格根據設計要求使用反鏟挖掘機挖掘土方邊坡，在此過程中需要預留一定的修坡空間，結合采取人工方式來輔助修坡作業的進行[4]。

壩基開挖按設計要求完成后(見圖2)，經參建各方驗收確認符合設計要求，再對砂卵石層壩基作進一步的碾壓壓實處理。

4.1.3 心墻基礎開挖

心墻基槽上部寬約22.7 m，下部寬13.6 m，設計坡比為1∶1，基槽底部最低高程為55.2 m。開挖時，先按照設計放出基槽邊線，利用PC220反鏟挖掘機配合20 t自卸車出渣，基槽開挖完成后在槽邊利用反鏟挖機挖出截排水溝，槽頂截水溝距離基槽邊不小于2 m，設置一定坡度排水，截排水溝內回填石渣[5]。基槽內每隔50 m設置1處集水井，井內設置抽水泵，施工時抽排積水。

4.1.4開挖爆破控制

基礎岸坡部分石方主要使用控制爆破作業來進行開挖，遵循由上至下、從外到內的原則開展作業。嚴格根據鉆孔、爆破、出渣的順序組織每區、層的作業，構成多工作面流水作業[6]。開挖采用分層、分臺階自上而下，邊線預裂、深孔梯段爆破施工方法，并隨各臺階土方開挖同步進行，先由反鏟清挖臺階面上的覆蓋土層，平整出鉆孔平臺。施工中采取非電毫秒微差起爆網絡爆破、邊坡預裂的方法進行施工。

4.2 混凝土防滲墻施工

混凝土防滲墻施工工藝流程：施工準備→測量放樣→導墻施工→成槽機成槽→雙輪銑銑槽→成槽驗收→刷壁→吊裝接頭板→吊裝鋼筋籠→安放混凝土導管→澆筑混凝土→拔出導向板→下一槽段施工。

4.2.1防滲墻施工槽孔布置

下水庫大壩混凝土防滲墻軸線長為886.2 m(壩0+6.55～壩0+892.75)，墻體嵌入基巖深度為進入弱風化層0.5 m。混凝土防滲墻與帷幕灌漿接觸部位設2 m深接觸帶，上部伸入混凝土防滲墻1 m，下部伸入弱風化基巖1 m。防滲墻墻體采用C25混凝土，墻厚0.8 m，防滲等級為W6，抗凍等級為F50。

根據下水庫大壩的地層特點、地質情況和基巖強度，采取不同的防滲墻成槽方法。成槽分別采用銑槽機成槽、沖擊鉆成槽和人工開挖成槽施工，總共158個槽段，其中20#槽(人工開挖成槽)最淺，為7.2 m，106#槽(銑槽機成槽)最深，為46.70 m。混凝土防滲墻施工分兩期進行(見圖3)，先施工Ⅰ期槽，再進行Ⅱ期槽施工。

圖3 防滲墻施工槽孔劃分布置示意

4.2.2銑槽機成槽

銑槽機成槽施工分兩期進行，槽段之間采用套銑法施工。成槽配備1臺液壓抓斗式成槽機(XG600D)和1臺雙輪銑槽機(BC-40型)施工。巖層以上采用液壓抓斗成槽，抓斗式成槽機帶自動測斜儀和糾偏裝置，成槽速度快、精度高，成槽速度為6 m/h；進入強風化及強度較高的巖層后，采用雙輪銑進行成槽。

4.2.3沖擊鉆成槽

沖擊鉆成槽采用鉆劈法施工。槽孔分兩期施工，先施工一期槽孔，相鄰的一期槽孔施工結束后，再施工中間的二期槽孔。每個槽段按5個孔布置，其中主孔3個、副孔2個，先施工主孔，完成主孔后再通過液壓抓斗抓取副孔，鉆(抓)取全風化層，孤石、堅硬的強風化層、基巖采用沖擊鉆機完成。

