西藏某水電站圍堰的基巖面鑒定及三維應(yīng)用

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(1.福建華東巖土工程有限公司，福州，350003；2.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，杭州，311122)

1 工程概況

西藏某水電站為二等大(2)型工程，開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，水庫正常蓄水位相應(yīng)庫容0.5528億m3，電站裝機容量為660MW，多年平均發(fā)電量32.045億kW·h。電站樞紐建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)及升壓站等組成。攔河壩為碾壓混凝土重力壩。

圍堰左、右岸基巖裸露，河床沖洪積層厚度4.5m～38.9m，基巖巖性為黑云母花崗閃長巖，堰基出露順河向陡傾角斷層。由于河床基巖面起伏較大，大孤石含量較高、分布不均，兩岸坡存在倒懸及陡坡，防滲墻施工難度較大?；鶐r段表層卸荷裂隙發(fā)育，透水率大于5Lu。

上、下游圍堰基礎(chǔ)防滲均采用剛性混凝土防滲墻，上游圍堰堰體采用土工膜斜墻防滲，下游圍堰堰體采用混凝土心墻。

2 圍堰設(shè)計要求

2.1 地質(zhì)情況

圍堰河床部位覆蓋層厚度4.5m～38.9m不等，左岸深、右岸淺，主要為沖積漂卵石，孤、漂石含量40%～55%，直徑以0.5m～2.0m為主，部分可達(dá)5m，中細(xì)砂充填，局部存在架空現(xiàn)象。根據(jù)鉆孔抽水試驗，漂卵石層滲透系數(shù)為0.02cm/s～0.13cm/s，呈強透水性。河床部位相對隔水層(q≤5Lu)垂直深度6m～42m(含覆蓋層)，相對隔水層(q≤10Lu)垂直深度0～36m(含覆蓋層)。

2.2 設(shè)計要求

圍堰基巖巖性為黑云母花崗閃長巖，為堅硬巖。上、下游圍堰采用剛性混凝土防滲墻，根據(jù)圍堰應(yīng)力應(yīng)變有限元分析成果，確定防滲墻參數(shù)為：①剛性混凝土防滲墻厚度為1.0m；②混凝土設(shè)計指標(biāo)為28d抗壓強度R28≥5MPa，彈性模量≤1500MPa；③滲透系數(shù)K≤1×10-7cm/s；④28d破壞滲透比降J≥200；⑤要求墻體嵌入基巖不小于0.5m～1.0m；⑥防滲墻下接帷幕灌漿，灌漿深度至10Lu線且總深度不小于5m。

3 圍堰三維分析

圍堰防滲墻的施工過程，主要是基巖面的確定過程，由于河床覆蓋層內(nèi)存在大量的孤、漂石，粒徑大，特別是靠近兩岸容易堆積漂石，施工過程中容易出現(xiàn)誤判，造成基巖面鑒定高程不準(zhǔn)確，防滲墻入巖深度不足現(xiàn)象，從而造成防滲墻出現(xiàn)滲漏，防滲效果不能滿足設(shè)計要求。為更好地進(jìn)行圍堰基巖面的確定，收集現(xiàn)場的各項地質(zhì)參數(shù)，利用我院開發(fā)的Geo Station V1.0(水電工程地質(zhì)三維系統(tǒng))軟件，進(jìn)行地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理、地質(zhì)三維建模、模型分析，提高分析的準(zhǔn)確性，并將各階段地質(zhì)成果進(jìn)行可視化比較，直觀地進(jìn)行實施分析，在施工過程中及時和分析成果進(jìn)行對比，并發(fā)現(xiàn)存在的地質(zhì)缺陷和施工時應(yīng)注意的薄弱環(huán)節(jié)，為防滲墻的基巖鑒定準(zhǔn)確性提供可靠的技術(shù)保障。

3.1 可研成果

根據(jù)可研階段地質(zhì)勘察成果，對上下游圍堰進(jìn)行了三維地質(zhì)分析，初步確定了基巖面高程，上、下游圍堰基巖面三維效果見圖1、圖2。

圖1 上游圍堰基巖面三維效果(可研階段)

圖2 下游圍堰基巖面三維效果(可研階段)

3.2 地質(zhì)補勘孔成果

為詳細(xì)了解防滲墻軸線部位下伏基巖埋深及地層結(jié)構(gòu)特性情況，進(jìn)一步驗證可研成果確定的基巖面，沿防滲墻軸線施工地質(zhì)補勘孔，采用地質(zhì)鉆機對基巖進(jìn)行鉆孔取芯，為避免出現(xiàn)對防滲墻基巖面的誤判，基巖段取芯深度按15m～30m控制。個別地質(zhì)基覆分界線難以判定的部位則根據(jù)現(xiàn)場情況增設(shè)鉆孔，根據(jù)地質(zhì)補勘孔的成果，對上下游圍堰的基巖面進(jìn)行了三維分析，見圖3、圖4。

