緬甸滾弄水電站壩址區(qū)水文地質(zhì)條件及壩基滲漏問題處理研究

曾 曉 波

(中國電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 云南 昆明 650000)

緬甸滾弄水電站壩址區(qū)水文地質(zhì)條件及壩基滲漏問題處理研究

曾 曉 波

(中國電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 云南 昆明 650000)

緬甸滾弄水電站壩址區(qū)地下水位分布低緩，在勘探控制范圍內(nèi)兩岸無明顯高于正常蓄水位的地下水分布。本文分析了壩址區(qū)的地下水位分布低緩的主要原因，同時(shí)研究了壩址區(qū)巖體透水性與巖性、巖溶程度及巖體風(fēng)化聯(lián)系密切。通過研究表明電站可能存在壩基滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，通過數(shù)值模擬計(jì)算表明滲漏量對(duì)水庫水位的影響十分有限，局部滲漏地段可以通過常規(guī)的帷幕灌漿手段進(jìn)行防滲處理。

水電站； 水文地質(zhì)； 數(shù)值模擬； 壩基防滲

1 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件概況

滾弄水電站位于緬甸撣邦境內(nèi)，項(xiàng)目裝機(jī)1 400 MW，最大壩高104 m，采用混凝土重力壩型，初擬正常蓄水位519 m。壩址河谷較開闊，總體呈“V”字型，兩岸山體雄厚，山峰和槽谷呈NE向展布，分布高程一般1 100～1 300 m，壩址區(qū)江水面高程445 m。壩址區(qū)兩岸發(fā)育多條沖溝，溝內(nèi)干涸，沖溝縱向坡降大，延伸長度小。

壩址區(qū)地層以P1s3-1及P1s3-2的鈣質(zhì)砂巖和巖屑角礫巖等為主，上游側(cè)尚有P1s4的碳酸鹽巖分布，碳酸鹽巖與壩址的碎屑巖地層呈斷層接觸。壩址河谷地段地層巖性分布見圖1所示。

圖1 壩址區(qū)河谷巖性空間分布示意

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜，第四系活動(dòng)斷裂發(fā)育，工程區(qū)相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度，屬較不穩(wěn)定地區(qū)。

壩址區(qū)地層巖性雖以巖屑角礫巖及鈣質(zhì)砂巖為主，但壩址附近及外圍地區(qū)碳酸鹽巖分布面廣，加之巖屑角礫巖亦屬可溶巖，巖體透水性極強(qiáng)，且沖溝匯水面積不大，水源補(bǔ)給有限，沖溝多干涸，地表大氣降雨一般直接沿喀斯特溶孔、溶隙和溶洞下滲排入丹倫江，因此，區(qū)內(nèi)缺乏完整的地表水系。地下水系統(tǒng)比較復(fù)雜，兩岸地下水與地表水和江水聯(lián)系密切，地下水位隨枯、雨季節(jié)的交替變化而變化，江水的漲落和降雨量大小反應(yīng)靈敏，兩岸地下水位與江水位變化同步性較強(qiáng)。

2 地下水分布特征

表1為壩址兩岸鉆孔地下水分布情況，壩址區(qū)兩岸地下水分布形態(tài)極為低緩，地下水位隨著地形的上升未能出現(xiàn)明顯的抬高。壩址區(qū)兩岸地下水位線形態(tài)均平緩開闊，在低高程部位基本與江水持平，在高高程部位水位爬升緩慢，其分布高程低于正常蓄水位高程(519 m)。

表2為壩址區(qū)長觀孔地下水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)成果，觀測(cè)資料顯示：兩岸枯、雨季地下水位變化明顯，變幅一般15.9～34.4 m，且水位的變化基本與江水位的漲落保持一致；孔最低水位均高于江水位，也說明兩岸地下水均向丹倫江排泄；枯、雨期水位變幅分布高程均限于445.7～506.8 m，低于正常蓄水位高程519 m，說明在勘探控制范圍內(nèi)兩岸無明顯高于正常蓄水位的地下水分布。

表1 壩址主要鉆孔地下水分布

表2 壩址鉆孔地下水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)

