溪洛渡雙曲拱壩壩基綜合處理措施

尤 林，胡 筱

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 工程概況

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣交界的金沙江下游河道上，是金沙江下游河段規劃的第3個梯級。電站開發任務以發電為主，兼顧防洪，此外，尚有攔沙、改善庫區及壩下河段通航條件等綜合利用效益。水庫正常蓄水位600m高程，死水位540m高程，汛期限制水位560m高程，總庫容126.7億m3，調節庫容64.6億 m3，具有不完全年調節能力。電站裝機容量13 860MW(18×770MW)，多年平均發電量575.5～640.6億kW·h(近期～遠景)。

大壩壩址位于豆沙溪溝口至溪洛渡溝口全長約4km的溪洛渡峽谷中段。壩址河道順直，谷坡陡峻，地形完整，無溝谷切割。兩岸山體陡峻雄厚，河谷寬高比約2，呈基本對稱“U”型。壩址區地震基本烈度8度。壩址區地形地質條件優越，是修建高混凝土拱壩理想的壩址。

2 壩基地質條件

2.1 地形地貌

400～610m高程壩基總體產狀:左岸上游幅走向N14°～15°W，傾向 SE，下游幅走向 SN ～N4°W，傾向SW ～S;開挖坡度440～610m高程約61°，400～440m高程平約35°。右岸上游幅走向N82°W，傾向NE，下游幅走向 N84°～88°E，傾向 NW;開挖坡度440～610m 高程約52°，400～440m 高程約46°。

400～328m 高程:左側斜坡走向N10°W～N43°W，傾向SW，開挖坡度約28°，右側斜坡走向EW ～N61°W，傾向 N ～NE，開挖坡度約30°。

328～324.5m高程河床壩基:左側呈8°、右側呈4°，兩岸均由328m漸變到324.5m。

2.2 地層巖性

河床基巖及兩岸谷坡均由二疊系上統峨眉山玄武巖(P2β)組成，二疊系下統茅口組石灰巖(P1m)埋深于壩基以下約80m。

左、右岸400m高程以上壩基巖性為 P2β12～P2β6層角礫熔巖和含斑玄武巖、斑狀玄武巖、致密狀玄武巖;400～328m高程河床壩基巖性為P2β6～P2β3層角礫熔巖和含斑玄武巖、斑狀玄武巖、致密狀玄武巖;328～324.5m高程壩基巖性以P2β3層上部含凝灰質角礫熔巖為主、局部出露3層下部含斑玄武巖。

2.3 地質構造

壩區為緩傾下游偏左岸的單斜地層，無斷層，主要結構面為層間錯動帶(C)、層內錯動帶(Lc)、擠壓帶(g)和基體裂隙(L)。

(1)層間錯動帶(C)。壩基開挖揭示C3～C11共9條層間錯動帶，主要特征如下:

C11、C9、C8在兩岸均有出露且貫通整個壩基。左岸出露高程分別為563～564m、536～540m、513～515m;右岸為 576～580m、561～564m、536～540m。左岸產狀為 N25°～35°W/NE∠4°～5°;右岸為 N32°～38°E/SE∠2°～5°。主錯動帶寬度分別為3～5cm，30cm、10cm，C9和C8局部達50cm、30cm。

C10在左岸未見錯動跡象，右岸出露高程為573～577m，產狀為 N33°E/SE∠4°，貫通壩基，主錯帶寬10～20cm，局部30～40cm。

C7、C6左岸出露高程分別為473～479m、447～451m;右岸為496～502m、467～471m。左岸產狀為N25°～35°W/NE∠4°～7°;右岸為 N30°～40°E/SE∠4°～6°。C7右岸錯動較左岸強烈，且貫通整個壩基，主錯帶寬3～5cm，局部有影響帶;C6兩岸均斷續延伸主錯帶寬3～5cm。

C5、C4、C3在兩岸均有出露且貫通整個壩基。左岸出露高程分別為375～376m、356～360m、334～341m;右岸為 395～400m、378～381m、342～343m。左岸產狀為 N20°～30°W/NE∠4°;右岸為N30°～40°E/SE∠4°～10°。主錯帶寬 5 ～10cm，局部20～30cm。

(2)層內錯動帶(Lc)。610～400m高程:左岸揭露 73條，優勢方向為 N65°～85°E/NW∠8°～13°，緩傾上游，延伸長度10～15m，平均帶寬小于3cm;右岸揭露105條，優勢方向不明顯，N15°～30°W/NE∠3°～8°，組分布稍多，緩傾下游，延伸長度5～25m，平均帶寬小于3cm。

