重慶烏江彭水水電站大壩巖溶地基處理

重慶烏江彭水水電站大壩巖溶地基處理冉隆田;陳殘云;楊安勇【摘要】烏江彭水水電站地處中低山碳酸鹽巖地區(qū)，壩址區(qū)主要出露奧陶系、寒武系灰?guī)r、白云巖夾少量頁巖等,巖層陡傾上游，呈橫向谷.壩址處巖溶發(fā)育，其特征是巖溶層與隔水層、相對隔水層相間分布,各巖溶系統(tǒng)順巖層走向發(fā)育至岸邊或河床.為了提高壩基巖體完整性，同時不讓巖溶通道成為滲漏通道及巖溶地下水進入壩基巖體，對大壩地基中巖溶洞穴作了處理，封堵了巖溶通道并對巖溶水作截排處理.根據(jù)蓄水后對大壩位移、滲壓的監(jiān)測及巖溶水的觀察，表明壩基巖溶處理措施達到了預(yù)期效果.【期刊名稱】《人民長江》【年(卷)，期】2013(044)006【總頁數(shù)】4頁(P37-39,49)【關(guān)鍵詞】巖溶水;溶洞;壩基處理;彭水水電站【作者】冉隆田;陳殘云;楊安勇【作者單位】長江巖土工程總公司(武漢)，湖北武漢430010【正文語種】中文【中圖分類】P642彭水水電站壩址位于重慶市彭水縣城烏江上游11km處的石灰?guī)r峽谷河段，大壩為混凝土弧形重力壩，最大壩高為116.5m，壩址基巖主要為碳酸鹽巖夾少量頁巖，巖溶強烈發(fā)育。右岸從上游至下游存在KW14、KW51、W84、KW54四個較大的巖溶系統(tǒng)，其中右岸KW51、W84兩個巖溶系統(tǒng)順層發(fā)育延伸至大壩壩基部位，工程部位開挖揭示，這些巖溶系統(tǒng)發(fā)育的溶洞規(guī)模大、高程低，對工程的影響較大，是大壩壩基處理的重要部分。1壩址區(qū)地質(zhì)概況壩址區(qū)呈“V”形河谷，烏江流向310°，巖層傾向上游偏右岸，與烏江流向夾角70。~75。，為橫向谷。壩址區(qū)出露奧陶系和寒武系中上統(tǒng)地層，地層總厚度1414m，主要有奧陶系下統(tǒng)大灣組(O1d)厚層頁巖夾少量灰?guī)r；紅花園組(01捫灰?guī)r；分鄉(xiāng)組(01f)灰?guī)r夾頁巖及燧石層；南津關(guān)組(01n)灰?guī)r灰質(zhì)白云巖夾頁巖；寒武系上統(tǒng)毛田組G3m)灰?guī)r、白云巖；耿家店組(u3g)白云巖。壩址區(qū)地層走向20。~25。，傾向110。~115。，傾角60。~70°。壩址區(qū)斷層、裂隙比較發(fā)育，斷層主要發(fā)育有走向NNE、NW、NWW的三組斷裂，斷層傾角一般70。以上，少數(shù)56。~65。。NNE組主要為f1斷層破碎帶橫穿左右岸；NW組(順河向)右岸主要有f8、f110，左岸有f7、f5等破碎帶；NWW組主要有左岸f36等斷層。這些斷裂的構(gòu)造巖一般膠結(jié)較好，但在強巖溶層中多被溶蝕。壩址區(qū)耿家店組至大灣組地層中，揭露性狀較差的軟弱夾層有59條。根據(jù)成因條件、物質(zhì)成分和性狀，將軟弱夾層分為3個基本類型，即泥化夾層(I)、破碎夾層(H)、風(fēng)化溶蝕填泥軟弱層帶(B)。其中在大壩壩基及廠房區(qū)分布并對建筑物有影響的是層中的B類夾層：C0、C2、C4、C5，它們一般被風(fēng)化溶蝕呈溶洞；H類夾層有層中的401、404,e3m層中的093、082、085等。