出居溝水電站深厚覆蓋層建閘利用研究

李 揚

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

出居溝水電站深厚覆蓋層建閘利用研究

李 揚

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

深厚覆蓋層建基面的利用、選擇是閘壩建設成敗的關鍵，本文根據實際勘測得到的地質情況，從地形地貌、地質構造及巖性、水文地質條件出發，對土體特征、巖體工程特性等地質因素，圍繞地基承載力及變形穩定性、閘基及閘肩滲漏問題、閘基滲透穩定問題和閘基砂土液化等問題進行分析和研究，論證了閘基在河床深厚覆蓋層建基的可靠性，同時以隔水層作為防滲依托，做到經濟合理。本文的研究對其他工程有較大的參考價值。

建基面；深厚覆蓋層；防滲依托

0 前 言

水電工程中的大壩或閘在河床建基，時常遇到深厚覆蓋層建壩的問題，而且有的覆蓋層很厚，深厚覆蓋層建基面的選擇和所處的地質條件有關。例如：西藏旁多水利樞紐工程是在深厚覆蓋層建壩，壩基覆蓋層采用混凝土防滲心墻帷幕灌漿的方案，最深的防滲墻為158.47 m，施工難度很大。因此，建基面的選擇受覆蓋層厚度及覆蓋層組成物質所制約，同時也要考慮壩體或閘壩的穩定等因素。而四川省西河出居溝水電站閘壩，閘壩最高22 m，充分利用河床覆蓋層的特點，進行了詳細分析論證，選擇了合理的建基面和利用隔水層進行防滲，減少了工程施工難度，節約了投資和提前了工期。

1 閘址區的工程地質條件

1.1 地形地貌

閘址區河谷型態呈“U”型谷，山體雄厚，谷底寬110～140 m，谷寬約160～170 m。段內河道總體較順直，現代河床靠右岸通過，河水流向約S40°E，右岸臨河為基巖陡崖，左岸為寬約100～130 m的高漫灘臺地，臺地拔河高1～3 m。

1.2 地質構造及巖性

閘址區位于金湯弧形構造帶東翼，區域性幺堂子弧形沖斷層在距閘址下游約180 m處斜跨西河。閘址區無區域性斷層通過，次級小斷層和節理裂隙較發育。閘址區出露地層為二疊系上統大石包組(P2d)黑灰綠色枕狀玄武巖，具塊狀構造，殘余結構，巖石蝕變強烈，但巖性較致密堅硬。

鉆孔揭露，閘址區河床覆蓋層最大厚度大于85.17 m(相應基巖面高程低于1 707 m)，谷底基巖深槽略偏左岸。據鉆孔揭露河床覆蓋層的物質組成、結構及成因類型的差異，自下而上劃分為三大層。

第Ⅰ層：泥卵(碎)礫石層(pl+alQ4)：系沖積與洪積混合堆積，位于谷底基巖之上，總體呈灰～灰黑色，頂板埋深54.7～59.6 m，最大厚度大于27 m。卵(碎)礫石成分復雜，主要為灰巖、玄武巖、砂巖，部分為凝灰巖、花崗巖等，一般呈次圓或扁圓狀，少量次棱角或球狀，粒徑一般2～6 cm，次為0.5～2 cm。粗粒間孔隙充填灰黑色含泥中粗砂，含量約9.6%～11.1%，該層總體結構較密實。

第Ⅱ層：粉質黏土層(lQ4)：系堰塞湖相沉積，呈深灰～灰黑色。鉆探揭示該層在平面分布連續，頂板埋深45.7～48.7 m，層厚6～12.51 m。鉆進過程中，鉆孔有明顯的縮徑現象，巖芯呈可塑～軟塑狀。該層底部含有少量礫石，黏粒含量也相對減少，礫石粒徑一般0.5～1 cm，含量約占10%～15%。

第Ⅲ層：漂(塊)卵(碎)石層(alQ4)：系現代河床沖積堆積，分布于河床中上部層厚一般45～47 m。物質成分較雜，主要有灰巖、砂巖、玄武巖等，磨圓度中等，球度差。該層以粗粒～巨粒土為主，缺乏細粒充填，局部具架空結構。其中漂石塊徑一般20～30 cm，含量約15%～25%；卵石粒徑一般6～8 cm(大者10～12 cm)，含量約占30%～40%；礫石粒徑以3～5 cm為主，含量約25%～35%。