400～328m高程:左岸揭露28條，優勢方向不明顯，N55°～75°E/SE∠4°～10°，組分布稍多，緩傾下游，延伸長度5～25m，平均帶寬小于3cm;右岸揭露27 條，優勢方向不明顯，N30°～42°E/SE∠4°～10°與N69°～81°E/SE∠22°～27°，組分布稍多，緩傾下游，延伸長度以10～20m為主，平均帶寬小于3cm。

328～324.5m高程河床壩基共揭露2條，分布在?壩段下側。其中Lc3－11延伸長度10～30m，帶寬2～5cm，局部20cm。另一條規模較小，延伸8.5m，帶寬2～5cm。

(3)擠壓帶(g)。610～400m高程:左岸揭露96條，主要優勢方向為 N45°～65°W/SW∠72°～76°，與壩基呈30°～50°斜交;右岸54條，主要優勢方向為 N24°～44°W/NE∠67°～80°，與壩基呈 17°～36°斜交;擠壓帶延伸長度均以5～10m為主，主錯帶平均寬度小于3cm。

400～328m高程:左岸揭露5條，延伸長度5～10m，帶寬3～5cm;右岸無擠壓帶出露。

328～324.5m高程河床壩基共揭示4條，2條分布在?壩段的下游拱端，另2條分布在?壩段的上游拱端;延伸長度10m左右，帶寬2～5cm。

(4)基體裂隙(L)。壩區玄武巖巖體裂隙較發育，但都較短小，主要受層間、層內錯動帶限制。一般延伸長度2～3m，個別可達4～5m;單組裂隙間距一般1～2m，淺表卸荷帶及錯動帶附近裂隙密集帶間距小于1m，走向較分散，其分布與巖性和構造部位有關，具一定區段性。裂面多平直粗糙，部分波狀光滑，卸荷帶以內嵌合緊密，無充填，隙壁巖體較新鮮，強度高。卸荷帶裂隙多松馳或微張，隙壁附鈣膜，銹染明顯。

2.4 巖體風化卸荷

壩基巖體風化卸荷分布情況見圖1。

圖1 溪洛渡壩基風化卸荷分布

2.5 水文地質條件

層內錯動帶分布于各巖層中，單寬大、延伸較長、透水性強，構成了壩區地下水的主要匯水和導水通道。節理裂隙組數多、密度大，構成壩區地下水的主要儲水結構。

兩岸谷坡巖體透水性具有明顯的分帶性。水平埋度0～30m為弱風化上段、卸荷巖體，屬強透水帶;30～60m主要為弱風化下段，部分微新巖體，屬中等透水帶;60～120m為微風化～新鮮巖體，屬弱透水帶;120m以里為微風化～新鮮巖體，絕大部分為q＜1Lu的微透水巖體。

兩岸壩基主要位于岸坡水平埋深30～60m范圍內，建基巖體以中等透水為主，部分弱透水;層間、層內錯動帶為中等透水。河床壩基306m高程以上巖體透水率以大于30Lu為主;238～306m高程間巖體透水率10～30Lu;180～200m高程以下的茅口組灰巖透水率小于1Lu，為相對隔水層。

3 壩基處理原則及處理措施

3.1 壩基處理原則

針對壩高285.5m的溪洛渡雙曲拱壩壩區的地質條件和壩基的受力特點，通過基礎處理達到以下目的:

(1)對壩基一定范圍內的層間、層內錯動帶和強風化夾層及局部可利用的弱風化巖體采取固結灌漿處理;對壩基出露的Ⅳ1級巖體和弱卸荷Ⅲ2級巖體進行混凝土置換處理。通過固結灌漿和混凝土置換處理后，提高巖體整體性和均一性。

(2)為了降低滲透壓力，進行滲控處理，使樞紐區形成有利的滲流場，有利于壩基在高水頭的長期作用下具有足夠的耐久性、穩定性。

3.2 混凝土置換處理

混凝土置換處理部位見圖2。置換混凝土采取與大壩混凝土相同的溫控措施。由于置換混凝土跨層間、層內錯動帶及軟弱夾層，故在混凝土與基巖接觸面設雙層Φ32mm、間距0.5m的抗裂鋼筋。

圖2 溪洛渡置換混凝土分布

3.3 壩基固結灌漿

固結灌漿針對壩基各級巖體、淺表部層間、層內錯動帶等進行分區設計，共分A、B、C、D、E五區:

