壩體壩基滲水及其析出物對(duì)大壩影響分析

蒲榮松

(重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶 400200)

壩體壩基滲水及其析出物對(duì)大壩影響分析

蒲榮松

(重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶 400200)

壩基壩體滲水對(duì)大壩安全運(yùn)行有不利影響。本文采用現(xiàn)場(chǎng)檢查、水樣試驗(yàn)、析出物試驗(yàn)、資料分析等手段，對(duì)碾壓混凝土壩運(yùn)行期滲水及其析出物對(duì)大壩的影響進(jìn)行了較全面的分析，并提出了運(yùn)行期需關(guān)注的問題。

大壩；析出物；影響分析

1 工程概況

重慶石板水水電站，大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高84.60m，壩頂長(zhǎng)441m，寬12m，由左右岸非溢流壩段、溢流壩段組成，共分9個(gè)壩段。溢流壩段和左右岸非溢流壩段均布置灌漿排水檢查廊道，共設(shè)主副2條廊道，5條交通廊道。在帷幕灌漿廊道內(nèi)(主廊道)，沿壩軸線方向從壩頂至廊道頂按照3m間距設(shè)壩體排水孔一排。在帷幕灌漿廊道內(nèi)(主廊道)沿壩軸線方向按照3m間距設(shè)壩基主排水孔一排，在副廊道內(nèi)沿壩軸線方向按照間距3m設(shè)壩基副排水孔一排。交通廊道內(nèi)也設(shè)基礎(chǔ)排水孔。重慶石板水水電站總裝機(jī)115MW，總庫(kù)容1.05億m3。工程于1992年11月開工，1997年12月完工。

2 壩區(qū)地質(zhì)及施工處理概況

壩址河床大部分基巖裸露，壩區(qū)分布地層巖性主要為中—厚層砂巖 (中細(xì)粒長(zhǎng)石英砂巖)，砂質(zhì)泥巖含泥質(zhì)粉砂巖，偶夾純泥巖、砂巖；大壩地基巖體中裂隙軟弱夾層發(fā)育，包括右岸壩基泥巖軟弱夾層NJ和泥質(zhì)砂巖夾層NY，由于夾層位于建基面以下15m左右，故未清除。壩區(qū)無(wú)斷層分布，構(gòu)造作用輕微。

壩區(qū)地下水可分為第四系松散孔隙水、碎屑巖風(fēng)化卸荷帶網(wǎng)狀裂隙水和砂巖裂隙承壓水三種類型。它們均受大氣降水補(bǔ)給。

壩基進(jìn)行了固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。

3 水質(zhì)分析

為了解壩體相關(guān)水溶液，特別是排水孔水溶液特性，取樣11組由實(shí)驗(yàn)室分析，其中廊道內(nèi)水樣9組，庫(kù)水和消力池水樣各1組。廊道內(nèi)水樣除取自排水孔外，對(duì)廊道內(nèi)兩處裂縫漏水點(diǎn)各取水樣1組。

4 固體析出物

4.1 析出物成分

2011年共取固體物質(zhì)21組，分別為壩體碾壓混凝土、壩基砂巖、壩基砂質(zhì)泥巖，壩上游庫(kù)底泥、壩內(nèi)廊道析出物、下游壩面析出物。經(jīng)檢測(cè)，固體析出物化學(xué)成分為Al2O3、K2O、Na2O、Fe2O3、MnO、SO3、P2O5、CaO、MgO、SiO2。

4.2 析出物分布

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，壩體固體析出物主要分布在主廊道內(nèi)的集水溝，大壩廊道側(cè)壁、頂壁局部分布固體析出物，在裂縫、施工縫部位尤為明顯，大壩右岸軟弱夾層地基對(duì)應(yīng)廊道壩基排水孔析出物亦較為明顯，大壩下游壩面局部分布析出物，主要在施工縫部位。

4.3 析出物的形成機(jī)理

析出物的形成機(jī)理主要是建庫(kù)前后區(qū)內(nèi)水環(huán)境發(fā)生變化，以及地下水的作用[1]。從區(qū)內(nèi)采集的析出物試樣的化學(xué)成分來看，不同顏色的析出物具有不同的化學(xué)成分，因而有著不同的物質(zhì)來源以及形成機(jī)理。

大壩廊道白色析出物相對(duì)較多，從基巖砂巖和砂質(zhì)泥巖化學(xué)成分看，基巖CaO含量相對(duì)較少，而析出物中CaO含量相對(duì)較多，故認(rèn)為，壩基白色析出物是壩前庫(kù)水在向壩基運(yùn)移過程中對(duì)于大壩基礎(chǔ)混凝土以及壩踵防滲帷幕體中的Ca(OH)2類水化產(chǎn)物發(fā)生侵蝕作用的產(chǎn)物。在廊道內(nèi)可見棕紅色析出物，主要化學(xué)成分為Fe2O3，根據(jù)水質(zhì)和固體物分析資料，壩基巖石、庫(kù)水均有一定含鐵量，雖然此類成分含量不高，但由于構(gòu)造應(yīng)力的作用，可相對(duì)富集于巖體結(jié)構(gòu)面中，在一定條件下可成為區(qū)內(nèi)棕紅色析出物的物質(zhì)來源[2]。另外，黑色析出物主要成分為MnO2、SiO2等。

