獅子坪水電站壩基深厚覆蓋層特性及防滲處理

黎昌有，鄧衛(wèi)東，馮建明

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 概述

獅子坪水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州理縣境內(nèi)岷江右岸一級支流雜谷腦河上，為雜谷腦河梯級水電開發(fā)的龍頭水庫電站，主要由攔河大壩、放空洞(導流洞)、泄洪洞、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道及地下廠房等建筑物組成。正常蓄水位高程2 540 m，最大壩高136 m，總庫容1.327 億 m3，引水隧洞長18 707.923 m，設計水頭390 m，引用流量61.4 m3/s，裝機容量195 MW。

攔河壩為礫石土心墻堆石壩，壩頂 高 程 為2 544 m，壩頂寬12 m，壩頂總長309.4 m。壩基覆蓋層防滲采用混凝土防滲墻全封閉方案，防滲墻底嵌入基巖，墻頂與心墻底部齊平，墻頂設觀測、檢修、灌漿廊道并與兩岸帷幕灌漿平洞相連。

2 壩基工程地質(zhì)條件

2.1 基本地質(zhì)條件

工程區(qū)位于北西向鮮水河斷裂帶和北東向龍門山斷裂帶所圍限的川青斷塊的小金～較場弧形構造帶之西翼近頂端的次級構造族郎帚狀構造帶上，在大地構造部位隸屬于松潘～甘孜地槽褶皺帶范疇，西側毗連巴顏喀拉冒地槽褶皺帶，東鄰揚子地臺西緣龍門山～大巴山臺緣拗陷帶，工程場地地震基本烈度為Ⅶ度。

壩址區(qū)位于高山峽谷，河谷兩岸山體雄厚，區(qū)內(nèi)河道順直，谷坡地形較完整，河流由西向東流經(jīng)壩區(qū)?？菟诤铀桓叱虨? 412 m，河面寬19～22 m，谷底寬 69～90 m，正常蓄水位高程處谷寬285～305 m。河谷橫斷面為較對稱的“V”型峽谷，巖層與岸坡近于正交，為橫向谷。兩岸谷坡陡峻，高程2 480 m以上平均坡度為45°～50°，臨河坡高300 m以上。

壩址區(qū)出露基巖為三疊系上統(tǒng)侏倭組(T3zh)和新都橋組(T3x)的淺變質(zhì)巖，巖石致密堅硬，巖體風化微弱。

壩址區(qū)第四系不同成因堆積物主要分布于河床和兩岸谷坡坡腳地帶。勘探揭示河床覆蓋層厚度為90～101.5 m，其成因類型、層次結構復雜，厚度變化大，既有遠源的河流相沖積物，也有近源的崩坡積物。根據(jù)成因、物質(zhì)組成、結構特征，由老到新可分為五層:

①含砂漂(塊)卵礫石層(Q3gl+fgl):系冰川冰水混合堆積，分布于河床底部，下伏為基巖，厚度一般為14～18 m，最厚處為25.25 m，頂板埋深73～96 m，頂板高程為2 321～2 344.5 m。漂卵石成分以變質(zhì)砂巖、板巖為主，偶見花崗巖，漂石粒徑一般為20～30 cm，卵礫石粒徑一般為2～7 cm，充填灰黃或灰色粉砂、粉質(zhì)土。該層局部架空，透水性強。

②粉質(zhì)壤土與粉細砂互層(Q3l):湖相沉積，分布于河床下部，除橫Ⅱ勘探線附近缺失外，幾乎鋪滿了整個河床。橫Ⅱ上游厚度一般為7.81～8.50 m，下游一般為10～12 m，頂板埋深66～72 m，頂板高程2 337～2 350 m。該層結構較緊密，微弱透水，滲透系數(shù) K20=1.58 ×10－4～1.82 ×10－5cm/s，抗?jié)B性能較高。

③－1含砂漂(塊)卵礫石層(Q4al):沖積堆積，分布于河床中下部，下伏為②層。厚39～58 m，頂板埋深7～28 m，頂板高程2 383～2 406 m。漂卵石成分為變質(zhì)砂巖、板巖，漂石粒徑一般為20～40 cm，卵礫石粒徑一般為5～10 cm，充填灰黃或灰色粉砂、粉質(zhì)土，結構較密實。該層分布6個砂層透鏡體，粗、中、細砂均有，透鏡體厚1.16～4.25 m，頂板埋深 23.35 ～43 m。該層滲透系數(shù) K20=2.48 ×10－3～4.07 ×10－2cm/s，屬中等～強透水。