A區針對河床部位的層內錯動帶及影響帶、局部Ⅲ2級巖體及防滲帷幕中心線上下游一定范圍。固結灌漿采用無蓋重加引管有蓋重灌漿、有蓋重灌漿、無蓋重灌漿等方法。灌漿分3序，終孔孔距2.5m，孔深25m。

B區針對壩基下游側的Ⅲ1級巖體。固結灌漿方法同A區。灌漿分3序，終孔孔距3.0m，孔深20m。

C區針對壩基上游面的Ⅱ、Ⅲ1級巖體。固結灌漿方法同A區。灌漿分3序，終孔孔距3.0m，孔深15m。

D區針對受力較小的Ⅱ級巖體。固結灌漿方法同A區。灌漿分3序，終孔孔距3.0m，孔深10m。

E區針對較大的層間錯動帶及其影響帶。只采用有蓋重固結灌漿。灌漿分3序，終孔孔距為1.0m，孔深20～25m。

灌漿水灰比采用 2∶1、1∶1、0.8∶1和 0.5∶1(重量比)四個比級，漿液濃度由稀到濃逐級變換，灌漿壓力見表1。

表1 溪洛渡壩基固結灌漿壓力設計參考值

3.4 基礎防滲排水

為有效降低壩基及兩岸壩肩的滲透壓力，綜合壩趾區的巖體透水性及主要透水結構面的分布情況，對壩基及抗力體部位，開展“以防為主，以排為輔，防排并舉”的綜合防滲排水措施。壩基防滲排水布置見圖3。

圖3 溪洛渡壩基防滲排水布置示意

3.4.1 控制標準

防滲標準為:563m高程以上q≤3Lu，563m高程以下q≤1Lu，防滲帷幕幕體的允許水力坡降Ia為30，α1≤0.4。在主排水幕處揚壓力折減系數為α2≤0.2。

3.4.2 防滲帷幕布置

防滲帷幕軸線距上游壩面最大約為20.0m(約0.07倍壩前作用水頭)，位于上游側壓應力區。兩岸沿高程分別布置六條帷幕灌漿平洞(AGL1～AGL6、AGR1～AGR6)，除 AGL6和 AGR6外，其它灌漿平洞與壩內水平廊道相接，分別布置在347m、395m、470m、527m、563m、610m 高程。各層灌漿平洞之間的高差在36～75m之間。

壩基防滲帷幕采用嵌入式帷幕。河床帷幕深入基巖相對隔水層5.0m。主帷幕最大深度位于河床約152.0m，副帷幕按2/3主帷幕取值約102.0m。

3.4.3 帷幕灌漿參數

(1)排數:河床壩基對于中等偏強透水帶區域設置三排帷幕灌漿孔，其它區域設兩排灌漿孔;兩岸347～563m高程間設兩排或三排灌漿孔;563～610m高程間設一排灌漿孔。

(2)孔、排距:終孔孔距 2.0m，三排孔排距1.3m、兩排孔排距1.5m。

(3)鉆孔采用梅花形布置，孔徑Φ56mm，孔序采取由疏到密逐漸加密的原則。由三排孔組成的帷幕，先灌注下游排孔，再灌注上游排孔，然后進行中間排孔的灌漿，每排孔分二序;兩排孔組成的帷幕先灌注下游排，后灌注上游排;兩排孔和單排孔均分三序。

(4)帷幕灌漿一般采用自下而上分段純壓式灌漿法，也可采用自上而下分段孔口封閉灌漿法或綜合灌漿法。

(5)灌漿壓力和材料:根據地質情況和承受水頭大小綜合考慮，其壓力按壩前水頭和孔深分級設計，壩前水頭分為三個區(水頭分別為80.0m、210.0m、268.0m)，帷幕灌漿壓力見表2。灌漿材料采用P.O 42.5R級普通硅酸鹽水泥，水灰比采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6(或 0.5)∶1四個比級，灌漿漿液由稀到濃逐級變換。

(6)帷幕搭接:為保證帷幕形成整體，主要采取如下措施:a．主帷幕與下層灌漿平洞間距不小于5.0m;b．主帷幕伸至下層平洞底板高程以下5.0m;c．平洞上游側設置四排交錯布置的淺孔與主幕連接，淺孔深8.0～13.0m，孔距2.0m，灌漿壓力0.3～1.5MPa，搭接帷幕布置見圖4。