根據(jù)壩址區(qū)出露的巖性及其組合、地表巖溶狀況、各層鉆孔遇溶洞及壓水試驗、勘探平硐揭示巖溶發(fā)育特點等，將壩址地層分為若干個巖溶層組及非巖溶層組。由于巖層走向與烏江流向夾角大、巖層陡傾上游，使巖溶層與隔水層、相對隔水層相間分布。壩址兩岸對稱發(fā)育11個巖溶系統(tǒng)。左岸巖溶系統(tǒng)有：W9、KW17、W202、KW65、溫泉W10、KW66(雙鼻孔E2p)o右岸巖溶系統(tǒng)有：KW14及WH11、KW51、W84、KW54、KW40(大龍洞e2p)。對大壩壩基工程有較大影響的是右岸KW51、W84巖溶系統(tǒng)。2與大壩壩基有關(guān)的重點巖溶系統(tǒng)特征KW51系統(tǒng)總體特征該系統(tǒng)位于壩軸線上游約10-20m右岸漫灘，出口層位為與層分界，出口高程227.4m。層巖溶最發(fā)育層巖溶比較發(fā)育及層巖溶相對發(fā)育弱；KW51系統(tǒng)主要發(fā)育于層。巖溶順層發(fā)育，主要沿大的軟弱夾層及巖性界面巖溶強烈發(fā)育，如沿C2、C4、C5常發(fā)育規(guī)模較大的溶洞，在C4-C5溶蝕帶中有時能形成寬15m高15m的大廳。右岸f3、f8、f110斷層橫切C2、C4、C5等風(fēng)化溶蝕填泥層帶，斷層與這些風(fēng)化溶蝕填泥層帶的交匯處多形成溶蝕大廳。層近岸地帶巖溶強烈發(fā)育，地下水在漫灘與斜坡交界處出露，深巖溶呈倒虹管狀態(tài)，其巖溶發(fā)育深度雖然低于烏江枯水面，但巖溶地下水仍然排泄至烏江，且出水點多在烏江枯水位附近。W84系統(tǒng)總體特征W84泉水點位于右岸壩趾下游10m烏江枯水邊，出口層位泉水點高程為210.81m，流量200-300L/min。該溫泉最大出水點是在原P16勘探平硐內(nèi)，水溫可達40OC，流量穩(wěn)定。W84巖溶系統(tǒng)主通道的方向十分明顯，幾乎完全順層發(fā)育，且主要發(fā)育在層底部，少量在頂部。臨江部位主通道已發(fā)育到頂部。其溶洞寬度一般為1.5-5.0m,局部變寬，發(fā)育高程在140m以下，溶洞充填物大部分以黏土為主，夾砂、塊碎石和灰華，少部分為空洞。3大壩壩基開挖揭示巖溶情況彭水水電站大壩河床壩基主要為I、H級巖體，完整性較好，強度較高，但兩岸壩基中局部分布有斷裂帶、溶洞和軟弱夾層等地質(zhì)缺陷。尤其右岸KW51、W84兩個巖溶系統(tǒng)中順層發(fā)育的巖溶通道一直延伸至大壩壩基下，是大壩地基的主要地質(zhì)缺陷。KW51系統(tǒng)開挖揭示情況大壩開挖揭示，右岸層KW51系統(tǒng)巖溶洞穴在壩基范圍主要存在于12號、13號、14號壩塊內(nèi)及壩基邊坡內(nèi)，且主要沿C2、C4、C5夾層發(fā)育。高程235m（13號壩塊壩基）及14號壩塊（高程255m）至P17平硐口（高程280m）,順C2夾層均形成寬1.5~8.0m的溶洞（K16、K22等），充填黏土、碎石附灰華，水平深度達13.4m，以后溶槽逐漸寬縮為0.3~0.5m。順C4夾層分布在13號壩塊內(nèi)側(cè)壩基（高程235m）及14號壩塊壩基（高程255m）至邊坡高程275m，大多形成溶洞，溶洞口寬0.3~2.5m，充填黃泥及碎塊石及碎石等。從14號壩塊內(nèi)側(cè)邊坡向內(nèi)清挖達21.5m后，發(fā)現(xiàn)0.1~0.5m的溶蝕寬縫。