4.2.4人工開挖成槽

在兩岸壩肩地質較好，槽身較淺的槽段采用人工開挖成槽的方法。其原理在于工作人員使用風鉆、風鎬或是鐵鎬鉆孔并進行爆破完成挖掘工作，利用提升架將其中的雜質清理干凈，運用鋼筋混凝土進行護壁處理，孔內通風采用小型鼓風機和空壓機送風結合[7]。人工挖孔防滲墻分兩序施工，槽孔套接采用圓弧連接并對接縫混凝土鑿毛。槽孔施工工藝流程：平整場地→放線→定槽位→槽段開挖→安裝模板澆灌第1節護壁→拆模后繼續下挖，支模，澆護壁混凝土→養護→拆模→循環作業→達到設計要求巖層現場，參建各方確認基巖面深度→終孔驗收→清孔→鋼筋籠下設→混凝土澆筑。

4.2.5防滲墻施工控制重點

覆蓋層壩基混凝土防滲墻施工主要存在造孔垂直度控制、槽壁穩定、成槽工藝控制、墻段連接、墻體混凝土澆筑等一系列技術難題。為保證大壩防滲安全和質量，防滲墻施工重點做好以下方面控制。

1)成槽垂直度問題

下水庫壩基最大防滲墻深度達46.7 m，Ⅱ期銑槽容易出現偏槽現象，設計要求成槽傾斜不大于1/300墻高，成槽垂直度控制難度較大。主要控制措施如下：

① 成槽前，工作人員需要細致檢驗護壁泥漿，確保其達到規定標準要求后方可開展成槽作業。在此環節，需要結合具體地質條件與挖槽狀況對泥漿性能實施調整，并且確保槽內泥漿面比地下水位高出0.5 m以上，同時比導墻頂面低0.3 m以內。

② 在實際作業環節，需要密切檢測孔斜情況，一旦出現偏差過大的情況，需要立即利用銑頭上的液壓糾偏板予以處理[8]。

③ 對堅硬巖石旋挖鉆機破巖施工，需要對鉆孔偏斜情況進行動態觀測，一旦超出限值需要馬上停止施工，采用雙輪銑進行銑削，巖面線平整后再重新引孔。

④ 為保證Ⅱ期槽成槽垂直度，在Ⅰ期槽澆筑前，采取接頭定位板，并且在開孔作業過程中使用大扭矩、低轉速的銑切技術。

2)槽壁穩定問題

由地質資料知，地下防滲墻上半部位于砂卵礫石層和全風化層，在成槽過程中容易出現塌孔現象。控制措施如下：① 導墻可起到成槽導向、標高與槽段控制、承重與避免槽口坍塌的作用，是混凝土防滲墻施工中的重要環節，采用“┓┏”型，穩定性較好。② 為保證防滲墻槽孔及其基礎穩定，本工程防滲墻使用優質膨潤土、水以及外加劑，經過嚴格配比且通過驗證后，進行規范配備[9]，具體性能指標見表1。

表1 泥漿性能指標

3)成槽工藝控制

① 雙輪銑成槽施工

根據槽段成槽劃分，實施分幅作業。使用液壓抓斗三抓成槽法來進行土層開挖，也就是每個槽段實施作業過程中，按照從旁到內的原則抓取土體，防止抓斗兩邊受力不同而影響槽壁垂直程度。經過數次開挖，保證達到巖層標高[10]。對于巖層主要使用雙輪銑成槽施工，即利用切割輪內的切齒來完成巖石的切削，使其充分混合膨潤土懸浮液，并且可將巖石渣土切割為70～80 mm甚至更小的碎塊，使用與切割輪鄰近的離心泵抽吸其中的懸浮液與碎塊，保證開挖槽的清潔。

② 沖擊鉆成槽施工

采用沖擊鉆與旋挖機及液壓抓斗相結合的“兩鉆一抓”成槽方式，分兩序進行施工，首先采用旋挖機鉆取主孔，完成主孔后再通過液壓抓斗抓取副孔，旋挖機和液壓抓斗只鉆(抓)取全風化層，基巖部分利用沖擊鉆進行成槽施工。