5 析出物對(duì)大壩安全的影響分析

5.1 對(duì)巖體滲透穩(wěn)定性的影響

壩址區(qū)析出物的形成與多方面因素有關(guān)，壩基砂巖和砂質(zhì)泥巖中的某些礦物在環(huán)境水物理化學(xué)雙重作用下可成為區(qū)內(nèi)析出物的一個(gè)物質(zhì)來源，這種情況對(duì)巖體的滲透穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生相對(duì)明顯的不利影響。砂巖和砂質(zhì)泥巖中以SiO2為主要成分，從壩基析出物化學(xué)成分看，SiO2含量相對(duì)較高(有近50%的樣品SiO2含量超過20%)，明顯低于基巖，但高于壩體和庫(kù)水的硅質(zhì)含量?？梢哉J(rèn)為壩基砂巖和砂質(zhì)泥巖中的某些礦物在環(huán)境水物理化學(xué)雙重作用下可成為區(qū)內(nèi)析出物的一個(gè)物質(zhì)來源。該工程右岸壩基存在泥巖軟弱夾層NJ和泥質(zhì)砂巖夾層NY，在環(huán)境水作用下，增加了壩基析出物SiO2的含量,對(duì)壩基滲透穩(wěn)定性是不利的。

5.2 對(duì)帷幕體防滲時(shí)效的影響

壩址砂巖、砂質(zhì)泥巖中CaO的含量相對(duì)較低，而析出物中CaO的含量相對(duì)明顯較高，因此，可以認(rèn)為CaO來源于壩踵帷幕體中的某些可溶性物質(zhì)如Ca(OH)2的溶失，而帷幕中Ca的溶蝕現(xiàn)象對(duì)于帷幕體的防滲效果有不利的影響，即有可能使之產(chǎn)生衰減。

監(jiān)測(cè)資料顯示，近年來壩基總排水量不大，且總體上保持了穩(wěn)定，即年際間無(wú)明顯的趨勢(shì)性變化，區(qū)內(nèi)壩踵帷幕體的總體防滲效果是穩(wěn)定的。

5.3 對(duì)壩體結(jié)構(gòu)耐久性的影響

該工程壩內(nèi)廊道頂面、側(cè)壁、排水廊道底板及排水溝、集水井均覆蓋析出物，顏色以白色為主，局部表面帶有黃色、棕紅色。總體來看，析出物分布范圍較廣，主要成因是碾壓混凝土密實(shí)性低于普通混凝土。根據(jù)此次鉆孔取芯檢查，部分混凝土芯樣存在蜂窩麻面，鉆孔上部部分芯樣破碎，部分無(wú)法取芯，部分孔段透水率不滿足設(shè)計(jì)要求。這種相對(duì)不密實(shí)的結(jié)構(gòu)特征，造成了壩體具有一定透水性，而水與壩體固體物間長(zhǎng)期存在物理化學(xué)作用，結(jié)果在壩體廊道內(nèi)部表面普遍出現(xiàn)析出物，這對(duì)于壩體材料的耐久性有不利影響。

6 結(jié) 語(yǔ)

b. 壩基析出物是區(qū)內(nèi)一定地質(zhì)環(huán)境下地下水作用的產(chǎn)物，壩體析出物是壩體材料在環(huán)境水作用下的產(chǎn)物。對(duì)于CaO，認(rèn)為主要來源于大壩結(jié)構(gòu)材料、壩基帷幕體中鈣的溶失；對(duì)于鐵、錳，認(rèn)為主要來源于壩基巖石結(jié)構(gòu)面中元素的析出；對(duì)于硅質(zhì)析出物，認(rèn)為主要源于壩基巖石和壩體結(jié)構(gòu)材料。

c. 結(jié)合析出物化學(xué)成分分析，在設(shè)計(jì)及施工中，應(yīng)加強(qiáng)軟弱夾層等不良地質(zhì)條件壩基的灌漿處理措施，以減少壩基析出物；應(yīng)特別注意碾壓混凝土的密實(shí)度，密實(shí)的壩體可減少壩體析出物，有利于壩體結(jié)構(gòu)耐久性；在運(yùn)行期應(yīng)定期分析析出物量的變化趨勢(shì)[3]，并結(jié)合該部位地質(zhì)條件分析其對(duì)壩基巖體的影響，結(jié)合監(jiān)測(cè)儀器等分析析出物對(duì)帷幕的衰減情況及防滲效果，并及時(shí)對(duì)壩體存在的集中滲漏點(diǎn)進(jìn)行封堵整治。

[1] 宋漢周.碾壓混凝土壩體析出物及其對(duì)材料耐久性的影響[J].混凝土與水泥制品，2004(6)：14.

[2] 邵曉妹,李珍,陳亮.某水電站壩基析出物分析[J].水力發(fā)電，2015(1):44.

[3] 陳立強(qiáng),陳建興.水口水電站壩基析出物的成因解析[J].福建建筑，2009(10):112-114.

Impact Analysis on Water Seepage and Precipitates of Dam Foundation

PU Rongsong

(ChongqingMunicipalSurveyandDesignResearchInstituteofWaterConservancyandElectricPowerConstruction,Chongqing400200,China)

Water seepage of dam body and dam foundation has adverse impact on safety operation of the dam. This paper adopts the on-site inspection, water sample test, precipitate test and data analysis to carry out the comprehensive analysis of the impact ou dam of water seepage and the precipitates during operating period of roller compacted concrete dam. Meanwhile, this paper also puts forward the issues need to pay attention to during the operating period.

dam; precipitates; impact analysis

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.01.018

TV223.4

A

1673-8241(2017)01- 0064- 03