阿渦奪水庫壩基滲漏分析與處理

楊春璞，馬金波，馮 偉

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司，吉林 長春130021）

阿渦奪水庫壩基存在著特殊的地質(zhì)條件，巖石風化較深，層理發(fā)育多為陡傾角，張開度較好，節(jié)理裂隙發(fā)育且多角度，在壩址左、右岸表部皆發(fā)育卸荷裂隙帶。卸荷帶內(nèi)巖體裂隙十分發(fā)育，加之高寒地區(qū)物理風化比較嚴重，使巖體十分破碎，處理起來十分困難，經(jīng)帷幕灌漿處理后，仍存在著滲透量較大現(xiàn)象，經(jīng)對地質(zhì)條件綜合分析與合理評價，進行了補強灌漿工作，確定合理的施工方案，最后經(jīng)檢驗，效果比較明顯。

1 工程概況

阿渦奪水庫工程位于西藏自治區(qū)隆子縣境內(nèi)，隆子河左岸支流容扎曲的中游河段。距隆子縣縣城約52km（公路里程97km），距山南地區(qū)所在地澤當鎮(zhèn)93km。壩址以上流域面積225.8km2，多年平均年徑流量0.384×108m3，多年平均流量1.22m3/s，多年平均含砂量0.47kg/m3。

水庫正常蓄水位和校核洪水位分別為4515.49m，4517.83m，相應(yīng)庫容為 0.214億 m3，0.254億 m3。灌溉面積5850hm2。本工程為三等工程，大壩、溢洪道、輸水洞均為3級建筑物。攔河壩、溢洪道、輸水洞按50年一遇（P=2%）洪水設(shè)計，1000年一遇（P=0.1%）洪水校核。溢洪道消能防沖按30年一遇（P=3.3%）洪水設(shè)計。根據(jù)國家地震局1990年編制的1/400萬《中國地震烈度區(qū)劃圖》，本區(qū)地震基本烈度為8°，擋水建筑物設(shè)計烈度為8°。

水庫由大壩、左岸岸坡溢洪道、左岸輸水隧洞組成。大壩為粘土心墻堆石壩，壩頂高程4519.10m，最大壩高53.2m，壩頂全長161.80m，壩頂寬度10.00m。

2 地質(zhì)概況

壩址區(qū)屬高山地形，谷底高程4472～4479m。山體高程一般為4580m以上，比高大于100m。左岸山坡大部分為含壤土碎塊石覆蓋，中、下部基巖裸露。左岸山坡下部坡度一般20°～30°，中部坡度一般30°～40°，上部變緩。右岸山坡巖體大部分裸露，坡度25°～45°。壩址區(qū)河流總體流向由北至南，河谷呈不對稱的“V”字型，河水水面寬4～10m，水深0.5～1.5m。

壩址區(qū)出露的地層有侏羅系下統(tǒng)日當組頁巖夾少量砂巖、第四系松散堆積物和閃長玢巖侵入體。斷層發(fā)育，出露的頁巖夾少量砂巖呈單斜構(gòu)造，其產(chǎn)狀一般近東西向。

壩址區(qū)地下水按其埋藏條件，可分為第四系松散堆積層內(nèi)的孔隙潛水和基巖裂隙水2種?？紫稘撍饕癫赜诼?、階地的砂礫石層中，埋深一般0.5～1.5m。壩址兩岸山體地下水位埋藏較深，左岸地下水位埋深30～40m，右岸地下水位埋深 40～55m。

3 壩基滲透性分析

壩址區(qū)出露的地層出露有閃長玢巖侵入體，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，共有8條。根據(jù)壩址區(qū)的勘測結(jié)果，多數(shù)閃長玢巖走向近東西，順層侵入，與周圍呈裂隙接觸和破碎接觸，一般破碎帶寬約1m左右。為壩基滲漏主要通道，由于接觸部位破碎帶較寬且走向不固定，所以處理起來十分困難。

閃長玢巖侵入體內(nèi)，在壩址左、右岸表部皆發(fā)育卸荷裂隙帶。卸荷帶內(nèi)巖體裂隙十分發(fā)育，加之高寒地區(qū)物理風化比較嚴重，使巖體十分破碎，一般RQD值小于10%。其中左岸卸荷裂隙帶長約170m，寬約75m ，鉛直厚度一般13～19m；右岸卸荷裂隙帶長約130m，寬約70m，鉛直厚度21.5m左右。張開寬度一般為10～20mm，充填泥和巖石碎屑。該帶巖體透水性強，屬強透水巖體。