綜合表1及表2成果分析表明：壩址區(qū)兩岸地下水位均高于江水位，江面是整個(gè)壩段區(qū)地下水的最低匯水基面，兩岸地下水均補(bǔ)給江水；地下水與江水位的高差較小，ΔH≈1～16 m(未出現(xiàn)負(fù)值)，相應(yīng)的水力坡降位于1%～10%。壩址區(qū)地下水位的變化沿河谷兩岸爬升緩慢，地下水位低平。

3 巖體透水性

壩址區(qū)雖多為鈣質(zhì)砂巖及巖屑角礫巖，但砂巖和巖屑角礫巖中的碳酸鹽成分含量極高，屬可溶巖，巖溶作用明顯。壩址區(qū)巖體透水性與巖性、巖溶程度及巖體風(fēng)化聯(lián)系密切。

圖2～6為壩址區(qū)主要鉆孔風(fēng)化、線巖溶率及透水性對(duì)比關(guān)系圖，由此成果可以看出：

(1)巖屑角礫巖及紫紅色砂巖的線巖溶率較發(fā)育，左岸弱于右岸。左岸的弱風(fēng)化巖體(弱下)線巖溶率為0～10.3%，微新巖體為5.2%～6.9%；右岸線巖溶率弱風(fēng)化巖體為37.7%～40.6%，微新巖體0.5%～7.5%；河床部位基巖基本未發(fā)生巖溶作用，線巖溶率近于0；

(2)巖體透水率隨著巖體風(fēng)化減弱和深度加深呈逐漸變小的趨勢(shì)，弱風(fēng)化巖體屬中等透水，微新巖體多為弱透水。

根據(jù)壩址區(qū)勘探資料分析，壩址區(qū)相對(duì)不透水頂板(q≤3 Lu)分布較深。壩址區(qū)左岸埋深一般70～120 m，右岸埋深一般65～100 m，河床部位埋深一般45～100 m，且向兩岸高處相對(duì)隔水層頂板抬升較明顯。

圖2 ZK141風(fēng)化、巖溶率及透水性對(duì)比關(guān)系

圖3 ZK151風(fēng)化、巖溶率及透水性對(duì)比關(guān)系

圖4 ZK152風(fēng)化、巖溶率及透水性對(duì)比關(guān)系

圖6 ZK149(河中孔)風(fēng)化、巖溶率及透水性對(duì)比關(guān)系

4 壩段區(qū)地下水分布低緩原因分析

電站壩址區(qū)水位低緩的主要原因如下：

(1)河谷主要為橫向谷，巖層走向與河流方向垂直，沿層面和層間構(gòu)造破碎帶徑流較暢通，使壩區(qū)地下水呈現(xiàn)NEE向或近EW向快速向丹倫江排泄。

(2)壩段區(qū)河谷兩岸的高聳山脊形成的地表水和地下水分水嶺距離河谷較近，山脊外測(cè)均發(fā)育有較大規(guī)模的槽谷，地下水匯集后，分別向東西兩側(cè)運(yùn)移。同時(shí)，兩岸近河谷的高聳山脊形成的地表分水嶺造成區(qū)內(nèi)接受大氣降水補(bǔ)給的范圍極為有限，補(bǔ)給河谷的地下水量大為減弱；此外，由于兩岸坡地形陡峻，大氣降水大多呈表流匯入丹淪江，而滲入地下補(bǔ)給地下水的量較少。

(3)從地層巖性分布來看，整個(gè)壩段區(qū)及其外圍地區(qū)均為碳酸鹽巖分布，如圖7所示(P1s1及P1s4地層)，喀斯特溶蝕作用導(dǎo)致地下水運(yùn)移順暢，地表水的補(bǔ)給遠(yuǎn)不能滿足地下水向丹倫江的排泄。

(4)從構(gòu)造條件來看，壩區(qū)區(qū)域性斷裂構(gòu)造發(fā)育，見圖7所示，受NE向的區(qū)域構(gòu)造斷裂帶夾持，加之F1和F2斷層及其中間泥質(zhì)粉砂巖阻隔的作用，壩段內(nèi)水文地質(zhì)單元邊界清晰，區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)排關(guān)系受明顯制約，壩址區(qū)右岸高高程處的地下水受泥質(zhì)粉砂巖條帶的阻隔，不能補(bǔ)給中低高程部位的地下水，使壩址區(qū)右岸坡部位的地下水排泄量大于補(bǔ)給量。

