某水電站壩基防滲處理措施分析

高立業，陳 柳，喬東玉，楊 光

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津300222）

某水電站位于剛果共和國剛果河的支流萊菲尼河，建筑物包括左岸土壩、泄水閘、河床式電站廠房、右岸接頭土壩和開關站等，工程主要任務是發電，承擔剛果電力系統調峰、調頻和骨干電站作用。最大壩高32.5m，總庫容5.84億m3，為大型水電工程［1-2］。

1 基本地質條件

工程地處剛果盆地西緣巴泰凱高原， 地質構造變動輕微，地層產狀近水平，區域斷裂構造和褶皺不發育，區域穩定性較好。 第四紀以來，地表遭受河水侵蝕，河谷下切，河流兩岸階地不發育。 兩岸巖體局部有卸荷裂隙。

壩基白堊系砂巖為河湖相沉積物， 上部為薄層狀，層理明顯，交錯層理及不整合面發育，巖層傾角平緩，產狀以NW290°～350°SW∠7°～21°為主，層底高程272～278m。 中部為厚、中厚層狀，層理較明顯，交錯層理及不整合面不發育， 巖層傾角平緩， 多小于15°，層底高程260～266m。 下部為薄層狀，層理明顯，巖層產狀以NW315°～345°SW∠21°～27°為主，交錯層理及不整合面發育，不整合面產狀NE80°SE∠3°［3］。

2 壩基砂巖地質特性

2.1 砂巖的結構及強度特性

壩基白堊系砂巖孔隙率20.08%～33.08%， 平均24.77%；天然密度1.95～2.41g/cm3，平均2.15g/cm3；單軸抗壓強度1.60～15.38MPa， 平均4.41MPa。 結構疏松，孔隙率大，密度小、強度低，滲透性強，屬軟巖～極軟巖。巖石因缺少泥質膠結填充物，多呈孔隙式點接觸膠結， 在外力作用下易發生結構性破壞， 變成砂土。在微酸性及低礦化淡水環境下，長石顆粒易遭受水化水解作用，在結構破壞后，在滲流作用下，易發生滲透變形，其破壞型式表現為有臨空面時發生溯源方向的流土破壞，因此，有必要采取滲流控制措施。

2.2 鉆孔壓水試驗

為了解壩基巖體的滲透特性， 現場進行了鉆孔壓水試驗。 壩基巖體在勘探范圍內分為三大層：K3層的薄層砂巖，中等～強透水性；K2層的中厚層砂巖，中等～強透水性；K1層沉積結構與K3層類似， 巖體結構較為疏松，透水性較強?，F場通過鉆孔壓水試驗：K1層巖體透水率10～690Lu， 平均120Lu；K2層巖體透水率4.9～220Lu，平均88Lu；K3層巖體透水率7.0～170Lu，平均55Lu。

由壓水試驗成果可看出， 壩基巖體透水性整體較強，其中上部K3和K2兩層巖體透水率差別不大，較為相近，下部K1層巖體透水率略大。

地下水主要有孔隙潛水、孔隙～層面節理裂隙潛水、平行層面與垂直層面的滲透性差異，造成局部存在弱承壓水現象。壩基砂巖孔隙發育，各層在滲透性上差異不大，以中等透水性為主，局部呈強透水性。巖體中無明顯的相對隔水層。從巖體滲透性來看，可認為是一種相對均勻的巖體。

2.3 滲透變形試驗

為弄清巖體的滲透變形特性， 在室內進行了滲透變形試驗［4］。 對平行層面和垂直層面方向分別進行了滲透變形試驗， 其中垂直巖層層面的臨界滲透坡降為2.75，破壞坡降為56.02；平行巖層層面的臨界滲透坡降為1.48，破壞坡降為21.31。

試驗結果顯示， 巖層平行層面方向滲透坡降小于垂直坡降， 說明巖體發生滲透變形主要沿層面方向發生，工程施工開挖中已得到了驗證。

3 帷幕灌漿效果分析

為降低壩基巖體的滲透性， 提高巖土體的整體性，現場進行了帷幕灌漿試驗［5］：Ⅰ序孔巖體單位注入量14.87～153.62kg/m，平均41.40kg/m；Ⅱ序孔巖體單位注入量0.28～22.74kg/m，平均11.13kg/m；Ⅲ序孔巖體單位注入量0.41～19.04kg/m，平均7.83kg/m；Ⅳ序孔巖體單位注入量2.69～14.86kg/m，平均9.63kg/m。灌后巖體透水率54～150Lu，降低效果不明顯；灌后巖體聲波提高1.91%～2.83%，提高也不明顯。

從試驗成果可看出，壩基灌漿效果整體不理想。

（1）Ⅰ序孔灌漿對后序孔灌漿有影響，灌后巖體的縱波速度有小幅度提高。但Ⅱ序～Ⅳ序孔的灌漿單位注入量差別不大，巖體透水率變化不明顯，巖體波速也無明顯提高。 說明在該巖體中采用普通水泥灌漿，難以形成連續的防滲帷幕，不能起到防滲目的。

（2）通過固結灌漿，對巖體在施工開挖爆破松動巖石、張開裂隙、層面卸荷回彈張開、混凝土與基巖的接觸面等能起到固結作用， 造成Ⅰ序孔巖體單位注入量略大。

（3）壩基巖體防滲灌漿的可行性及效果看，采用普通水泥進行灌漿， 可提高巖體的整體性和抗變形能力，但在壩基防滲、降低壩基揚壓力方面，其效果不會明顯。

4 壩基滲流分析計算

壩基砂巖透水性整體較強， 巖層中無相對隔水層，因而可以認為是一個半無限邊界透水體。壩基帷幕即使能夠形成，也是懸掛式。 以樁號0＋160.00m斷面計算為例，對壩基設置不同深度帷幕，計算出壩基滲漏量及壩趾處滲流比降，計算結果如表1。

表1 不同帷幕深度時大壩出逸比降和滲漏量計算成果

分析表1可知：

（1）即使將防滲帷幕深度設置到30m，較不設置防滲帷幕時候，單寬滲漏量也僅降低約4.1%，因此，防滲帷幕設置不能顯著減小壩基滲漏量。

（2）壩基巖體的建議滲透允許比降為0.65，而不設置防滲帷幕時壩址處的滲流比降為0.299～0.311，低于建議巖體允許比降，據此，可認為壩基巖體不存在滲透變形問題。

基于上述2點分析，壩基可取消防滲帷幕。

5 壩基防滲處理措施

根據對壩基巖體壓水試驗、滲透變形試驗、灌漿試驗及壩基滲流分析， 壩基采用帷幕灌漿效果不明顯。工程最終決定采用以水平防滲方式為主，增加大壩上游鋪蓋及范圍，以延長壩基滲徑的方法，降低了壩基滲漏量和滲透比降，起到了壩基防滲目的，也提高了壩基巖體滲透穩定性。

6 結語

（1）壩基的砂巖成巖程度低，屬孔隙介質，采用普通水泥灌漿，漿液在砂巖孔隙中擴散范圍有限，在地下難以形成連續有效的防滲帷幕， 很難起到壩基防滲目的。

（2）通過壩基滲流分析計算，最終為“取消壩基灌漿帷幕、 增加大壩上游鋪蓋范圍” 提供了設計依據。用延長滲徑以減小壩基巖體滲漏量，降低巖體滲透比降，提高壩基巖體滲透穩定性，確保工程安全。工程已建成多年，運行良好。