壩基開挖揭露巖石巖性、風化狀態(tài)、卸荷裂隙帶等與初步設(shè)計階段基本一致。揭露地質(zhì)構(gòu)造情況與初步設(shè)計階段出入較大，初步設(shè)計階段壩基沒有發(fā)現(xiàn)斷層，技施階段發(fā)現(xiàn)9條斷層，有3條寬度大于1.0m，最大寬度為5.2m，走向基本為順河向，傾角較陡，充填物為泥和碎塊巖，透水性好。

巖體節(jié)理發(fā)育，受卸荷裂隙的影響，節(jié)理多數(shù)張開1～2cm或充填巖屑、少量泥。節(jié)理發(fā)育以下列3組為主：①走向N5°W～N5°E，傾向SW或NW，傾角 55°～75°。②走向 N35°～60°E，傾向 NW，傾角 30°～50°。③走向 N20°E，傾向 SW，傾角 62°。總體分布趨勢以北西、東向（順河向），傾向南西或北西（右岸），陡傾角為主，多數(shù)張開、少量夾泥。

結(jié)合前期勘探鉆孔壓水資料、帷幕灌漿先導(dǎo)孔壓水資料（左岸）、灌漿試驗鉆孔資料（右岸灌漿平洞）分析，巖體透水層可分為3個透水帶：①強透水帶下限：左岸埋深10～25m，河床埋深9～11m，右岸埋深10～24m；②中等透水帶下限：左岸埋深 16～48m，河床埋深 14m，右岸埋深 15～53m；③小于0.03L/（min·m·m）相對隔水層埋深：左岸34～54m；河床埋深26m。右岸埋深41～73m。

根據(jù)工程地質(zhì)條件可以看出，壩基地質(zhì)條件極為特殊，巖層走向為順河向，且較陡；巖脈充填為順巖層充填，接觸帶較寬且走向不定性，透水性較強；斷層及節(jié)理發(fā)育，也均為順河陡傾角，透水性好。這種地質(zhì)條件對灌漿很不利。

5 壩基前期帷幕灌漿施工

阿渦奪水庫工程技施階段施工期間先后進行了2次大壩帷幕灌漿。2003年施工期帷幕灌漿按照技施階段設(shè)計施工圖施工，通過檢查孔壓水試驗檢查合格，此階段灌漿施工為前期帷幕灌漿。

阿渦奪水庫壩體心墻兩岸基礎(chǔ)巖石表部破碎，滲透性強，地下水位低。大壩為3級建筑物，最大壩高53.2m，屬中壩，其基巖相對隔水層單位透水率按“規(guī)范”要求為 0.05～0.1L/（min·m·m），考慮阿渦奪水庫來水量較小，河床基礎(chǔ)及左岸壩肩巖石灌漿帷幕范圍按不大于 0.03L/（min·m·m）控制，右岸壩肩帷幕按不大于 0.05L/（min·m·m）控制。河床帷幕深度約25.00m。左岸山體較平緩，巖體破碎，難以成洞，故左岸帷幕在山體表面鉆灌，灌漿范圍左岸至滲透系數(shù)較小的頁巖，左岸帷幕向山體內(nèi)延伸52.00m，帷幕深度約17.00～40.00m。由于右岸山坡陡峻，在右岸4519.10m高程打一帷幕灌漿平洞，至壩0+236.00m樁號，灌漿洞斷面為方圓形，尺寸為2.0m×3.0m（寬×高），頂拱及邊墻采用噴錨處理，底板采用混凝土板，厚度0.3m。右岸帷幕向山體內(nèi)延伸88.00m，帷幕深度約10.00～43.00m，右岸帷幕延伸長度達到1.5倍壩高。

考慮壩基巖石分布有順河向的斷層、節(jié)理裂隙，局部傾角較陡，節(jié)理裂隙較發(fā)育，大壩粘土心墻基礎(chǔ)采用主、副雙排帷幕，主、副帷幕排距1.50m，帷幕孔距2.00m，交錯布置，相當于帷幕孔距加密至1.00m，以提高帷幕的防滲效果。兩岸壩肩為單排帷幕，左岸壩肩帷幕孔距2.00m，右岸壩肩灌漿平洞內(nèi)的帷幕孔距原設(shè)計為2.00m，經(jīng)現(xiàn)場灌漿試驗，孔距調(diào)整為1.50m，同時，灌漿帷幕向山體內(nèi)增長42m。帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法。帷幕灌漿共分3序孔。