圖3 上游圍堰三維效果(補勘孔成果)

圖4 下游圍堰三維效果(補勘孔成果)

3.3 預(yù)爆孔初探成果

在實際施工過程中，為加快防滲墻施工進(jìn)度，沿防滲墻軸線采用高風(fēng)壓液壓鉆機鉆設(shè)預(yù)爆孔，爆孔間距為2.0m，初步探明覆蓋層內(nèi)孤、漂石的位置，孔內(nèi)下設(shè)炸藥對巨孤漂石進(jìn)行預(yù)爆，同時在鉆孔過程中，初步確定防滲墻基巖面深度。根據(jù)對預(yù)爆孔的探明，將初步探明的防滲墻基巖面與可研建基面進(jìn)行分析對比，找出相對準(zhǔn)確的防滲墻基巖面，并分析可能存在的地質(zhì)缺陷。初步探明的上、下游圍堰基巖面三維分析對比見圖5、圖6。

圖5 上游圍堰三維效果(預(yù)爆孔成果)

圖6 下游圍堰三維效果(預(yù)爆孔成果)

3.4 物探CT掃描成果

為進(jìn)一步提高圍堰防滲墻基覆界限的準(zhǔn)確性，避免出現(xiàn)誤判，導(dǎo)致滲漏量過大，以及檢測防滲墻與基巖結(jié)合部位的密實性及防滲墻混凝土的完整性，采用物探CT法進(jìn)行檢測，利用施工過程中的鉆孔進(jìn)行物探CT掃描，得到上、下游圍堰的物探成果，并與三維分析成果進(jìn)行了對比，進(jìn)一步確定基巖面及存在地質(zhì)缺陷的部位。基巖面三維分析圖見圖7、圖8。

圖7 上游圍堰三維效果(CT掃描成果)

圖8 下游圍堰三維效果(CT掃描成果)

3.5 三維分析成果小結(jié)

根據(jù)以上四項研究成果，分析出本工程上、下游圍堰主要施工難點：①上游圍堰左岸邊坡3#槽段存在陡立邊坡，坡比為1∶0.45；②下游圍堰右岸15#槽段出露陡立邊坡，坡比達(dá)1∶0.2；③下游圍堰左岸存在倒懸體，倒懸體深度6m～9m處，水平寬度3m～5m，分析為河床巖體受水流沖蝕所致；④下游圍堰右岸14#槽段發(fā)育中陡傾角斷層。倒懸體、陡立邊坡及斷層部位為本圍堰工程施工重點和難點。

4 圍堰防滲墻基巖鑒定

圍堰防滲墻的造孔設(shè)備采用CZ-6D型沖擊鉆機，針對每個槽孔，根據(jù)三維分析成果初步確定各槽孔的基覆界線，當(dāng)孔深將要接近基巖面時，根據(jù)所取巖樣進(jìn)行初步確定槽孔是否已全面進(jìn)入基巖面，根據(jù)相應(yīng)槽孔推測的深度，每鉆進(jìn)30cm～50cm取一次巖樣，當(dāng)采取巖樣純度達(dá)到80%以上時，即可確定槽孔已進(jìn)入基巖，根據(jù)基覆界面的不同坡比，按照設(shè)計要求的入巖深度0.5m～1.0m進(jìn)行鉆孔控制，入巖后按20cm取樣一次，對巖樣的變化情況進(jìn)行分析對比，保證槽孔入巖深度滿足設(shè)計要求，在較陡邊坡部位槽孔入巖深度不低于0.5m。根據(jù)槽孔鉆進(jìn)確定的基覆界線，對分析界面高程重新進(jìn)行一次復(fù)核和調(diào)整，保證各槽孔的入巖深度達(dá)到設(shè)計要求深度。

對于陡立岸坡，采用調(diào)整槽孔施工順序的方法進(jìn)行鉆孔，避免出現(xiàn)陡立邊坡無法成孔的弊端，根據(jù)各槽段的坡比，調(diào)整每個槽孔的孔底高程，保證了防滲墻各槽孔的入巖深度。

5 結(jié)語

該水電站圍堰防滲墻施工地質(zhì)條件復(fù)雜，河床及防滲墻軸線有超大孤、漂石，岸坡存在倒懸體、陡立邊坡及斷層等不利地質(zhì)現(xiàn)象。施工中通過補勘、預(yù)爆孔和物探CT綜合分析，得到陡立邊坡、倒懸體位置，利用三維軟件立體直觀地反應(yīng)不良地質(zhì)體，為設(shè)計防滲墻深度有限元分析提供了依據(jù)。此次施工中的分析方法，積累了混凝土防滲墻基巖面鑒定的經(jīng)驗，對今后類似混凝土防滲墻施工具有一定的參考作用。