旁多水利工程大壩左岸基巖防滲設(shè)計(jì)

郭建業(yè)，劉 濤，石亮亮，王寶忠

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

旁多水利工程大壩左岸基巖防滲設(shè)計(jì)

郭建業(yè)，劉 濤，石亮亮，王寶忠

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

文章首先根據(jù)大壩左岸基巖工程地質(zhì)條件，擬定了三種不同的防滲設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對比，并通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定推薦方案，隨后針對選定方案進(jìn)行滲流計(jì)算，分析大壩左岸滲漏量以及總體滲漏量，為大壩左岸基巖防滲設(shè)計(jì)方案的確定提供依據(jù)。

深厚覆蓋層；基巖；防滲設(shè)計(jì)

1 工程概況

旁多水利樞紐工程位于西藏自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游 1.5km 處拉薩河干流上。距拉薩市直線距離約 63km，為拉薩河中段梯級開發(fā)之首，是西藏自治區(qū)“十五”期間重點(diǎn)水利工程項(xiàng)目，工程任務(wù)以灌溉、發(fā)電為主，兼顧防洪和供水。樞紐由大壩、泄洪洞、泄洪兼導(dǎo)流洞、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、灌溉輸水洞等組成。

工程規(guī)模為大（1）型，工程等別為Ⅰ等，大壩為 1 級建筑物。正常蓄水位 4095m，設(shè)計(jì)洪水位4096m，校核洪水位 4098.7m，水庫總庫容12.3× 108m3，電站裝機(jī)容量 160MW。工程場地地震基本烈度為Ⅷ度。

大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，最大壩高 72.3m，壩頂長 1052m，建基于中等～強(qiáng)透水的深厚覆蓋層上，同時大壩左岸岸坡部位基巖破碎，透水率高，因此，壩基防滲處理是該工程的設(shè)計(jì)難點(diǎn)與重點(diǎn)。

2 大壩左岸基巖工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘查成果，壩址區(qū)屬高山地形，谷底高程 4027～4034m，兩岸山頂高程 5300m 左右。壩址基巖面形態(tài)為兩岸呈基本對稱的“U”深槽，谷底覆蓋層深厚，基巖為陡峻的深切谷，最大埋深在420m 以上。壩基覆蓋層防滲方案為 150m 深懸掛式防滲墻方案，其中兩岸部分防滲墻入巖 1m。

大壩左岸岸坡部位地層自上而下分別為覆蓋層和基巖，其中基巖主要由粗安巖（E2p3）和花崗巖（E2J）組成。

覆蓋層厚約 25～110m，主要為坡積混合土碎（塊）石 、碎（塊）石 混 合 土（Qd4l）、坡 洪 積 混 合 土 碎（塊）石、碎（塊）石混合土（Qd4l+pl）、卵石混合土（Qa3l）及卵 石混 合土（Qf2gl）等，為中 等～ 強(qiáng) 透 水 層 。

粗安巖呈淺灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，為噴出巖體，埋深 30～55m，覆蓋于花崗巖之上，原生節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化、卸荷強(qiáng)烈，巖體較破碎，節(jié)理多張開，充填泥、巖屑等，鉆孔巖芯 RQD 值 10%～25%，壓 水試 驗(yàn) 值 1～10l/（min.m.m）不 等 ，為 中 等 ～ 強(qiáng) 透水巖體，局部為極強(qiáng)透水巖體。

花崗巖埋藏于粗安巖之下，埋深 40～110m，呈強(qiáng)～中等風(fēng)化狀態(tài)。強(qiáng)風(fēng)化帶厚度一般為 0～5m，分布不連續(xù)，厚度不均一，節(jié)理較發(fā)育，巖體完整性差，一般為中等透水巖體。中等風(fēng)化帶厚度一般為 20～50m，節(jié)理不發(fā)育，巖體較完整，一般為中等～弱透水巖體。花崗巖表部 25～40m 透水率一般1～4l/（min.m.m）之間，為中等透水巖體，下部透水率一般小于 1l/（min.m.m），0.5l/（min.m.m），下 限一般為進(jìn)入花崗巖 25～40m。

3 防滲方案比選

3.1 方案擬定

由地質(zhì)勘察結(jié)果，左岸基巖為粗安巖和花崗巖，粗安巖覆蓋于花崗巖上部，巖體呈強(qiáng)～中等透水狀態(tài)，局部為極強(qiáng)透水巖體。下部為花崗巖，呈強(qiáng)～中等風(fēng)化狀態(tài)，為中等～弱透水巖體。

根據(jù)大壩左岸基巖地質(zhì)勘察資料，并結(jié)合河床覆蓋層壩基主防滲措施（懸掛式防滲墻），擬定三種方案進(jìn)行方案比較，以便選擇合理的設(shè)計(jì)方案。

擬定的三種方案分別為：①兩排帷幕灌漿方案；②三排帷幕灌漿方案；③三排帷幕灌漿加密方案。

3.2 方案設(shè)計(jì)

