布仑口-公格尔水电站工程压水试验成果研究

张 亚

(广西水利电业集团新疆克州水利发电有限公司，新疆 喀什 844000)

1 工程概况

布仑口-公格尔水电站工程位于新疆克尔柯孜自治州阿克陶县境内的盖孜河上，坝址枢纽区距喀什市、阿图什市、阿克陶县城分别为153km、192km、100km，电站位于坝址枢纽区下游约19km。根据《防洪标准》(GB50201-2014)及《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180-2003)的规定和项目建议书审查意见，确定布仑口-公格尔水电站工程等别为Ⅱ等工程，工程规模为大(2)型。水电站发电洞沿线围岩岩性为下古生界泥盆系上统(D3)灰绿色、灰色绿泥石云母石英片岩、二云母石英片岩、变质砂岩、变质石英砾岩互层，综合发电洞围岩岩块(岩体)各阶段试验、物探成果。

坝基岩体透水性既取决于岩体岩性，又与区域构造发育程度及地貌单元有关，为测定岩体透水性，并为岩体渗透特性评价及防渗设计提供基础性资料，必须根据《水利水电工程钻孔压水试验规程》展开钻孔压水试验，在钻孔中进行原位渗透测试[1]。

2 压水试验

2.1 试验过程

根据该水电站工程坝基所揭露的地质条件，选取其中分布在坝线两侧山体及和河床底部、呈褐红-青灰色的中等风化混合岩体为试验对象，该岩体原始组织清晰完整，风化裂隙发育，且裂隙表面坚硬、断口新鲜。为全面评价水电站坝址区域岩土体渗透特性，沿着坝轴线布置YS1、YS2孔，沿大坝下游布置YS3、YS4孔，沿大坝上游布置YS5、YS6孔，沿引水隧洞轴线布置YS7、YS8孔。钻探过程中岩芯采样率25%-98%，岩石质量指标取值40%-100%，揭露厚度7.2-9.4m。

现场采用XY-100型地质勘探钻机钻孔，开孔及终孔口径分别为130mm和91mm，钻探时每次进尺1.5-2.0m，全孔取芯。清孔、测量水位、安装仪表、设置栓塞隔离试段后按照p1=0.3MPa、p2=0.6MPa、p3=1.0MPa、p4=0.6MPa、p5=0.3MPa的三级压力、五个阶段展开压水试验。先应用压水法将钻头清洗至符合试验要求，借助出水管调节送水压力，并将压力值控制5-10min后进行流量观测并记录。根据所观测得压力和流量值绘制P-Q曲线，计算试验段透水率。钻孔清洗应通过压水法进行，栓塞不得存在堵塞、弯曲及破裂情况，接头处应加强止水处理；下栓塞前必须观测水位，压水试验开始后按照5min的时间间隔进行水位观测。在观测流量前通过调整调节阀使试段压力升至预定值并保持稳定；流量观测时间间隔应为1-2min，当流量基本达到稳定状态且连续5次流量的最大值与最小值之差不超出最终值的10%时即可结束压水试验，并以最终试验结果为计算值。将试验段压力调整至新的预定值后再重复上述过程，直至完成全部试验。

压水试验设备主要包括压水系统、止水系统及量测系统三个部分。压水系统包括水箱、水泵、水位计；止水系统主要指止水栓塞；量测系统为压力表、流量计。压水试验开始后由上至下分段压水，按照5m长度确定试验段；采用单管顶压式栓塞止水。

2.2 p-Q曲线

坝基岩体压水试验过程中试段压力P由压力计指示压力和水头压力两部分组成，前者取值直接从试验段连通测压管压力计读取，而后者则为压力计中心至压力计算零线水柱压力[2]。试段透水率根据第三阶段压力与流量计算，公式如下：

(1)

式中：q为试段透水率，Lu；Q3为第三试段压力，MPa；p3为第三试段流量，m3/s；L为试段长度，m。

试段压力不同，所对应的岩体裂隙中渗流状态也不尽相同，渗透性会根据岩体裂隙开度、充填物位置等发生变化。根据相关规程，在坝体布置钻孔展开压水试验；根据压水试验所得到的压力-流量关系绘制p-Q曲线。规程将压水试验p-Q曲线分为层流型、紊流型、扩容型、冲蚀型及充填型等，布仑口-公格尔水电站现场压水试验p-Q曲线主要以冲蚀型及充填型为主(见表1)，分别占比65.4%和34.6%；YS8测点在8.1-11.2m段存在漏水，其余测点均无漏水发生。

表1 压水试验p-Q曲线类型

压水试验冲蚀型p-Q曲线表明，在受到试验压力作用后，岩体裂隙加宽，隐裂隙劈裂并与原裂隙连通，裂隙内充填物冲刷破坏容易程度大大增加，岩体渗透性及流量增大，试验压力降低后部分无法恢复原状。压水试验充填型p-Q曲线表明，岩体裂隙短小，裂隙之间连通性一般，且部分处于闭合状态；裂隙内充填物呈松散状，受到试验水头压力作用后发生移动，固体颗粒及水充填破碎带缝隙和半封闭裂隙，降压段流量呈减小趋势[3]。

2.3 不透水层上限分析

水电站库区岩土层透水率比设计透水率小的地层即为相对不透水层，根据《碾压式土石坝设计规范》，布仑口-公格尔水电站应以5Lu为界，且相对不透水层必然位于弱风化岩体内。8个钻孔所进行的25段压水试验透水率及所对应的相对不透水层埋深上限具体见表2。

表2 压水试验结果

根据压水试验结果，部分钻孔岩土层透水率在5Lu以下，坝轴线钻孔中相对不透水层埋深最大为14.31m，最大高程为91.23m；大坝下游钻孔中相对不透水层埋深最大为13.40m，最大高程为83.00m；大坝上游钻孔中相对不透水层埋深最大为16.25m，最大高程为56.20m；沿引水隧洞轴线布置的钻孔中相对不透水层埋深最大为15.20m，最大高程为76.70m。从孔口开始至孔底，岩体透水率逐渐减小；坝址河床处表层冲洪积层透水性强，底层风化砾岩层厚度适中，泥质胶结且充填砂质，随着深度的增大，岩体微裂隙发育程度持续减弱，透水性也呈减弱趋势。坝址侧山体表层覆盖残坡积层，底层为风化基岩，连通性良好；深部为完整性较好、透水性较弱的弱风化砾岩。整体而言，该水电站坝址区岩体透水性从地表开始向下呈现非线性递减趋势。

发电洞沿线围岩大多为弱风化-新鲜岩体，发电洞洞身处岩体属弱透水岩体，但隧洞局部洞段围岩可能会达到中等-强透水，出现潮湿、渗水、滴水或局部涌水的现象，出现这些现象的洞段主要为埋深浅的大冲沟段，断层、节理裂隙发育段，施工中应采取加强观测及排水措施。

3 结 论

综上所述，水电站勘察阶段必须进行区域岩体渗透性评价，渗透性严重程度主要受岩体属性、区域地质构造、地貌条件等的影响。根据钻孔勘探及压水试验结果，水电站坝基岩体裂隙受到压力作用后发生变化，透水性增大，岩体裂隙连通性不强；地表以下岩体透水性呈递减趋势，且不透水层上限均处于弱风化带之中。为此，笔者建议，该水电站坝基左右岸、河床等处防渗深度应深入相对不透水层以下1.0m，且左右岸沿着坝轴线向两岸绕坝延伸防渗，并根据水电站正常蓄水位线和相对不透水层交点确定延伸宽度。