瀘定水電站粘土心墻堆石壩基礎(chǔ)滲控方案研究

姜媛媛，晏國(guó)順，金 偉，索慧敏，王黨在

（1.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072；2.四川華電瀘定水電有限公司，四川 瀘定 626100）

0 引言

瀘定水電站壩址位于四川省瀘定縣城瀘定橋上游2 km處，距下游瀘定縣城2.5 km，為大渡河干流水電梯級(jí)開發(fā)的第12級(jí)電站。瀘定水電站水庫(kù)正常蓄水位1 378.00 m，校核洪水位1 381.22 m，死水位1 375.00 m，總庫(kù)容2.4億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容0.22億m3，具有日調(diào)節(jié)性能，裝機(jī)容量920 MW。工程樞紐主要由擋水建筑物、泄洪建筑物、引水發(fā)電建筑物組成。

攔河大壩為粘土心墻堆石壩，壩頂高程1 385.50 m，壩頂寬 12.0 m，長(zhǎng) 526.70 m，最大壩高 79.5 m。上、下游壩坡均為1∶2，壩體上、下游均設(shè)棄渣壓重。防滲心墻頂高程1 383.00 m，頂寬4.0 m，上、下游坡均為1∶0.25，上、下游反濾層水平厚度分別為6.0 m和8.0 m，上、下游過(guò)渡層水平厚度均為12.0 m。

1 工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)河谷斷面呈不對(duì)稱寬 “U”字形，壩基河床覆蓋層深厚，一般為120.0～130.0 m，最大厚度148.6 m， 按其物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征、成因和分布情況等自下而上分為4大層7個(gè)亞層。

④層、③1亞層、②1亞層、②2亞層和第①層組成物質(zhì)以粗顆粒為主，漂卵礫石基本構(gòu)成骨架，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，具一定承載及抗變形能力；表淺部土體局部有架空現(xiàn)象，但結(jié)構(gòu)不均一，河床右側(cè)下部②1亞層和②2亞層中夾有砂層透鏡體，表淺部局部有架空現(xiàn)象，存在不均一變形問(wèn)題；土體多具中等～強(qiáng)透水性，滲透破壞以管涌型為主，存在滲漏及抗?jié)B穩(wěn)定性問(wèn)題。③2亞層礫質(zhì)砂厚約4.85～8.3 m，分布于I級(jí)階地淺表部，呈透鏡狀展布，分布范圍小，承載及抗變形能力低。②3亞層主要分布于河床左側(cè)壩軸線下游及上游壩基。其中，左側(cè)壩軸線下游埋深27.0～30.0 m，厚6.52～10.5 m，上游壩基埋深33.0～39.0 m，厚32.0～35.0 m。該層為無(wú)粘性或少粘性土，屬晚更新世晚期沉積物，初步分析液化可能性小，但承載力和壓縮模量低，可能導(dǎo)致壩基不均勻沉降變形。壩址區(qū)覆蓋層物理力學(xué)參數(shù)建議值見表1。

壩址區(qū)左壩肩山體雄厚，基巖裸露，巖性為閃長(zhǎng)巖、花崗巖，邊坡整體基本穩(wěn)定。壩肩巖體裂隙較發(fā)育，淺表卸荷及風(fēng)化巖體具強(qiáng)～中等透水性，相對(duì)抗水層埋藏較深，存在壩肩繞滲問(wèn)題。右壩肩地形坡度較緩，主要由③1亞層含漂 （塊）卵 （碎）礫石土、②2亞層碎 （卵）礫石土層組成，具一定承載力和抗變形能力，但具中等～強(qiáng)透水性，存在壩肩繞滲問(wèn)題。右岸壩肩接頭部位，基巖垂直和水平埋深均較大，巖體淺表部風(fēng)化、卸荷較強(qiáng)，完整性差，多具強(qiáng)～中等透水性。

2 壩基滲流控制方案研究

大壩深厚覆蓋層最深達(dá)148.6 m，相對(duì)于壩體滲流控制措施而言，壩基的防滲處理方案更為關(guān)鍵。目前，壩基滲流控制的有效措施主要是混凝土防滲墻和帷幕灌漿，而根據(jù)混凝土防滲墻國(guó)內(nèi)施工水平，無(wú)法采取防滲墻全封閉設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，覆蓋層帷幕灌漿存在地層可灌性差及施工難度大等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)前期預(yù)可、可研及技施階段不斷深化研究，設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提出了防滲墻下接帷幕的聯(lián)合防滲設(shè)計(jì)方案。