③－2塊碎礫石土層(Q4col+dl+al):早期崩坡積與河流沖積混合堆積，主要沿雜谷腦河兩岸分布，厚度變化大，與③－1層同一時期形成，交互沉積。據(jù)鉆孔揭示，橫Ⅰ勘探線左、右兩岸厚度分別為 27.96 m、44.62 m，頂板埋深分別為 20.14、22.60 m，頂板高程分別為 2 429.51、2 408.8 m;橫Ⅱ勘探線右岸總厚度為36.66 m，頂板埋深8 m，頂部高程2 406.04 m，左岸缺失該層。碎礫石成分為板巖、砂巖，塊石為砂巖，塊石粒徑為20～30 cm、碎石粒徑為3～8 cm，礫石粒 徑 為 0.5～1.0 cm，細粒以粉質(zhì)土為主，含量約20% ～40%。該層結構分布不均一，有局部粗顆粒集中、局部細顆粒集中的現(xiàn)象。該層具中等～強透水性。

④層(Q4al):該層分布于河床上部，幾乎鋪滿河谷，根據(jù)其性狀差異分為三個亞層。

④－1層:含碎礫石砂層、粉質(zhì)壤土層，分布于④層下部，下伏為③－1層、③－2層，除橫Ⅴ線附近、下游圍堰下游及局部地段缺失外，河床均有分布。該層厚1.80 ～4.74 m，底板埋深12.39 ～32.28 m，底板高程為 2 384.60 ～2 402.41 m，結構較松散。該層具中等～弱透水性。

④－2層:含漂砂卵礫石層，分布于④層中部，除橫Ⅴ線附近及下游圍堰附近缺失外，河床均有分布，層厚0 ～11.81 m，底板埋深7.45 ～27.55 m，底板高程2 386.9 ～2 397.2 m，結構松散。該層具強透水性。

④－3層:含碎礫石砂層、粉質(zhì)壤土層，分布于④層上部，除橫Ⅳ線上、下游各90 m范圍內(nèi)及局部地段缺失外，河床均有分布。該層厚2.13～11.95 m，底 板 埋 深5.91 ～22.70 m，底 板 高 程2 392.82 ～2 406.50 m，結構松散。該層滲透系數(shù)K20=6.61×10－4～3.16×10－3cm/s，具中等 ～ 弱透水性。

⑤含漂卵礫石層(Q4al):現(xiàn)代河床沖積堆積，分布于河床頂部，厚度一般為3～7 m，在橫Ⅱ線最厚11 m，頂板高程2 405～2 416.36 m。漂卵礫石成分主要為變質(zhì)砂巖，偶見板巖，小礫石粒徑為0.5～1.0 cm，卵礫石粒徑一般為 3 ～7 cm，漂石粒徑為20～40 cm，充填物為中細砂，結構松散。該層滲透系數(shù) K20=2.62 ～6.20 ×10－2cm/s，具強透水性。

谷坡坡腳廣泛分布崩坡積(Q4dl+col)塊碎石土，該層顆粒大小懸殊，分布不均勻，局部細顆粒相對集中，具架空結構，厚度變化大，一般為5～30 m，結構松散。該層滲透系數(shù)K20=2.32×10－4～1.50 ×10－2cm/s，具中等 ～強透水性。

2.2 水文地質(zhì)條件

壩區(qū)地下水按貯存介質(zhì)的不同分為基巖裂隙水和第四系松散堆積層中的孔隙水兩種類型。基巖裂隙水主要貯存于谷坡兩岸及谷底巖體中，多受構造控制并與巖體的風化、卸荷有關;孔隙水賦存于第四系松散層中，兩者均由大氣降雨和地下水側向補給，向河谷排泄。地下水面呈隨季節(jié)變化而漲落的規(guī)律。

壩區(qū)河床覆蓋層各層透水性不均一，呈②＜④－1＜④－3＜③－2＜①＜③－1＜④－2＜⑤的總體特征。②、④－1、④－3層為細粒土，透水性相對較弱，為相對隔水層，但三層厚度、顆粒結構在空間分布上存在較大差異，從而降低了其作為抗?jié)B和隔水層的作用。③－2、①、③－1、④－2、⑤層主要由粗顆粒組成，剖面上揭示其厚度占河床覆蓋層總厚度的70% ～80%，為相對透水層。谷底基巖為變質(zhì)砂巖與板巖互層，透水性微弱，為相對隔水層。