副帷幕完成灌漿孔75個，鉆孔進尺1782.99m，注入灰量186183kg。主帷幕完成灌漿孔76個，鉆孔進尺2888.54m，注入灰量431918kg。兩岸山坡（延伸體）完成灌漿孔33個，鉆孔進尺1325.20m，注入灰量285664.70kg。右岸山坡（灌漿平洞）完成灌漿孔40個，鉆孔進尺1186.53m，注入灰量137137.95kg。

本階段帷幕灌漿施工及檢查工作于2003年完成，依據(jù)本期檢查孔壓水試驗資料，其巖體透水率已經(jīng)達到設(shè)計控制標準。

6 壩基前期帷幕灌漿滲漏檢查與分析

2005年10月10日進行臨時下閘蓄水，庫水位蓄至4489.00m時，壩下多處出現(xiàn)滲水情況，并且隨著庫水位上升，滲水量也逐漸增大，且溢洪道底板及輸水洞內(nèi)多處可見明顯滲水。根據(jù)現(xiàn)場施工及蓄水期的有關(guān)資料，對壩后滲水原因進行分析論證。

6.1 壩基滲漏檢查與分析

在樁號0+0.000～0+148m布置檢查孔6個,從鉆孔巖芯看，壩基巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理多數(shù)張開，少量充填夾泥，表面見鐵錳質(zhì)浸染，部分陡傾角裂隙面見有擦痕。巖體破碎，巖心獲得率較低，一般為20%～60%，部分孔段見有斷層破碎帶和裂隙密集帶，巖石極破碎，巖心獲得率低于20%，鉆進中孔壁經(jīng)常掉塊、卡鉆，部分孔段跨塌嚴重，鉆孔無法施工，特別是JK1孔巖芯極破碎，孔深65m以上孔段壓水試驗均不能起壓，其中孔深47m以下發(fā)育隱伏斷層破碎帶（F19）和裂隙密集帶61.1～82.1m，巖體極破碎，垮孔嚴重。

從鉆孔壓水試驗分析，壩基巖體（含帷幕灌漿段）多屬于弱透水性（1≤q＜10）和中等透水性（10≤q＜100），少量孔段具有微透水（q＜0.01L/（min·m·m））。其中中等透水性巖體分布在JK1孔（樁號0+007.00）自壓漿板至孔深75.6m段，JK2孔（樁號0+044.50m）自壓漿板至孔深75.4m段，JK4孔（樁號 0+102.50）孔深 61.1～82.1m 段，JK5孔（樁號0+136.70m）自壓漿板至孔深79.0m段，JK11孔（樁號0+068.30m）孔深 64.0～79.0m段，主要屬于主、副帷幕下限之間的孔段，特別是JK1孔65.5m以上孔段壓水試驗不起壓，改為注水試驗，滲透系數(shù) 1.7×10-2～4.64×10-1cm/s，為強透水性；弱透水性巖體主要分布于JK2，JK4孔之間的副帷幕灌漿深度以上孔段。呂榮值不大于0.03L/（min·m·m）的巖體分布于距壩頂75.4～82.1m以下，埋藏較深。壩基檢查鉆孔壓水試驗成果見表1。

根據(jù)6個鉆孔壓水試驗資料統(tǒng)計，壩基帷幕灌漿段孔段全長209.5m，其中中等透水性孔段合計長137.2m，占全部灌漿孔段的65.5%，特別是JK1孔灌漿孔段壓水試驗不起壓，透水性強，說明灌漿效果未達到不大于0.03L/（min·m·m）的設(shè)計要求。同時，帷幕下巖體部分孔段具有中等透水性，部分孔段呂榮值大于 0.03L/（min·m·m）的設(shè)計值，即防滲帷幕深度亦不滿足設(shè)計要求。