2.1 滲控方案擬定

本工程壩基防滲采取懸掛式防滲墻下接防滲帷幕的形式。這種墻幕結(jié)合形式的關(guān)鍵在于防滲墻深度與帷幕灌漿厚度的合理確定。為滿足壩基覆蓋層滲透穩(wěn)定的要求，根據(jù)壩基工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，結(jié)合工程實(shí)踐和施工發(fā)展水平，對(duì)多種防滲方案進(jìn)行了比較，從而確定了防滲墻深度、帷幕深度及厚度、水平防滲鋪蓋范圍。

（1）可研階段采用 “80.0 m深基礎(chǔ)防滲墻+墻下覆蓋層帷幕灌漿+水平防滲粘土鋪蓋”防滲方式，防滲墻封閉范圍從1 300.0～1 220.0 m高程，防滲墻深80.0 m。

（2）招標(biāo)階段采用 “100.0 m深基礎(chǔ)防滲墻+墻下覆蓋層帷幕灌漿+水平復(fù)合土工膜鋪蓋”防滲方式，防滲墻封閉范圍從1 300.0～1 200.0 m高程，防滲墻深100.0 m。根據(jù)壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，以復(fù)合土工膜鋪蓋代替了粘土鋪蓋。

（3）技施階段采用 “110.0 m深基礎(chǔ)防滲墻+墻下覆蓋層帷幕灌漿”防滲方式，河床壩基廊道底板高程由1 304.5 m抬高到1 310.5 m，壩基防滲墻相應(yīng)加深到110.0 m。

2.2 滲流計(jì)算分析

表1 壩址區(qū)覆蓋層物理力學(xué)指標(biāo)地質(zhì)建議值

可研階段針對(duì)80.0 m深防滲墻墻下接不同深度、厚度的防滲帷幕以及設(shè)置水平防滲粘土鋪蓋進(jìn)行三維滲流場(chǎng)分析，計(jì)算結(jié)果表明：

（1）設(shè)置水平防滲鋪蓋對(duì)大壩基礎(chǔ)地層的滲流梯度總體改變較小，帷幕的滲流梯度減小約8%，滲流量沒有明顯減少，水平防滲鋪蓋效果并不十分顯著。

（2）加深壩基防滲帷幕對(duì)提高滲控效果作用不明顯。

（3）當(dāng)墻下防滲帷幕取消時(shí)，壩基碎 （卵）礫石土層②2的滲流梯度普遍超過(guò)其抗?jié)B比降，防滲墻下接帷幕是必要的。

（4）針對(duì)墻下覆蓋層帷幕自身的滲流梯度，3排覆蓋層帷幕滲流梯度數(shù)值為9.2，4排帷幕滲流梯度數(shù)值不足6.9，壩基覆蓋層均滿足滲透穩(wěn)定要求。

（5）壩肩帷幕延長(zhǎng)20.0～40.0 m以及壩基帷幕加深20.0 m，對(duì)壩基各覆蓋層滲流梯度改善并不明顯。

與帷幕灌漿相比，防滲墻防滲可靠性更高。因此，招標(biāo)階段防滲墻設(shè)計(jì)深度由80.0 m加深至100.0 m。招標(biāo)階段主要是針對(duì)80.0、100.0 m深兩種防滲墻墻下接不同厚度的防滲帷幕進(jìn)行了分析，計(jì)算結(jié)果表明：

（1）在防滲墻下接3排覆蓋層帷幕時(shí)，當(dāng)防滲墻深度由80.0 m加深到100.0 m時(shí)，壩體壩基滲流量減少約24%；壩基垂直防滲體下游區(qū)域覆蓋層的滲流梯度減小40%～50%，平均滲流梯度數(shù)值均小于0.1；墻下接覆蓋層帷幕自身的最大滲流梯度數(shù)值由9.2增至10.7。

（2）當(dāng)墻下覆蓋層防滲帷幕取消時(shí)，防滲墻端部覆蓋層的滲流梯度迅速增大，局部達(dá)到1.0以上；與設(shè)置覆蓋層帷幕相比，取消帷幕將使覆蓋層的滲流梯度增加約30%，壩基總滲流量增加約22%。