方案一：樁號 0+85.0～0+147.0m 防滲墻下接花崗巖，設(shè)置一排帷幕，孔距 2.0m，通過墻內(nèi)預(yù)埋灌漿管進(jìn)行灌漿施工。樁號 0-120.0～0+85.0m 防滲墻下接強(qiáng)透水粗安巖，設(shè)置兩排帷幕，排距 1.0 m。第一排做為主帷幕，布置在防滲墻上游側(cè)，孔距 1.0m，上部與防滲墻搭接高度 10m，幕底深入相對隔水層 5m，相對隔水層按透水率 0.5l/（min. m.m）控制；第二排帷幕布置在防滲墻軸線上，孔距2.0m，通過墻內(nèi)預(yù)埋灌漿管進(jìn)行施工，考慮花崗巖表部較破碎，透水率較大，幕底深入花崗巖 15m。

方案二：樁號 0+85.0～0+147.0m 帷幕布置同方案一。樁號 0+85.0m 以左，設(shè)置三排帷幕，排距均為 1.5m。第一、三排分別布置在防滲墻上、下游側(cè)，孔距 1.5m，上部與防滲墻搭接高度 10m，幕底深入花崗巖 15m；第二排為主帷幕，布置在防滲墻軸線上，孔距 2.0m，幕底深入相對隔水層 5m。

方案三：樁號 0+85.0～0+147.0m 帷幕布置同方案一。樁號 0+85.0m 以左，帷幕布置同方案二，其中第一、三排孔距加密為 0.75m，第二排孔距加密為 1.0m。

3.3 方案比選

1）成幕效果及防滲可靠性。方案一通過把第一排帷幕孔距減小到 1m，提高帷幕的防滲效果。方案二為三排帷幕，施工過程中可先施工上下游排，后施工中間排，帷幕質(zhì)量易保證。方案三在方案二基礎(chǔ)上孔距減小一倍，帷幕質(zhì)量更易保證。故從成幕效果及防滲可靠性比較，方案三優(yōu)于其它方案。

2） 施工技術(shù)條件。帷幕灌漿平均鉆孔深度125m 左右（包括覆蓋層空鉆孔深度），深孔孔底偏差較大，帷幕排數(shù)越多，孔距越小，帷幕質(zhì)量易得到保證，方案二、三優(yōu)于方案一。方案三中間排部分孔為防滲墻內(nèi)鉆孔，鉆孔易出墻，破壞墻體完整性。故從施工技術(shù)條件角度比較，方案二較優(yōu)。

3）施工工期。經(jīng)施工工期計(jì)算分析，三個方案設(shè)備、人員投入差別較大。方案一和方案二投入較少，需鉆機(jī)分別為 5臺和 6臺；方案三的投入較大，高峰時段需鉆機(jī) 24 臺。故從施工工期以及投入設(shè)備角度比較，方案一、方案二較優(yōu)。

4）投資。經(jīng)計(jì)算，方案一、方案二和方案三投資分別為 4770.41 萬元、5497.47 萬元和 10966.78萬元。方案一投資最少，方案二次之，方案三投資最多。故從投資上比較，方案一最優(yōu)。

經(jīng)以上綜合比較，最終推薦方案二（三排灌漿帷幕方案）為大壩左岸基巖防滲處理方案。

4 選定方案設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 選定方案布置

樁號 0+85.0～0+147.0m 防滲墻下接花崗巖，設(shè)置一排帷幕，孔距 2.0m，通過墻內(nèi)預(yù)埋灌漿管進(jìn)行灌漿。

樁號 0+85.0m 以左，防滲墻下接強(qiáng)透水粗安巖，設(shè)置三排帷幕，排距 1.5m。第一、三排分別布置在防滲墻上、下游側(cè)，孔距 1.5m，上部與防滲墻搭接高度 10m，上部覆蓋層空鉆孔采用套管跟進(jìn)方法施工，考慮花崗巖表部較破碎，透水率較大，幕底深入花崗巖 15m；第二排為主帷幕，布置在防滲墻軸線上，孔距 2.0m，通過墻內(nèi)預(yù)埋灌漿管進(jìn)行施工，幕底深入相對隔水層 5m，相對隔水層按透水率 0.5l/（min.m.m）控制。

左岸帷幕延伸至正常蓄水位與相對不透水層相交處（樁號 0-220.0m）。

4.2 選定方案滲流計(jì)算

1）基巖灌漿帷幕幕體透水率敏感性分析。由于左岸岸坡段防滲墻均深入巖石，同時墻下部較深厚的中強(qiáng)透水層已通過帷幕灌漿進(jìn)行了處理，因此，左岸基本不存在滲透穩(wěn)定的問題。但由于覆蓋于花崗巖之上的粗安巖透水率較大，因此，需要對左岸基礎(chǔ)封閉段 （樁號 0+175.0～0-220.0m 之間）進(jìn)行總的滲漏量計(jì)算?；鶐r灌漿帷幕幕體透水率 分 別 取 1l/（min.m.m）、0.5l/（min.m.m） 和 0.3 l/（min.m.m）進(jìn)行計(jì)算。