3 心墻基礎防滲設計

獅子坪水電站壩段地質(zhì)條件復雜，河床覆蓋層深厚，沒有完整的隔水層，防滲系統(tǒng)的設計難度較大。大壩壩基防滲采用一道厚1.2 m的混凝土防滲墻進行全封閉防滲，防滲墻底崁入基巖1 m以上，最大墻深101.8 m，墻頂與心墻底部齊平，墻頂設觀測、檢修、灌漿廊道并與兩岸帷幕灌漿平洞相連。墻下進行帷幕灌漿防滲處理，防滲帷幕底線以小于或等于3 Lu為界限。為確保防滲墻體的完整性，采用防滲墻內(nèi)預埋兩排灌漿鋼管的方法，預埋管沿防滲軸線對稱布置，排距0.8 m，孔距2.5 m，在防滲墻體上部5 m設置鋼筋籠并與灌漿廊道底板內(nèi)的鋼筋有效連接。

4 防滲墻施工中出現(xiàn)的主要問題及處理措施

由于河床覆蓋層深厚，成因類型復雜，各層級配不均一，局部架空，成槽難度大，施工中所遇到的問題較多，主要表現(xiàn)為以下幾方面。

4.1 基巖陡坡段中的造孔及處理

前期勘探資料揭示:壩址區(qū)河谷橫斷面為較對稱的“V”型谷，河床下基巖邊坡坡角約為80°，按設計要求，防滲墻需入基巖1 m以上。由于在陡坡中造孔，鉆具在下落沖砸基巖時容易溜鉆，施工中極易發(fā)生孔斜，將會嚴重影響防滲效果。

處理措施:施工中采取先施工端孔，再用沖擊反循環(huán)鉆機鉆進穿過覆蓋層至基巖陡坡段，然后在孔內(nèi)下置定位器和爆破筒，將爆破筒定位于陡坡斜面上，經(jīng)爆破后，使陡坡斜面產(chǎn)生臺階或凹坑，然后在臺階或凹坑上下置定位管(排渣管)和定位器(套筒鉆頭)，用XY－2型工程鉆機鉆爆破孔，下置爆破筒，提升定位管和定位器進行爆破，爆破后用沖擊鉆頭進行沖擊破碎，直至終孔。

4.2 漏漿、塌孔及其處理措施

由于河床覆蓋層級配極不均一，局部具架空現(xiàn)象，造孔中部分孔出現(xiàn)了漏漿現(xiàn)象，并在S09、S11槽施工中發(fā)生嚴重塌孔。

(1)漏漿處理:造孔過程中，如遇少量漏漿，則采用加大泥漿比重、投堵漏劑等措施進行處理;如遇大量漏漿，單孔采用回填粘土鉆進進行處理，槽孔采用投鋸末、水泥或速凝材料等進行堵漏處理，并改沖擊反循環(huán)鉆進為沖擊鉆擠實鉆進，確保孔壁、槽壁安全。

(2)塌孔處理:發(fā)現(xiàn)有塌孔跡象時，首先提起施工鉆具，根據(jù)塌孔程度采取回填粘土、柔性材料或低標號混凝土等措施進行處理;若孔口塌孔，則采取布置插筋、拉筋和架設鋼梁等措施保證槽口的穩(wěn)定;若槽內(nèi)塌孔嚴重，則采取澆筑固化灰漿后重新造孔的方式予以處理。

4.3 基巖頂面的鑒定

基巖頂面的鑒定是決定封閉式防滲墻是否嵌入基巖的一個重要工序，其鑒定成果直接決定防滲墻的防滲效果。

本工程河床覆蓋層結構復雜，基巖面空間展布復雜，巖面鑒定以可研地質(zhì)勘察報告、設計圖紙等基礎資料為依據(jù)，在接近基巖面時開始對砂漿泵抽出的巖樣進行取樣，現(xiàn)場每進尺30～50 cm取樣一次;當感覺進入基巖后，每進尺20～30 cm取樣一次;當巖層風化程度變化劇烈、地質(zhì)條件明顯異常時，取樣頻率加密。當基巖頂面與前期勘探資料有較大出入時，則采取鉆孔取巖芯的方式進行分析判斷。