表1 壩基鉆孔壓水試驗成果表

6.2 壩肩滲漏檢查與分析

1）左壩肩。自溢洪道（樁號0+000.00m）開始，至左岸山坡樁號0-066.80處布置檢查孔6個。防滲帷幕自壩頂高程，深度17.5～39.3m。從鉆孔巖芯看，巖體多為弱風化，風化帶厚度大于60m，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理多數(shù)張開，少量充填夾泥，面見鐵錳質(zhì)浸染，部分陡傾角裂隙面見有擦痕。巖體較破碎，巖芯獲得率多為50%～90%，部分孔段見有裂隙密集帶，巖石破碎，巖芯獲得率30%～50%，鉆進中有掉塊、卡鉆現(xiàn)象，巖芯多呈中短柱狀，局部碎塊狀。部分孔段垮塌嚴重，鉆孔無法施工，特別是JK10孔巖心獲得率極低，一般18.8%～67.7%，孔深34.6m以上巖石受強風化帶 (孔深5.5m以上)和斷層F19（孔深13.5～32.6m）影響，巖芯極破碎，部分孔段巖芯呈泥砂夾碎石狀，巖芯獲得率為0。左壩肩鉆孔壓水試驗成果見表2。

表2 左壩肩鉆孔壓水試驗成果表

從鉆孔壓水試驗分析，壩肩帷幕灌漿段巖體多屬弱透水性（1≤q＜10），局部中等透水性（10≤q＜100），少量孔段具有微透水（q＜0.01L/（min·m·m））。其中中等透水性巖體呂榮值0.106～0.421L/（min·m·m），主要分布在 JK7孔（樁號 0-051.70）孔深 21.0～25.0m，30.0～35.2m 段，JK8孔（樁號 0-068.80） 孔深 32.2～36.9m，47.2～52.0m 段，以及JK10孔（樁號 0-015.70） 孔深 7.8～13.0m，17.8～23.0m段。

根據(jù)鉆孔壓水試驗資料分析，左壩肩帷幕巖體呂榮值多未達到 q≤0.05L/（min·m·m） 的設(shè)計控制指標。同時，帷幕下巖體部分孔段具有中等透水性，部分孔段呂榮值大于0.05L/（min·m·m）的設(shè)計值，防滲帷幕深度不滿足設(shè)計要求。此外，帷幕端點處穩(wěn)定地下水位低于帷幕底界，正常蓄水位以下部分孔段呂榮值大于0.05L/（min·m·m）的設(shè)計值，帷幕未與壩肩山體相對隔水層封閉。

2）右壩肩。自灌漿平洞（樁號0+148.00）至灌漿平洞底端（樁號0+209.00），長61m，共布置檢查孔2個。防滲帷幕自洞底高程4519.00m，深度20.8～53.6m。從檢查鉆孔巖芯看，巖體為中等風化，風化帶厚度大于48.6m，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理多數(shù)張開，少量充填夾泥，面見鐵錳質(zhì)浸染。巖體較破碎，巖芯獲得率多為40%～72%，部分孔段見有斷層破碎帶裂隙密集帶，巖石破碎，巖芯獲得率低于30%，鉆進中有掉塊、卡鉆現(xiàn)象巖芯多呈中短柱狀，局部碎塊狀。部分孔段垮塌嚴重，鉆孔無法施工，特別是JK6孔孔深16.7～18.9m斷層帶巖心極破碎，巖芯呈泥夾碎石狀。右壩肩鉆孔壓水試驗成果見表3。

表3 右壩肩鉆孔壓水試驗成果表

從鉆孔壓水試驗分析，右壩肩巖體屬中等透水性（10≤q＜100）和弱透水性（1≤q＜10），JK6孔深度11.6～16.6m位于斷層影響帶，具有強透水性。其中，帷幕灌漿段巖體透水率0.115～0.741L/（min·m·m），具有中等透水性，最大達到 1.032L/（min·m·m），屬于強透水，均未達到設(shè)計控制指標。同時，帷幕下巖體多具有弱透水性，部分孔段呂榮值大于 0.03L/（min·m·m）的設(shè)計值，防滲帷幕灌漿深度不夠。帷幕端點處穩(wěn)定地下水位低于帷幕底界，正常蓄水位以下部分孔段呂榮值大于0.05L/（min·m·m）的設(shè)計值，帷幕未與壩肩山體相對隔水層封閉。

7 補強帷幕灌漿設(shè)計方案與施工

7.1 補強帷幕灌漿設(shè)計方案的變更

根據(jù)蓄水后滲漏檢查結(jié)果及地質(zhì)資料分析，2007—2009年，對阿渦奪大壩基礎(chǔ)補強防滲處理工程進行設(shè)計方案調(diào)整：