技施階段根據(jù)防滲墻現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)驗(yàn)證，防滲墻施工深度可達(dá)110.0 m?？紤]河床段灌漿廊道調(diào)整為3.5 m×4.5 m，兩側(cè)帷幕灌漿鉆孔難度加大，上游鋪設(shè)復(fù)合土工膜水平鋪蓋有一定困難，針對(duì)110.0 m深的防滲墻 （防滲墻封閉范圍從高程1 306.0～1 220.0 m），對(duì)不同防滲帷幕厚度及是否取消水平防滲土工膜方案進(jìn)行了三維滲流場(chǎng)分析研究，計(jì)算結(jié)果表明：

（1）上游復(fù)合土工膜水平鋪蓋設(shè)置對(duì)整個(gè)滲流場(chǎng)作用不大，水平防滲效果不明顯。

（2）當(dāng)土工膜取消后，3排帷幕和2排帷幕滲流梯度數(shù)值總體上以緊鄰防滲墻下游側(cè)部位的差距明顯些，相差約0.02～0.07不等，稍遠(yuǎn)處差距極??；在下游圍堰防滲墻端部普遍差約0.02～0.05。3排帷幕下的滲流量比2排減少約800 m3/d，占總滲流量的6%。

（3）與下接3排帷幕相比，墻下接2排帷幕自身的最大滲流梯度數(shù)值由11.3增加至14.6。

對(duì)以上各階段的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析比較，加上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝、施工難度等因素的考慮，工程取消了上游圍堰以及壩殼下部復(fù)合土工膜鋪蓋，保留大壩心墻底部上游土工膜。主河床段采用懸掛式防滲墻，防滲墻深110.0 m，墻下接兩排帷幕灌漿，防滲墻底高程為1 200.0 m。

總之，對(duì)于深厚覆蓋層地基，采用墻幕結(jié)合的垂直防滲方案是可靠有效的。在防滲墻現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以及施工技術(shù)條件下，防滲墻深度應(yīng)盡可能加深，有利于保證壩基防滲的有效性。當(dāng)防滲墻不能完全封閉時(shí)，設(shè)置墻下帷幕是必要的，施工時(shí)應(yīng)注意控制帷幕灌漿質(zhì)量，以提高其自身的抗?jié)B穩(wěn)定性。相比垂直防滲措施，復(fù)合土工膜水平鋪蓋設(shè)置對(duì)整個(gè)滲流場(chǎng)作用不大，水平防滲效果不明顯。大壩基礎(chǔ)存在可能發(fā)生滲透變形的地層，壩基下游滲流出口部位應(yīng)盡量設(shè)置反濾層以防萬(wàn)一，確保壩基長(zhǎng)期安全。

2.3 壩基防滲設(shè)計(jì)

大壩蓄水后河床覆蓋層將構(gòu)成壩基滲漏的主要途徑，混凝土防滲墻以能承受較大的水力坡降，防滲可靠等優(yōu)點(diǎn)成為深厚覆蓋層防滲的主要措施。本工程左岸斜坡段 （樁號(hào) 0＋077.0～0＋113.47） 和右岸臺(tái)地段 （樁號(hào)0＋214.01～0＋526.33） 采用全封閉式的防滲墻；主河床段 （長(zhǎng)100.54 m，樁號(hào)0＋113.47～0＋214.01）采用懸掛式防滲墻，墻下接帷幕灌漿；左壩肩 （樁號(hào) 0＋000.0～0-065.5） 及右壩肩 （樁號(hào) 0＋526.7～0＋604.2） 為淺帷幕； 左壩肩 （樁號(hào)0-065.5～0-096.5） 及右壩肩 （樁號(hào)0＋604.2～0+655.8） 為深帷幕；河床段兩排深帷幕底高程為1 155.0 m；覆蓋層內(nèi)防滲帷幕采用均厚式帷幕。深帷幕深入基巖標(biāo)準(zhǔn)為基巖滲透系數(shù)小于3 Lu，淺帷幕深入基巖標(biāo)準(zhǔn)為基巖滲透系數(shù)小于5 Lu。鑒于防滲水頭為74.0 m，壩基覆蓋層防滲采用一道厚1.0 m的混凝土防滲墻。

3 結(jié)語(yǔ)

瀘定水電站粘土心墻堆石壩壩基覆蓋層深厚，最大深度達(dá)148.6 m，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在對(duì)不同設(shè)計(jì)階段的壩基滲控措施研究分析的基礎(chǔ)上，最終確定了“110 m深防滲墻+墻下帷幕灌漿”的基礎(chǔ)滲控方案，解決了工程的主要工程難點(diǎn)，截至2011年3月初，基礎(chǔ)覆蓋層帷幕灌漿正在大規(guī)模展開，防滲墻施工質(zhì)量良好。