圖7 工程區(qū)構(gòu)造綱要簡(jiǎn)圖

5 滲漏及其防滲分析

壩址區(qū)雖多為鈣質(zhì)砂巖及巖屑角礫巖，但砂巖和巖屑角礫巖中的碳酸鹽成分含量較高，屬可溶巖，巖溶作用明顯, 右岸壩基尚分布有碳酸鹽巖，因此電站可能存在壩基滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)河床壩基和右岸壩肩部位，對(duì)大壩帷幕深度進(jìn)行了敏感性分析(見表3)。

由數(shù)據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果可以看出，隨著壩基防滲帷幕深度的增加，帷幕有效地阻止了水庫的滲漏。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)作出曲線(見圖8)，隨著防滲帷幕深度的增加，上游滲漏量的變化呈雙曲線型。上游滲漏量在帷幕深度小于40 m時(shí)下降幅度大，在壩基帷幕深度40 m以后仍然持續(xù)下降，但幅度逐漸變小。滲流量在帷幕深度小于40 m時(shí)，下降幅度大；帷幕深度大于40 m后，滲流量下降幅度變緩。因此可以判定其3 Lu線在40 m附近，這與地質(zhì)剖面中的相對(duì)隔水層也是一致的，帷幕到超過該層后防滲效果變小。因此壩基帷幕深度45～50 m為宜。

表3 壩基帷幕深度敏感性分析

圖8 上游滲漏量與壩基帷幕深度關(guān)系曲線

由數(shù)據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果可以看出，隨著右岸防滲帷幕的長度增大，由于增大了地下水的徑流路徑，滲漏量不斷減小，同時(shí)防滲帷幕下游處的地下水位也在降低。從圖9可以看到，右岸防滲帷幕長度與上游滲漏量變化關(guān)系曲線基本上呈雙曲線型。當(dāng)防滲帷幕長度大于240 m時(shí)帷幕作用開始變得不明顯。這是由于越往右岸山體深層巖體滲透性越小，甚至與灌漿帷幕的系數(shù)相近。由此推測(cè)右岸3 Lu分界線位置在山體內(nèi)240 m附近，該分界線大致與山體表面平行，越往山體深入它的高程越高，因此在100～240 m之間大于3 Lu的地下水徑流路徑區(qū)域已經(jīng)相對(duì)較小。右岸山體地下水位也有同樣的規(guī)律，帷幕從0～200 m逐漸增長時(shí)，水位逐漸降低，但降低幅度隨帷幕增長而減少。當(dāng)帷幕到達(dá)210 m時(shí)水位已接近最低點(diǎn)。綜上所述，右岸帷幕長度宜取220 m左右。

綜合圖8和圖9中可以看出：當(dāng)壩基的防滲深度做到40 m，右岸的防滲帷幕做到300 m(數(shù)據(jù)模擬分析僅需要做到220 m)，壩基和右岸壩肩的滲透量為3 740.2 m3/d，即0.043 m3/s，對(duì)于年平均流量1 950 m3/s來說，其對(duì)水庫影響是十分有限的；即使壩基不做防滲處理，右岸的防滲帷幕長度只做到150 m，壩基和右岸的滲透量也只有4 138.2 m3/d，對(duì)水庫水位的影響也十分有限，不會(huì)造成管涌、流土等形式的滲透變形破壞，也不會(huì)對(duì)大壩的安全造成破壞。對(duì)于該區(qū)域的滲漏問題，通過常規(guī)的工程手段(如帷幕灌漿)是完全可以控制的。右?guī)r帷幕長度敏感性分析見表4。

圖9 上游滲漏量與右岸帷幕長度關(guān)系曲線

工況y5y6y7y8y9y10y11帷幕長度/m150180210240260280300滲漏量/m3·d-11862186118611861186118611861平均水位/m512512512512512512512