1）壩基防滲帷幕設(shè)計標準調(diào)整為：大壩基礎(chǔ)、左岸山體及右岸平洞部位，灌漿帷幕范圍按透水率不大于 0.1L/（min·m·m）控制。

2）壩基部位（壩 0+000m～0+148.00m）的加強灌漿帷幕中心線在原主帷幕線與副帷幕線中間，與主帷幕線距離為0.75m，孔距為1m，帷幕深度約為7～67m。

3）左岸加強帷幕在山體表面鉆灌，灌漿中心線在原設(shè)計灌漿線上向上游側(cè)平移0.75m，孔距為1m，帷幕灌漿范圍比原設(shè)計延長29.7m，延長至樁號0-096.50m處，帷幕深度約為10～65m。

4）右岸灌漿平洞比原設(shè)計延長19m，延長至0+228.00m樁號處，加強帷幕灌漿孔距1m，深度約為 10～67m。

5）輸水洞采用增設(shè)“密封圈”的方法進行處理，在輸水洞樁號洞0+092.13m處增加3排帷幕灌漿，排距1.5m，深度8m，標準按透水率不大于0.1L/（min·m·m）控制。

6）在左岸壩肩局部增加一排副帷幕灌漿，范圍在樁號壩0-011.60～0+035.50m之間，副灌漿帷幕中心線在原主帷幕線上，與加強帷幕線距離為0.75m，孔距1m，帷幕深度22～42m。

7）右岸壩肩部位（壩0+140.00～0+163.00m），埋深約15～40m范圍內(nèi)地層破碎帶采用高壓旋噴灌漿處理。高壓旋噴灌漿布置與該部位的加強帷幕灌漿布置相同，孔距定為0.5m。穿過這一破碎范圍后，恢復(fù)帷幕灌漿施工，處理至加強帷幕灌漿底線。

7.2 補強帷幕灌漿施工與檢查

根據(jù)阿渦奪實際地質(zhì)情況，參照灌漿規(guī)范，在施工方案中采用了國際先進灌漿理念和灌漿工藝（GIN法）。自2007年5月進行左壩肩試驗段的現(xiàn)場補強灌漿試驗，先后進行了主河床段帷幕補強灌漿、左岸山體帷幕補強灌漿、右岸平洞帷幕補強灌漿、副帷幕補強灌漿、右壩肩高壓旋噴灌漿及輸水洞“密封圈”帷幕灌漿等。截止2009年10月，歷時3年。

從檢查孔壓水試驗來看，主河床段及右岸平洞部位(0+000.0～0+209.0m)的檢查孔壓水透水率基本都在 0.1L/（min·m·m）以內(nèi)，為合格檢查孔，個別孔段出現(xiàn)的壓水試驗透水率大于0.1L/（min·m·m）的情況，在其兩邊打補充檢查孔進行檢查，以分析不合格孔段透水情況，補充檢查孔的檢查結(jié)果透水率皆小于0.1L/（min·m·m），為合格孔段，說明該部位不存在集中滲漏通道。

左岸山體部位（0+000.0～0-066.8m），有2個檢查孔JC2和JC3為不合格檢查孔，最大透水率為 0.2381L/（min·m·m），同時發(fā)現(xiàn)灌漿帷幕底線以下（JC3的第5段以下及JC5的第7段以下為灌漿帷幕底線下未灌漿孔段）也存在透水率大于0.1L/（min·m·m）的不合格孔段（最大透水率達0.312L/（min·m·m）。對此問題，設(shè)計與業(yè)主研究后，對左岸山體帷幕補強灌漿進行了加深處理，具體加深深度以先導(dǎo)孔及檢查孔壓水試驗所揭露透水率不大于0.1L/（min·m·m）的孔段高程來確定。加深孔在補強灌漿孔的基礎(chǔ)上進行，孔距1m，分三序施工，在加深段鉆灌施工過程中，采用孔口封閉灌漿法大壓力進行加深段灌漿，利用孔口封閉灌漿法的補灌作用，對該部位上部已施工的不合適孔段進行補灌，加深處理結(jié)束后，重新布置了補充檢查孔進行全孔段檢查，補充檢查孔的檢查結(jié)果為：透水率皆小于 0.1L/（min·m·m），為合格孔段。

[1]中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司.西藏阿渦奪水庫初步設(shè)計報告[R].1998.

[2]中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司.西藏阿渦奪水庫工程壩后滲水分析專題報告[R].2005.

[3]中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司.西藏阿渦奪水庫工程滲漏分析勘察報告[R].2006.

[4]中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司.西藏阿渦奪水庫工程竣工（施工地質(zhì)）報告[R].2009.