1.3 水文地質條件

閘址區地下水按貯存介質的不同，分為基巖裂隙水與松散堆積層孔隙水兩大類型。實測鉆孔地下水位(穩定時間24 h左右)1 784.03～1 786.64 m，略低于河水位。

鉆孔水文地質試驗成果表明，閘址區河床覆蓋層上部第Ⅲ層漂卵石層透水性強，滲透系數K一般為1.4×10-2～5.8×10-2cm/s，屬強透水層；下部Ⅰ層泥卵(碎)礫石層結構較密實且含泥量較高，故透水性相對較弱，標準注水成果表明滲透系數K為5.07×10-4cm/s，具中等透水性；中部第Ⅱ層細粒含量高，室內滲透變形試驗K為6×10-7～1.25×10-6cm/s，透水性微弱。

2 閘址區巖土體工程地質特征

為查明閘基土體的物理力學特性，針對河床覆蓋層各層進行了現場載荷試驗、鉆孔原位試驗、物性試驗和力學試驗。

第Ⅲ層漂(塊)卵(碎)石層：分布于河床中上部，為閘基主要持力層。2組物性試驗成果表明：加權含水率1.95%(均值)，小于5 mm顆粒含量23.86%(均值)。據現場力學性試驗成果：比例極限Pf≥0.8 MPa，變形模量E0=34.2～55.9 MPa；土體內摩擦角34.5°～35.5°，凝聚力0.025 MPa；滲透系數為6.57×10-3～7.86×10-3cm/s，臨界坡降0.62～0.70，破壞坡降1.30～1.55，破壞型式為管涌。7組超重型觸探試驗成果表明，其承載力標準值fk一般為0.33～0.7 MPa，變形模量E0=21～46 MPa。鉆孔5組抽水試驗成果表明，其滲透系數為4.86×10-2cm/s(均值)。綜合各類試驗成果，第Ⅲ層漂(塊)卵(碎)石層具有顆粒較粗，透水性強，承載和變形模量較高的特性。

第Ⅱ層粉質黏土：位于河床中部，平面分布連續，厚度6～12.57 m，頂板埋深45.7～48.7 m。9組室內物性試驗成果表明：粉粒含量一般31.4%～63.4%，黏粒含量一般14.5%～35.1%，液限一般25%～33%，塑限一般16.5%～22%，塑性指數一般8.7～11。7組室內力學性試驗成果表明，土體內摩擦角15.8°～23.9°，凝聚力0.01～0.02 MPa，壓縮系數為0.18～0.47 MPa-1，壓縮模量3.75～8.16 MPa，滲透系數為4.06×10-4～7.58×10-8cm/s。2組室內滲透變形試驗成果表明其破壞坡降if為4.29～5.29，滲透系數為2.14×10-7～2.15×10-6cm/s，破壞形式主要為流土。上述試驗成果總體反映出第Ⅱ層土體具有顆粒細、抗滲性強、力學強度較差等特性。

第Ⅰ層泥卵(碎)礫石：分布于河床下部基巖之上，埋深大，結構較密實，組成物質以粗粒土為主。2組物性試驗成果表明：加權含水率1.65%(均值)，小于5 mm顆粒含量25.52%(均值)，其中粉、黏粒含量占3.72%～7.07%。由于該層含泥量較高，其滲透性相對較弱。

3 閘基建基面的選擇利用

3.1 閘基建基面選擇的原則

閘基河床覆蓋層深厚，勘探最大厚度大于85.15 m。閘基基礎主要持力層為第Ⅲ層漂(塊)卵(碎)石層。該層粗顆粒基本構成骨架，具較高的承載和抗變形能力。根據現場載荷試驗及鉆孔動力觸探試驗成果并結合工程類比，其允許承載力 [R]=0.55～0.6 MPa，壓縮模量E0=45～50 MPa，能夠滿足閘基承載與變形要求。