6 壩基防滲建議

根據(jù)壩址壩基巖體水文地質(zhì)條件，結(jié)合大壩壅水高度，建議壩基防滲標(biāo)準(zhǔn)以相對(duì)隔水層(透水率q≤3 Lu)進(jìn)行控制，帷幕灌漿的深度應(yīng)深入3 Lu線以下5～10 m。因此，通過壩軸線剖面資料，結(jié)合壩基建基面開挖情況，及相關(guān)的數(shù)據(jù)模擬分析，不同部位具體控制要求如下：

(1)河床壩基帷幕深度40～45 m，局部因裂隙連通性強(qiáng)、防滲深度大的地帶，應(yīng)加深處理；

(2)左岸壩基帷幕深度鉛垂方向一般35～70 m，局部地段需加深處理。由于左岸地下水低平，壩肩防滲帷幕難以與正常蓄水位等高的地下水位相銜接。但3 Lu線分布形態(tài)較地下水位高，通過灌漿洞防滲帷幕可以與其銜接，同時(shí)考慮導(dǎo)流洞堵頭的設(shè)置和后期灌漿的要求，建議水平防滲處理深度向山里延伸120 m；

(3)右岸壩基帷幕深度鉛垂方向一般55～80 m，局部地段需加深處理。由于右岸地下水位同樣低緩，壩肩防滲帷幕難以與正常蓄水位等高的地下水位相銜接，但3 Lu線分布略高于地下水位線，通過灌漿洞可以與其連接，同時(shí)兼顧泄洪兼導(dǎo)流洞后對(duì)壩基抗?jié)B的要求，建議水平防滲處理深度向山里延伸200 m。

7 結(jié) 論

(1)壩址區(qū)地下水位分布低緩，在低高程部位略高于江水位，在高高程部位，地下水位爬升速度緩慢，勘探控制范圍內(nèi)兩岸無明顯高于正常蓄水位的地下水分布。

(2)壩址區(qū)巖體透水性與巖性、巖溶程度及巖體風(fēng)化聯(lián)系密切。巖屑角礫巖及鈣質(zhì)砂巖的線巖溶率較發(fā)育，且右岸強(qiáng)與左岸，河床部位基巖基本未發(fā)生巖溶作用；巖體透水率隨著巖體風(fēng)化減弱和深度加深呈逐漸變小的趨勢(shì)，弱風(fēng)化巖體屬中等透水，微新巖體多為弱透水。壩址區(qū)相對(duì)不透水頂板(q≤3 Lu)分布較深，且向兩岸高處相對(duì)隔水層頂板抬升較明顯。

(3)電站壩址區(qū)的地下水位在低高程部位較低緩的原因主要是受壩址區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造和地下水補(bǔ)排關(guān)系等因素的影響造成的。

(4)受巖性特征及地質(zhì)構(gòu)造的影響，壩址區(qū)鈣質(zhì)砂巖和巖屑角礫巖中的碳酸鹽成分含量較高，屬可溶巖，巖溶作用明顯, 右岸壩基尚分布有碳酸鹽巖，因此電站可能存在壩基滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)模擬計(jì)算表明滲漏量對(duì)水庫水位的影響也十分有限，不足平均流量的萬分之一；對(duì)于透水性較大、可能引起壩基與繞壩滲漏問題的地段，可以通過常規(guī)的帷幕灌漿手段進(jìn)行防滲處理。

(5)根據(jù)壩址壩基巖體水文地質(zhì)條件，結(jié)合大壩壅水高度，建議壩基防滲標(biāo)準(zhǔn)以相對(duì)隔水層(透水率q≤3 Lu)進(jìn)行控制，帷幕灌漿的深度應(yīng)深入3 Lu線以下5～10 m。

[1] 何樹明，曾曉波.緬甸滾弄水電站可行性研究報(bào)告(工程地質(zhì))[R].中國水電顧問集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2011.

[2] 何冠鴻,劉曉麗.緬甸滾弄水電站壩基滲流分析和滲控措施研究[D].清華大學(xué)水利水電工程系，2011.

[3] 王大純,張人權(quán).水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].地質(zhì)出版社，2006.

2016- 04- 22

曾曉波(1980-)，男，湖北安陸人，高級(jí)工程師，從事水電工程地質(zhì)勘察工作。

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