C5夾層分布在壩基高程235~255m的邊坡，在14號壩塊中部見順夾層長1.0m、寬0.3m的溶蝕，有黃泥，向下清挖0.2~0.8m后見較好的弱風(fēng)化巖石。高程255~290m的邊坡順C5夾層溶蝕為寬1.0~1.5m的溶洞，向內(nèi)清挖1.0~m后，夾層溶蝕寬度變窄為0.2~0.5m。開挖揭示，總體上右岸大壩壩基及邊坡KW51系統(tǒng)巖溶洞穴主要沿和層中的C2、C4、C5及504等夾層發(fā)育，常在夾層處溶蝕擴大形成溶洞，其中以C2、C4夾層溶蝕較強烈。W84系統(tǒng)溶洞開挖揭示情況大壩壩基開挖揭示，W84溶蝕帶出露于大壩8號、9號壩塊的壩趾附近，為0.2m寬的巖溶角礫巖帶，并見少量填泥，順層近底部發(fā)育。在8號壩塊右側(cè)見0.5mx1.2m的溶洞，深度約1.1m,黃泥充填。該溶蝕帶物探測試有異常。穿過9號壩塊后，W84溶蝕帶進入壩后護坦邊坡，從高程188m（9號壩塊后靠右岸一側(cè)）至護坦邊坡高程227m為寬0.3~3.8m的溶蝕帶，且在高程約200m附近為W84原始出水口。高程227m至層相同層位僅為寬0.1m的溶縫，250m高程以上未見溶蝕。4巖溶處理思路、原則與方法4.1處理思路根據(jù)彭水電站右岸KW51和W84兩巖溶系統(tǒng)的發(fā)育規(guī)律，結(jié)合開挖揭露情況，溶洞對工程的影響主要表現(xiàn)在以下幾方面。首先是溶洞的存在破壞了巖體的完整性，從而導(dǎo)致巖體的整體強度相對降低。其次，由于其溶洞內(nèi)充填物自身強度低，不能滿足工程強度要求，對溶洞如不進行處理，易導(dǎo)致建筑物變形。另外，電站的興建截斷了原有的巖溶水自然排水通道，對巖溶水需要引排，同時，根據(jù)防滲要求巖溶通道中要進行防滲處理，不能讓巖溶通道成為滲漏通道，其中KW51巖溶系統(tǒng)自然通道穿越了防滲帷幕直達壩前。因此，對巖溶通道進行封堵和地下水的引排非常重要，經(jīng)研究，處理思路為：〃清挖、封堵、引排”。需達到的處理目標(biāo)為：①提高巖溶發(fā)育部位巖體的完整性，增強巖體的強度；②保證壩前庫水不會沿巖溶系統(tǒng)通道向下游滲漏：③保證巖溶泉水的排泄暢通，又不會沿巖溶通道進入壩基范圍，有利于大壩穩(wěn)定。4.2處理原則和方法根據(jù)開挖揭露的巖溶發(fā)育情況，結(jié)合KW51和W84兩巖溶系統(tǒng)發(fā)育特征與工程的關(guān)系，為了達到上述處理目標(biāo)，保證大壩工程安全，對彭水電站右岸兩巖溶系統(tǒng)的處理采取了以下原則和方法。（1）對于大壩輪廓范圍及往外10m范圍壩基開挖揭示的溶蝕填泥層（溶洞），如C2、C4、C5等局部順層溶洞均采取“V”形槽刻槽擴挖，挖除溶洞內(nèi)充填物，再回填混凝土，壩基邊坡中的溶洞則進行水平及向下追蹤清挖后回填混凝土。溶洞回填后，對壩基進行固結(jié)灌漿，邊坡進行接觸灌漿。13、14號壩塊C2夾層溶洞處建基面按10m開口寬向下清挖5-10m;水平向山體內(nèi)清挖8.0~13.4m后再向下清挖5m。對于C4夾層在13、14號壩塊中高程255m以上邊坡的溶洞（K20、K21、K17等），先水平清挖21.5m深后，再追蹤清挖0.1~0.5m溶縫，待溶洞壁清洗干凈后回填混凝土。