圖4 搭接帷幕淺孔布置示意

表2 溪洛渡帷幕灌漿壓力設計參考值

3.4.4 壩基及抗力體排水布置

壩基排水幕共兩道。第一道位于帷幕中心線下游10m處，由341.0m高程排水廊道和五層排水平洞(分別布置在 341m、395m、470m、527m、563m 高程)組成;第二道位于414～590m高程間壩趾處，由一排排水孔組成。

抗力體排水幕由左、右岸抗力體內各四道橫向排水組成。每道排水又分別由近乎垂直于河流的五層橫向排水平洞組成，每層橫向排水平洞內設置1～2條縱向排水平洞。抗力體排水平洞與二道壩基礎排水廊道、水墊塘底排水暗溝網、地表馬道排水溝以及集水井和水墊塘深井泵房組成封閉式抽排系統。

在414m、463m、517m、559m 高程分別布置兩道縱向連接排水幕，連接壩基排水幕與抗力體排水幕。

3.4.5 排水參數

壩基排水均設1排排水孔，孔距3.0m。341m高程排水廊道和排水平洞的向下排水孔深度按0.5倍主帷幕深度設計，最大孔深81m，其余向上排水孔以鉆至距上層排水平洞底板以下1.0m為原則，孔深36～75m;壩趾處排水孔，孔距5.0m，孔深50m。

抗力體排水平洞中355m高程向下排水孔為1排，孔深為57m，其余向上輻射排水孔為3排，孔深一般為42～70m，孔距5.0m，排距0.5m。

3.5 接觸灌漿

為了提高混凝土與基巖接觸面上的抗剪強度和抗壓強度，防止沿接觸面滲漏，要求對大壩(置換)混凝土與基巖接觸面之間坡度大于50°的陡壁面進行接觸灌漿。接觸灌漿與引管有蓋重固結灌漿一并進行，引管示意見圖5。

圖5 溪洛渡壩基接觸灌漿引管示意

3.6 壩趾貼角、貼坡布置

(1)壩體下游貼角水平寬度為5.0～6.0m，貼至400m高程;上游貼角水平寬度為2.5～3.0 m，貼至413m高程;下游貼坡由365m高程貼至610m高程。貼角混凝土與大壩混凝土一起澆筑，貼坡混凝土單獨澆筑。

(2)在上游貼角和基坑上游巖壁之間預先涂抹一層瀝青;在下游貼角與邊坡接觸部位，要求進行固結灌漿和接觸灌漿，便于拱壩充分傳力給下游抗力體。

3.7 壩趾錨索加固

在拱壩地基處理的基礎上，結合拱壩基礎整體穩定性分析成果及溪洛渡工程地質力學模型試驗成果，對壩趾進行錨索加固處理。錨索加固處理部位主要是:規模較大的層間層內錯動帶、河床壩基風化巖體、基礎560m高程以下的Ⅲ2和Ⅳ1級巖體以及560m高程出露的Ⅳ1級巖體等;610～560m高程壩趾貼坡部位布置少量錨索以加強壩肩下游巖體的承載力。錨索加固施工主要在下游貼角、貼坡及下游邊坡部位進行。錨固設計噸位采用300t(40m/30m)和200t(30m)。

4 結 語

從溪洛渡水電站工程壩基已采取的處理措施來看，效果是顯著的。

(1)通過壩基綜合處理，有效提高了壩基整體性和均一性，增強了壩基強度和剛度。

(2)通過固結灌漿，對壩基巖體質量改善效果明顯。

已實施的河床壩段壩基固結灌漿，0～5m段灌前平均聲波值為4 833m/s，灌后為5 262m/s，提高幅度為8.9%;5m～孔底段灌前平均聲波值為5 084m/s，灌后為 5 475m/s，提高幅度為 7.7%;灌前鉆孔變模平均值為10.50GPa，灌后為12.34GPa，灌后比灌前提高17.6%。均滿足設計要求。

(3)通過壩基防滲排水處理，有效降低了壩基揚壓力，提高了拱壩整體穩定性和耐久性。

已實施的河床壩段三排深孔帷幕灌漿灌后透水率均小于1 Lu，滿足設計要求。

實踐表明:以上基礎處理措施符合溪洛渡工程的地質特點和水文特性，處理措施是合理的，能滿足溪洛渡大壩對基礎的要求。

［1］混凝土拱壩設計規范［S］．DL/T 5346－2006，北京:中國電力出版社，2007．

［2］水工設計手冊:第五卷 混凝土壩［S］．北京:中國水利水電出版社，2011．

［3］孫釗．大壩基礎灌漿［M］．北京:水利電力出版社，2004．