某水电站坝基防渗处理措施分析

高立业，陈 柳，乔东玉，杨 光

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222）

某水电站位于刚果共和国刚果河的支流莱菲尼河，建筑物包括左岸土坝、泄水闸、河床式电站厂房、右岸接头土坝和开关站等，工程主要任务是发电，承担刚果电力系统调峰、调频和骨干电站作用。最大坝高32.5m，总库容5.84亿m3，为大型水电工程［1-2］。

1 基本地质条件

工程地处刚果盆地西缘巴泰凯高原， 地质构造变动轻微，地层产状近水平，区域断裂构造和褶皱不发育，区域稳定性较好。 第四纪以来，地表遭受河水侵蚀，河谷下切，河流两岸阶地不发育。 两岸岩体局部有卸荷裂隙。

坝基白垩系砂岩为河湖相沉积物， 上部为薄层状，层理明显，交错层理及不整合面发育，岩层倾角平缓，产状以NW290°～350°SW∠7°～21°为主，层底高程272～278m。 中部为厚、中厚层状，层理较明显，交错层理及不整合面不发育， 岩层倾角平缓， 多小于15°，层底高程260～266m。 下部为薄层状，层理明显，岩层产状以NW315°～345°SW∠21°～27°为主，交错层理及不整合面发育，不整合面产状NE80°SE∠3°［3］。

2 坝基砂岩地质特性

2.1 砂岩的结构及强度特性

坝基白垩系砂岩孔隙率20.08%～33.08%， 平均24.77%；天然密度1.95～2.41g/cm3，平均2.15g/cm3；单轴抗压强度1.60～15.38MPa， 平均4.41MPa。 结构疏松，孔隙率大，密度小、强度低，渗透性强，属软岩～极软岩。岩石因缺少泥质胶结填充物，多呈孔隙式点接触胶结， 在外力作用下易发生结构性破坏， 变成砂土。在微酸性及低矿化淡水环境下，长石颗粒易遭受水化水解作用，在结构破坏后，在渗流作用下，易发生渗透变形，其破坏型式表现为有临空面时发生溯源方向的流土破坏，因此，有必要采取渗流控制措施。

2.2 钻孔压水试验

为了解坝基岩体的渗透特性， 现场进行了钻孔压水试验。 坝基岩体在勘探范围内分为三大层：K3层的薄层砂岩，中等～强透水性；K2层的中厚层砂岩，中等～强透水性；K1层沉积结构与K3层类似， 岩体结构较为疏松，透水性较强。现场通过钻孔压水试验：K1层岩体透水率10～690Lu， 平均120Lu；K2层岩体透水率4.9～220Lu，平均88Lu；K3层岩体透水率7.0～170Lu，平均55Lu。

由压水试验成果可看出， 坝基岩体透水性整体较强，其中上部K3和K2两层岩体透水率差别不大，较为相近，下部K1层岩体透水率略大。

地下水主要有孔隙潜水、孔隙～层面节理裂隙潜水、平行层面与垂直层面的渗透性差异，造成局部存在弱承压水现象。坝基砂岩孔隙发育，各层在渗透性上差异不大，以中等透水性为主，局部呈强透水性。岩体中无明显的相对隔水层。从岩体渗透性来看，可认为是一种相对均匀的岩体。

2.3 渗透变形试验

为弄清岩体的渗透变形特性， 在室内进行了渗透变形试验［4］。 对平行层面和垂直层面方向分别进行了渗透变形试验， 其中垂直岩层层面的临界渗透坡降为2.75，破坏坡降为56.02；平行岩层层面的临界渗透坡降为1.48，破坏坡降为21.31。

试验结果显示， 岩层平行层面方向渗透坡降小于垂直坡降， 说明岩体发生渗透变形主要沿层面方向发生，工程施工开挖中已得到了验证。

3 帷幕灌浆效果分析

为降低坝基岩体的渗透性， 提高岩土体的整体性，现场进行了帷幕灌浆试验［5］：Ⅰ序孔岩体单位注入量14.87～153.62kg/m，平均41.40kg/m；Ⅱ序孔岩体单位注入量0.28～22.74kg/m，平均11.13kg/m；Ⅲ序孔岩体单位注入量0.41～19.04kg/m，平均7.83kg/m；Ⅳ序孔岩体单位注入量2.69～14.86kg/m，平均9.63kg/m。灌后岩体透水率54～150Lu，降低效果不明显；灌后岩体声波提高1.91%～2.83%，提高也不明显。

从试验成果可看出，坝基灌浆效果整体不理想。

（1）Ⅰ序孔灌浆对后序孔灌浆有影响，灌后岩体的纵波速度有小幅度提高。但Ⅱ序～Ⅳ序孔的灌浆单位注入量差别不大，岩体透水率变化不明显，岩体波速也无明显提高。 说明在该岩体中采用普通水泥灌浆，难以形成连续的防渗帷幕，不能起到防渗目的。

（2）通过固结灌浆，对岩体在施工开挖爆破松动岩石、张开裂隙、层面卸荷回弹张开、混凝土与基岩的接触面等能起到固结作用， 造成Ⅰ序孔岩体单位注入量略大。

（3）坝基岩体防渗灌浆的可行性及效果看，采用普通水泥进行灌浆， 可提高岩体的整体性和抗变形能力，但在坝基防渗、降低坝基扬压力方面，其效果不会明显。

4 坝基渗流分析计算

坝基砂岩透水性整体较强， 岩层中无相对隔水层，因而可以认为是一个半无限边界透水体。坝基帷幕即使能够形成，也是悬挂式。 以桩号0＋160.00m断面计算为例，对坝基设置不同深度帷幕，计算出坝基渗漏量及坝趾处渗流比降，计算结果如表1。

表1 不同帷幕深度时大坝出逸比降和渗漏量计算成果

分析表1可知：

（1）即使将防渗帷幕深度设置到30m，较不设置防渗帷幕时候，单宽渗漏量也仅降低约4.1%，因此，防渗帷幕设置不能显著减小坝基渗漏量。

（2）坝基岩体的建议渗透允许比降为0.65，而不设置防渗帷幕时坝址处的渗流比降为0.299～0.311，低于建议岩体允许比降，据此，可认为坝基岩体不存在渗透变形问题。

基于上述2点分析，坝基可取消防渗帷幕。

5 坝基防渗处理措施

根据对坝基岩体压水试验、渗透变形试验、灌浆试验及坝基渗流分析， 坝基采用帷幕灌浆效果不明显。工程最终决定采用以水平防渗方式为主，增加大坝上游铺盖及范围，以延长坝基渗径的方法，降低了坝基渗漏量和渗透比降，起到了坝基防渗目的，也提高了坝基岩体渗透稳定性。

6 结语

（1）坝基的砂岩成岩程度低，属孔隙介质，采用普通水泥灌浆，浆液在砂岩孔隙中扩散范围有限，在地下难以形成连续有效的防渗帷幕， 很难起到坝基防渗目的。

（2）通过坝基渗流分析计算，最终为“取消坝基灌浆帷幕、 增加大坝上游铺盖范围” 提供了设计依据。用延长渗径以减小坝基岩体渗漏量，降低岩体渗透比降，提高坝基岩体渗透稳定性，确保工程安全。工程已建成多年，运行良好。