選取左岸3個典型剖面利用分段綜合的方法，統(tǒng)計(jì)左岸基礎(chǔ)封閉段總的滲漏量。

利用平面有限元滲流計(jì)算程序。采用正常蓄水位工況計(jì)算結(jié)果進(jìn)行滲漏量統(tǒng)計(jì)。計(jì)算中近似認(rèn)為材料的滲透系數(shù)在水平和垂直方向上相等。筑壩料和各基礎(chǔ)土層的滲透系數(shù)取值見表1。

表1 筑壩料和基礎(chǔ)土層 K cm/s

考慮該工程壩基覆蓋層深厚、工程地質(zhì)條件復(fù)雜、工程重要性等因素，滲漏量控制標(biāo)準(zhǔn)為總滲漏量不大于多年平均年徑流量的 1%。

經(jīng)計(jì)算，大壩左岸基巖灌漿帷幕幕體分別取1 l/（min.m.m）、0.5l/（min.m.m）和 0.3l/（min.m.m）時，對應(yīng)大壩左岸部分以及總滲漏量計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 滲漏量計(jì)算成果 m3/s

由表2計(jì)算成果可知，基巖灌漿帷幕幕體透水 率 分 別 取 1l/（min.m.m）、0.5l/（min.m.m）和0.3l/（min.m.m）計(jì)算 ，得 到 的左 岸 部分 滲 漏 量 分別占總滲漏量的 2.4%、1.85%和 1.5%，對應(yīng)的總滲漏量均滿足設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)要求。

鑒于左岸滲流計(jì)算成果和左岸岸坡基巖工程地質(zhì)條件，建議左岸基巖灌漿帷幕幕體透水率控制標(biāo)準(zhǔn)為不大于 0.5l/（min.m.m）。

2）粗安巖滲透系數(shù)敏感性分析。根據(jù)大壩左岸防滲帷幕地質(zhì)勘察成果，左岸覆蓋于花崗巖之上的粗安巖巖體較破碎，主要為中等～強(qiáng)透水巖體，局部為極強(qiáng)透水巖體，透水率大部分位于 1～10 l/（min.m.m）之 間 ，因 此 ，這 次 計(jì) 算 也 對 該 巖 層 滲透系數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，基巖灌漿帷幕幕體透水率取 0.5l/（min.m.m），粗安巖巖層透水率分別取 10l/（min.m.m）、5l/（min.m.m）、3l/（min.m. m）和 1l/（min.m.m）進(jìn)行 左岸滲漏 量 計(jì)算 。計(jì)算結(jié)果詳見下表 3。

表3 滲漏量計(jì)算值 m3/s

由表 3 計(jì)算成果可知，粗安巖透水率取 1～10l/（min.m/m）計(jì)算出來的左岸部分滲漏量，占總滲漏量的比例在 1%和 4%之間，小于 5%，近似可以忽略不計(jì)。同時對應(yīng)的總滲漏量均滿足設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)論

1）大壩左岸岸坡部位粗安巖巖體較破碎，主要為中等～強(qiáng)透水巖體，局部為極強(qiáng)透水巖體，花崗巖為中等～弱透水巖體。

2）根據(jù)地質(zhì)勘查成果，擬定了雙排帷幕灌漿方案、三排帷幕灌漿方案和三排帷幕灌漿加密方案等三種防滲方案，從防滲可靠性、施工技術(shù)條件、工期和工程投資等方面進(jìn)行比較，結(jié)合現(xiàn)場帷幕灌漿試驗(yàn)情況，選定三排帷幕灌漿方案為推薦方案，帷幕排距 1.5m，上下游排孔距 1.5m，中間排孔距2m。

3）選定方案情況下，通過對帷幕幕體透水率不同控制標(biāo)準(zhǔn)下的滲漏量計(jì)算，建議左岸基巖灌漿帷幕幕體透水 率 控制標(biāo)準(zhǔn)，大不于 0.5l/（min. m/m）是合適的。

4）選定方案情況下，通過對大壩左岸粗安巖滲透系數(shù)敏感性分析，左岸部分滲漏量占總滲漏量的比例在 1%和 4%之間，小于 5%，近似可以忽略不計(jì)。同時對應(yīng)的總滲漏量不大于多年平均流量的 1%，均滿足設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)要求。

［1］劉杰.土的滲透穩(wěn)定與滲流控制［M］.北京：水利電力出版社，1999.

［2］史光宇，劉牧沖，劉清利，匡啟兵.西藏旁多水利樞紐壩基深厚覆蓋層防滲分析論證［J］.東北水利水電，2010，（7）：4-6.

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2014-02-25