泸定水电站粘土心墙堆石坝复杂地基处理

郑远建, 安亚梅

(1.中国人民武装警察部队水电第九支队,四川成都 611130;2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川成都 610072)

1 工程概况

泸定水电站大坝为粘土心墙堆石坝,坝顶高程 1 385.5 m,坝顶宽 12 m,坝顶长 526.7 m。大坝最低建基面高程 1 306 m,最大坝高 79.5 m。大坝上、下游侧坡度为 1∶2,坝体上游设压重。坝体基础覆盖层深厚,采用厚度为 1 m的混凝土垂直防渗墙防渗,防渗墙最大深度 106 m,防渗墙下接帷幕。拦河大坝的抗震设防类别为甲类,设防烈度为 8度。

根据设计和开挖后揭露的地质情况得知,左岸基岩裸露,岸坡陡峻,河床覆盖层深厚,层次结构复杂,河床覆盖层一般厚 120～130 m,最大厚度 148.6 m,自下而上(由老至新)可划分为四层。第①层:漂(块)卵(碎)砾石层,分布于坝址区河床底部,厚 25.52～75.31 m,顶板埋深 52.12～81.8 m。第②层:泥石流、冲积混合堆积层,主要分布于河床中下部及右岸谷坡,根据其物质组成及结构特征可分为三个亚层。第③层:冲、洪积堆积层,按其物质组成分为两个亚层。第④层:冲积堆积层,分布于坝址区现代河床表部及漫滩地带,厚1.5～25.5 m,局部见粉细砂层,呈透镜状展布。

电站左坝肩山体雄厚,坝肩岩体裂隙较发育,浅表卸荷及风化岩体具强 ～中等透水性。右坝肩地形坡度较缓,边坡整体稳定,坝肩土体由厚约数米的崩坡积块碎石土、含漂(块)卵(碎)砾石土、碎(卵)砾石土层组成,具有一定的承载和抗变形能力,但具中等 ～强透水性。

2 复杂地质基础的处理

坝基开挖后,边坡及基础存在大量渗水、涌水点,河床及岸坡基础夹杂粉细砂层透镜体和粉土层,施工过程对复杂地基采取了设置排水沟、集水井排水、帷幕灌浆堵漏、粉细砂基础换填等相应的处理措施。

2.1 河床渗水的引排处理

该本工程河床为深厚覆盖层,设计坝体座落于砂砾石层上,基坑开挖要求清除河床砂砾石层以上的表层淤积体和堆积体,即开挖至完整砂砾石层即可。

开挖后上游围堰以上河道水位比大坝基坑高出 26 m,下游河道尾水比大坝基坑高 8 m,上、下游围堰坡脚处存在大量反渗水。由于基坑深厚覆盖层的不均匀性,也存在大量渗水,渗水量与上游河道水位高相关,上游河道施工期间水位在高程1 318～1 330 m之间变化。沿坝轴线为一道深110 m、厚 1 m的混凝土防渗墙。根据现场观测,当上游河道水位达到 1 330 m高程时,防渗墙上游面基坑最大渗水量为 5 256.72 m3/h,防渗墙下游面基坑最大渗水量为 2 613.64 m3/h,渗水量较大。排水方案确定为:在基坑设置排水沟,上下游分别设置泵站进行抽排。基坑排水根据填筑安排和结构物特点,设置了 5条排水沟、5个集水井、2个泵站进行引排。排水沟平行坝轴线或垂直坝轴线的方向设置,排水沟底宽 2～2.5 m,底部低于设计开挖面 1 m,沟边开挖成自然稳定边坡,将平行坝轴线的 3#、4#排水沟设置在堆石区内;集水井均设置在堆石区内,集水井底部宽度为 3 m×3 m,底部高程较排水沟低 2 m,四周采用厚 1 c m的钢筋石笼护坡。在上、下游围堰坡脚处各设置 1个集中泵站,所有渗水由排水沟汇集到集水井,再由集水井抽排至上下游泵坑后集中抽排出基坑。根据渗水流量,同时考虑超标准洪水进行抽排水设备配置。上游泵站布置 16台额定功率为 200 k W、抽水量为 790 m3/h的水泵,1台额定功率为55 k W、抽水量为400 m3/h的水泵;下游泵站布置6台额定功率为 55 k W、抽水量为 790 m3/h的水泵,1台额定功率为 55 k W、抽水量为 400 m3/h的水泵。同时,在各个集水坑安装潜水泵,将汇集水抽排至泵坑集中排出基坑外。

基坑排水沟、集水井、泵站的设置情况见图1。

图 1 基坑排水沟、集水井、泵站设置图

2.2 心墙填筑区涌水点的灌浆封堵和反压处理

基坑开挖后心墙区的大量渗水已通过引排方式解决,但局部还存在涌水点,涌水处多个涌水点集中,较大的涌水点孔口直径约 10 c m,单个涌水点的渗水量为 50～100 m3/h。对于集中、较大的涌水点,在涌水点周边加密设置灌浆孔,采用灌注浓水泥浆和掺加水玻璃的方式进行灌浆封堵;对局部较分散的、小的涌水点采取反压法处理,即先将渗水点开挖成深 50～60 c m、周边长 1 m×1 m的坑,然后在坑底渗水点和周边铺设双层土工布,