層中W84巖溶系統(tǒng)溶蝕帶從9號壩基進入壩基范圍的壩趾附近，其溶蝕帶發(fā)育的溶洞呈串珠狀順層展布。8號壩塊右側(cè)為0.5mx1.2m的溶洞，溶洞開口寬度5.4m，處理時向下清挖3.5m，局部清挖深度達5.3m。9號壩塊順溶蝕帶普遍向下清挖3.5m后，未見明顯溶蝕及寬縫，清洗干凈后，回填混凝土。（2）對防滲帷幕線上及附近的溶洞也采取了清挖回填與灌漿回填處理措施，同時對壩前右岸KW51系統(tǒng)地表出口及溶洞、溶隙進行了地表封堵，并設(shè)計了壩前防滲帷幕。⑶在掌握巖溶系統(tǒng)來水量及變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，為了截排KW51和W84兩巖溶系統(tǒng)巖溶水，專門在右岸山體內(nèi)防滲帷幕后布置了截排水洞。KW51截水洞及廠房排水洞開挖后，巖溶泉水均從山體中的截排水洞中揭露，且揭露點主要位于f110、f8等斷層溶蝕帶中，壩基開挖時溶蝕帶無水。W84巖溶系統(tǒng)下層截水洞（高程165m）在E2-23m層溶蝕帶揭露溫泉，溫泉泉水全部從下層截水洞的溶蝕帶內(nèi)涌出，流量為200~300L/min，此后大壩8號、9號壩基開挖層溶蝕帶清挖至高程184m時，在溶蝕帶內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地下水。兩巖溶泉水均在山體中被截排，因此，電站運行期泉水不會進入壩基巖層。5巖溶處理效果驗證彭水水電站自2008年初蓄水以來，通過對大壩的監(jiān)測和右岸巖溶地下水及帷幕排水洞的長期觀測，證實了大壩巖溶地基處理與巖溶水的封堵與截排達到了預(yù)期效果。5.1大壩變形監(jiān)測結(jié)果監(jiān)測結(jié)果表明，大壩壩頂水流向水平位移在-4.61~7.25mm之間，壩體壩基廊道處位移量較小，均在1mm以內(nèi)，水庫蓄水后壩體水平位移無異常變化，壩基穩(wěn)定。大壩壩頂垂直位移累積變化量在1.72-6.78mm之間，變化趨勢為整體下沉。壩體基礎(chǔ)廊道均表現(xiàn)為下沉，沉降量在3mm左右，不存在不均勻沉降?？傮w而言，壩基內(nèi)巖溶洞穴開挖回填處理效果良好，壩基巖體受力均勻，壩基穩(wěn)定。5.2帷幕后滲水、滲壓監(jiān)測結(jié)果右岸239灌漿平洞的排水孔基本呈無水或滴水狀，右岸193灌漿平洞內(nèi)排水孔的總滲漏量約為60-80L/min，單孔最大滲漏量約為14L/min。庫水位上升至正常蓄水位293.0m時，大壩測壓管揚壓系數(shù)小于0.20,在規(guī)范允許范圍內(nèi)，說明大壩帷幕防滲效果良好。大壩蓄水后至今，左右岸測壓管水位變化很小，降雨對測壓管水位變化的影響較小，兩岸壩基深部巖體沒有明顯的滲流現(xiàn)象，也不存在繞壩滲漏情況。除11號壩段高程210m距上游壩面5.0m處水頭約12.0m，距上游壩面12.0m處水頭高約8.0m外，其它壩段混凝土澆筑層面的滲壓計沒有明顯滲透壓力。表明右岸KW51系統(tǒng)巖溶通道封堵是成功的，壩前庫水及巖溶地下水未經(jīng)巖溶通道進入至壩基范圍內(nèi)。KW51和W84巖溶水截排效果KW51巖溶系統(tǒng)巖溶水在右岸山體內(nèi)的主要揭露點流量為：廠房上游頂層排水洞f110斷層處，雨季流量50-80