4)槽段接頭施工

保證混凝土防滲墻各墻段之間有效連接是防滲墻施工的關鍵，也是防滲墻質量控制的重點，本工程防滲墻根據不同成槽方法相應采用了成熟且先進的接頭施工法。

① 雙輪銑Ⅱ序槽段套銑接頭施工

雙輪銑防滲墻成槽接頭形式采用“銑接法”，即在兩個Ⅰ序槽中間進行Ⅱ序槽成槽施工時，銑掉Ⅰ序槽端頭的部分混凝土，Ⅱ序槽混凝土澆筑后與Ⅰ序槽混凝土結合形成一道水密性較好的接頭。在Ⅱ期槽澆筑前，采用鋼絲刷對Ⅰ期槽段端部砼進行刷壁，確保接頭質量良好，滿足地下連續墻槽段接縫防滲要求。

② 接頭管接頭施工

沖擊鉆成槽采用接頭管作為連續墻的接頭處理方法。接頭在Ⅰ序槽施工結束后，將鋼制接頭管設置于一期槽兩端孔位置下方，并且利用拔管機來穩固孔口。實施澆筑作業過程中，工作人員應根據混凝土初凝時間以及液面上升高度與速度來拔出接頭管。混凝土澆筑后接頭管部位形成二期槽端孔，待二期槽成槽后連接成墻。接頭管分節制作，插銷連接，采用液壓拔管機起拔，一、二期槽孔接頭套接孔的兩次孔位中心在任意深度的偏差值不大于設計墻厚的1/3[11]。

③ 成槽后認真清孔，并進行換漿，確保成槽后的泥漿指標和沉渣厚度滿足設計和規范要求。

5)墻體混凝土澆筑注意事項

① 嚴格檢查和控制防滲墻混凝土拌合物的施工性能始終處于良好狀態；② 防滲墻混凝土采用直升導管法進行泥漿下澆筑工藝；③ 根據槽段的長度，每個單槽澆筑時，需設2套導管；④ 嚴格控制埋管深度，專人測量監控，埋管深度控制在2～6 m間，最后一次灌注量，保證混凝土澆灌至導墻頂部以上0.5 m。

4.3 帷幕灌漿施工

大壩帷幕灌漿線總長935.8 m(壩0-43.05～壩0+892.75)，共劃分31個單元，共布置637孔(13個加密孔)。帷幕鉆孔采用HGY-200、YX-2等型號地質鉆機造孔，終孔孔徑不小于56 mm。帷幕灌漿最深(基巖以下)為25.87 m。帷幕灌漿采用強度等級為42.5級的水泥。灌漿水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1共6個比級，開灌水灰比為5∶1。帷幕的防滲標準要求透水率q<3 Lu。

4.3.1施工流程

總體施工程序為：工作面清理→孔位放樣→抬動觀測孔→帷幕Ⅰ序孔(先導孔)→帷幕Ⅱ序孔→帷幕Ⅲ序孔→帷幕檢查孔→加密補灌(如需補灌)→補灌后檢查→場地清理。

4.3.2施工次序

帷幕灌漿分三序施工，先進行Ⅰ序孔灌漿，再進行Ⅱ序孔灌漿，最后進行Ⅲ序孔灌漿(見圖4)，且各次序孔在巖石中鉆孔灌漿的間隔高差不小于15 m。

圖4 帷幕灌漿分序示意

4.3.3灌漿壓力及分段

本工程帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿，灌漿分段和灌漿壓力按不同成槽方法和槽段，經試驗確定。

1)沖擊鉆及銑槽機成槽段：第1段長1 m(混凝土1 m)，在鉆穿混凝土后，對接觸部位單獨灌漿并待凝24 h；待凝結束后繼續鉆取基巖1 m，作為第2段；第3段長3 m，第4、5段長5 m，第6段及以下各段長5～10 m。