4.4 漂、塊石及硬巖鉆進

漂石、塊石與硬巖鉆進工效低，易產(chǎn)生孔斜，針對這一問題，采取了以下措施進行處理:

(1)槽內(nèi)爆破:在防滲墻造孔中遇漂(塊)石和硬巖時，采用XY－2型巖芯鉆鉆進，在槽內(nèi)下置定位器和套管進行鉆孔，鉆到規(guī)定深度后，提出鉆具，在漂(塊)石和硬巖部位下置爆破筒，提起套管，引爆。爆破后，漂(塊)石和硬巖被破碎。

(2)聚能爆破:在漂(塊)石或硬巖表面下置聚能爆破筒進行爆破，爆破筒聚能穴錐角為55°～60°，裝藥量控制在3～6 kg，最大為8 kg。在二期槽孔內(nèi)則采用減震爆破筒，即在爆破筒外加設一個屏蔽筒，以減輕沖擊波對已澆墻體的作用。

4.5 孔斜的處理

發(fā)生孔斜的原因很多，其中地層原因是最主要的。當槽孔施工發(fā)生孔斜時，將使墻體的有效厚度減少并影響墻體的連續(xù)性，因此，對孔斜的控制尤為重要。本工程采取了下列措施進行控制:

(1)改變鉆頭規(guī)格、形狀:沖擊反循環(huán)鉆機施工中及時掌握孔形情況，如發(fā)現(xiàn)偏斜，在鉆頭上加焊一圈鋼筋，擴大鉆頭直徑，擴孔改變孔斜;或在孔斜的相反方向加焊耐磨塊進行修孔。

(2)回填造孔:沖擊反循環(huán)鉆機造孔中若發(fā)生孔斜超標嚴重時，用粒徑10～25 cm石料回填至偏斜段頂部，重新進行該段造孔。造孔時，輕打慢放，隨時檢測修孔效果，直至滿足垂直度要求。

(3)定位、定向聚能爆破處理探頭石:造孔過程中遇探頭石時極易發(fā)生孔斜，采用定位、定向聚能爆破炸掉探頭石后繼續(xù)鉆進方式進行處理。

5 防滲墻墻體質(zhì)量檢查

為了檢驗防滲墻混凝土澆筑質(zhì)量，在成墻1個月后在防滲墻內(nèi)打2個檢查孔，分別做了“五點法”壓水試驗和三組抗壓、彈模檢測。

鉆孔取芯外觀檢查結果:兩孔混凝土芯樣采取率均達100%，孔斜率均＜3‰，混凝土芯除局部芯樣略有磨痕外，大部分混凝土芯完整、致密堅硬、強度高;檢查孔25段現(xiàn)場壓水試驗所得滲透系數(shù)均小于10－6cm/s，平均滲透系數(shù)為2.04～2.44 ×10－7cm/s，屬極微透水;檢查孔基巖頂面深度和原槽終孔深度基本吻合，墻底落淤均小于3 cm;檢查孔3組混凝土芯樣室內(nèi)試驗成果表明:抗壓強度平均值為36.47 MPa，彈性模量平均值為28 814 MPa，各項檢測指標均滿足設計技術要求。

防滲墻導向槽爆破拆除后，通過在3個測試孔采用單孔法超聲波對防滲墻頂部進行超聲波無損檢測得到平均波速為4 523～4 628 m/s，防滲墻的完整率滿足規(guī)范要求。

2009年9月，大壩開始一期蓄水到2 490 m高程，目前大壩還處于后期填筑過程中。經(jīng)過一期蓄水8個多月的檢驗，防滲墻下游未見滲漏水現(xiàn)象，防滲墻的防滲質(zhì)量良好。

6 結語

獅子坪水電站河谷覆蓋層深厚，結構層次復雜;河谷橫斷面成“V”型谷，存在防滲墻槽孔深、預埋件多、成槽難度大等問題。防滲墻的施工質(zhì)量直接決定防滲墻的防滲性能，施工中必須采取正確、合理和科學的措施及方法，嚴格按照設計技術要求和規(guī)程規(guī)范進行控制，保證防滲墻的施工質(zhì)量，確保其防滲性能達到設計要求。