3.2 閘基穩定性評價

勘探揭露，閘基河床第Ⅲ層中隨機分布有數層碎礫石砂層透鏡體，厚度一般0.53～1.95 m，個別厚度達5.87 m，各透鏡體最小埋深12.1 m(相應高程1 782.81 m)，最大埋深達41.84 m(相應高程1 751.3 m)。物性試驗成果表明：透鏡體小于5 mm細顆粒含量占49.04%(均值，下同)，其中小于0.075 mm的粉、黏粒含量約占12.43%，干密度ρa2.02 g/cm3，加權含水量ω5.2%，液限WL=24.43%，塑限Wp=14.48%，塑性指數Ip=9.95 。由于碎礫石砂層形成時代新，位于地下水位以下，且小于5 mm顆粒中小于0.005 mm的黏粒含量僅占5.41%(小于地震設防烈度七度標準值16%)，初判有地震液化的可能性。

根據現行規范，對其液化可能性進行復判：由于碎礫石砂層透鏡體中大于5 mm粗顆粒含量達50.96%(均值)，為飽和少黏性土，因此采用相對含水量或液性指數復判法進行判別，該透鏡狀碎礫石砂層頂板埋深大于12.1 m，干密度較大，結構較密實，抗液化能力較強，為透水性強的漂(塊)卵(碎)石層所圍限，地震時孔隙水壓力易于散失，結合相對含水量和液性指數復判成果分析，Ⅲ層內碎礫石砂層透鏡體在Ⅶ度地震烈度條件下，產生液化的可能性很小。

由于閘基河床覆蓋層各層成因類型、組成結構及物理力學性質均存在差異，分布位置和厚度也不盡相同，尤其閘壩基礎存在砂層透鏡體，因此，本階段研究分析了地基的沉降變形和不均勻變形。沿各建筑物軸線剖面進行了計算，在各種運用情況下，首部建筑物的最大沉降量為11.44 cm，均未超過規范允許范圍；相鄰部位的最大沉降差在泄洪閘段和沖沙排污閘壩段間，最大沉降差為5.96 cm，略超過規范允許范圍，只要做好相關止水設計，此不均勻沉降將不會對首部建筑物造成危害。

4 閘基滲漏及防滲研究

4.1 滲 漏

閘基河床覆蓋層可分為三大層，主要持力層為河床上部第Ⅲ層漂(塊)卵(碎)石層， 物質組成以粗粒～巨粒土為主，細粒充填少，水文地質試驗成果顯示具強透水特征，且在勘探過程中局部孔段有漏水漏漿現象，表明存在架空現象，故建壩蓄水后，該層將構成壩基滲漏的主要途徑。

兩岸壩肩谷坡較陡峻，巖體卸荷較強烈，強卸荷帶巖體裂隙發育，張開寬度大，具強透水性；弱卸荷帶巖體卸荷裂隙仍較發育，具中等透水性。因此存在沿兩岸壩肩繞滲問題。

4.2 防滲深度選擇

第Ⅱ層粉質黏土：位于河床中部，整個庫區平面分布連續，厚度6～12.57 m，頂板埋深45.7～48.7 m，以該層作為防滲依托，見圖1第Ⅱ層粉質黏土平面分布示意。

閘壩基礎防滲采用混凝土防滲墻，墻厚0.80 m，防滲墻伸入相對隔水層即第Ⅱ層，防滲墻底高程1 741.00 m，最大深度50.5 m，兩岸基巖部分采用帷幕灌漿，帷幕灌漿為1排，間距1.5 m,灌漿深度伸入弱風化、弱卸荷下，左岸灌漿平硐長25.00 m，右岸灌漿平硐長45.00 m。

圖1 第Ⅱ層粉質黏土平面分布示意

5 結 論

出居溝水電站閘址區河床最大覆蓋層厚度大于85.17 m，自下而上分為三層，閘基基礎主要持力層為第Ⅲ層漂(塊)卵(碎)石層。該層粗顆粒基本構成骨架，具較高的承載和抗變形能力，為閘基基礎主要持力層。第Ⅱ層粉質黏土：位于河床中部，整個庫區平面分布連續，最小厚度大于6 m，且透水性微弱，以該層作為防滲依托，從地形地貌、地質構造及巖性、水文地質條件出發，對土體特征等地質因素進行分析論證，圍繞閘基建基面的選擇和利用，對滲透問題和防滲深度選擇進行分析，論證了在河床深厚覆蓋層建基的可靠性。

2017- 04- 13

李揚(1971-)，男，吉林長嶺縣人，高級工程師，從事水利水電地質勘察工作。

TV221.2；TV543.8

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1003-9805(2017)04-0046-02