2)人工挖孔成槽段：第1段長1 m(混凝土1 m，基巖1 m)；第2段長3 m，第3、4段長5 m，第5段及以下各段長5 m。

3)灌漿壓力控制。Ⅰ序孔壓力值選擇0.3～0.5 MPa、0.3～0.5 MPa、0.7 MPa、1.0 MPa、1.5 MPa、2.0 MPa，Ⅱ序孔、Ⅲ序孔壓力值在Ⅰ序孔的基礎上適當增加0.1～0.2 MPa。

4)灌漿結束和封孔。在最大設計壓力下，灌漿孔段注入率不大于1.0 L/min時，再延續灌注30 min，結束灌漿。灌漿孔和檢查孔封孔采用“全孔灌漿封孔法”，即用0.5∶1的濃漿置換出孔內稀漿，待濃漿漿液溢出孔口時，改用純壓方式，即孔口卡塞，封孔灌漿壓力采用該灌漿孔的最大灌漿壓力，持續灌漿時間達30 min以上，結束灌漿封孔。

4.4 壩體與溢洪道連接處及庫周連接施工

大壩防滲墻與溢洪道連接部位在溢流堰兩側邊墩增設防滲刺墻，防滲刺墻厚1 600 mm，與兩側庫周防滲墻搭接，形成封閉的防滲體系[12]。溢流堰基礎靠上游5 m部位設1排帷幕灌漿，灌至3 Lu以下5 m，兩側刺墻與大壩和庫周防滲相接。

5 壩基防滲效果

5.1 防滲墻質量檢查情況

為保證防滲墻的施工質量，按設計和規范等要求對防滲墻進行了以下相關的檢查和檢驗。

1)混凝土試塊抗壓和抗滲檢查

大壩防滲墻共158個槽段，抗壓試驗162組，抗壓強度和抗滲試驗結果均達到了設計要求。

2)防滲墻鉆孔注水試驗及取芯檢查

選取8個防滲墻槽段進行鉆孔壓(注)水試驗及芯樣室內物理力學性能試驗和芯樣室內物理力學性能檢驗，鉆孔壓(注)水試驗結果均小于1×10-7cm/s，室內物理力學性能試驗結果均大于C25，滿足設計要求。

3)墻體實體質量檢查

實際所取芯樣完好無損，形狀為短柱狀。根據開挖情況表明防滲墻墻體良好結合，且芯樣強度達到標準要求，整體防滲墻性能達標。

經過嚴格的施工和質量過程控制，下水庫大壩完成的防滲墻墻體質量、抗壓強度、抗滲指標及接縫質量各項指標均符合設計要求。

5.2 帷幕灌漿質量檢查情況

帷幕灌漿單元工程完成14 d后，按不少于總孔數的10%布置檢查孔，檢查孔布置在灌漿有疑問、吸漿量大和地質條件有缺陷的部位，采用“單點法”進行壓水試驗。大壩帷幕灌漿共完成31個單元，通過檢查孔壓水試驗，灌漿效果明顯，透水率(q)值均滿足規范要求，達到了設計預期目的。

5.3 監測情況

下水庫自2021年9月下旬開始下閘蓄水，水位隨后緩慢上升，2022年5月30日后庫水位首次上升至90 m高程以上，至今監測到的最高庫水位為99.28 m。下庫下游側除生態放水外基本無水。下水庫大壩滲流滲壓監測數據顯示，大壩心墻運行狀態良好，無明顯滲漏情況，庫岸及庫周各滲流測點未發現異常滲流情況，壩后滲流量基本穩定保持在設計范圍內。經監測，堆石體變形已基本趨穩，當前庫水位(90.87 m)下大壩運行狀態良好。

6 結語

1)下水庫大壩自2021年9月下閘蓄水以來運行狀況良好，壩基處理較為成功。

2)大壩河床部位、兩岸壩肩及防滲心墻建基面分別座落在砂卵礫石層、全風化帶的巖土體上，壩基處理采取了挖除、保留及采用相應的混凝土防滲墻、帷幕灌漿等工程防滲技術措施，在加快進度的同時節省了工程投資。

3)建議后續對壩基和壩體沉降作進一步分析研究，以作為類似覆蓋層壩基處理設計和施工參考。