在土工布上回填颗粒级配均匀、连续的石渣料并碾压密实。实践证明:这两种方法操作简便,效果有效。

2.3 河床粉细砂层的换填处理

基坑开挖后上、下游右岸砂砾石层中均出现了较为集中的粉细砂夹层。为提高基础的承载力,对粉细砂层采取换填石渣料的方式进行处理。先将粉细砂层挖除,粉细砂层厚度不一,一般厚 2～3 m左右,局部较厚,根据设计计算,粉细砂层清除深度达 2 m即可,开挖后换填连续级配新鲜的石渣料,并分层进行填筑,填筑厚度为 1 m,采用 20 t振动碾碾压 8遍,确保碾压密实。

粉细砂层采用石渣料换填,既保证了基础承载力达到设计要求,同时换填区形成了 1个大的强透水层,又为右岸渗水提供了引排通道。

2.4 右坝肩边坡集中渗水的处理

大坝右岸边坡基础(坝轴 0+320～坝轴 0+350段)在开挖过程中出现渗水(图 2),渗水点分布在右岸边坡坝轴线上、下游侧,防渗墙上游边坡渗水点出现在 1 312 m高程,成线状分布,防渗墙上游侧边坡(坝 0-030～坝 0-035段)在 1 308～1 312 m高程存在多处渗水点;防渗墙下游侧边坡有 15 m长的线性渗水点,在下游右岸坡脚处有几处大的渗水点。

观测数据显示,在上游库水位达到 1 326 m高程时防渗墙右岸渗水量约为 2 500 m3/h(其中防渗墙上游侧渗水约为 2 000 m3/h,防渗墙下游侧渗水约为 500 m3/h)。

图 2 右岸渗水情况

2.4.1 右岸边坡渗水灌浆封堵

根据观测资料并结合地质资料进行分析,渗水与库水位相关性强,大部分由上游库水绕右坝肩沿透水体渗出,最终确定在上游围堰防渗墙与右岸岩体之间采取帷幕灌浆设置一道防渗体。帷幕灌浆参数为:

(1)双排孔布置,孔距 1 m,排距 1 m,梅花型布孔;

(2)钻孔深 36 m,孔口高程 1 340 m,孔底高程 1 304 m(上游围堰防渗墙底高程),起灌高程 1 338 m,灌浆深度 34 m,遇基岩部位帷幕灌浆孔深入基岩 1 m;

(3)起灌压力为 0.3 M P a,每 m增加 0.05 M P a,最大压力为 1 M P a;

(4)水灰比为 0.5∶1,灌浆分两序进行;

(5)采用自上而下分段灌浆法,第一段 2 m,第二段 3 m,以下各段为 5 m。

灌浆施工过程中,对孔内水位进行了观测,灌后孔内水位为 1 319 m高程左右。观测渗漏点水质变化情况,未发现渗水中夹带水泥浆液或变浑浊。采用高锰酸钾水溶液钻孔和直接向孔内注入高锰酸钾溶液,大坝右岸渗水点处未发现有色液体流出。灌浆前后对右岸渗水量进行了观测,灌浆后除防渗墙上游面部分渗水点渗水明显减小外,其余部位渗水情况在库区水位相同时渗水量有所减小,根据观测结果,在上游围堰水位相同的情况下,右岸渗水量减小约 200 m3/h。

2.4.2 右岸边坡渗水反压法封堵

根据帷幕灌浆资料分析确定渗水由右岸边坡绕渗,后期可通过大坝帷幕灌浆进行封堵。施工期则通过反压法和引排法解决渗水对坝体填筑的影响。

先对渗水边坡及上下游坡面进行扩挖处理,同时在坡脚处开挖了 1条盲沟,将水引排至集水井,对扩挖部位采用连续级配石渣料回填。回填前,在渗水边坡渗水点上方 2 m部位开始铺设双层土工布,并延伸至水平段 10 m范围,在土工布上再填筑一层基础反滤料,然后采用新鲜、连续级配石渣料分层填筑,采用 20 t振动碾碾压密实。实践表明,上述方案操作简便、施工效果好,保证了粘土心墙料干地填筑要求。

3 结 语

泸定水电站粘土心墙堆石坝基础覆盖层深厚,基础及边坡存在渗水、涌水,粉细砂夹层等多种复杂地质情况,在大坝施工过程中采取多种措施对出现的地质问题进行了有效的处理,处理方法简便,切合实际,效果较好,达到设计要求,为大坝的顺利填筑创造了良好的施工条件,其中所采取的一些方法值得同类工程借鉴。