（水利工程专业论文）田湾河流域仁宗海水库电站坝基防渗墙施工技术.pdf

四川大学工程硕士学位论文 田湾河流域仁宗海水库电站坝基防渗墙施工技术 水利工程领域 研究生张邦全指导教师何江达唐剑虹 摘要 随着我国国民经济持续稳定的高速发展对电力需求的不断增加，近十年 来，以开发水能资源来满足各行业经济发展而兴建的水电工程越来越多，不仅 需要选择在地基条件良好的场地从事建设，而且有时也不得不在地质条件不良 的地基上进行修建。同时，随着水电工程规模的不断加大结构物的荷载日益增 大，对地基变形与防渗要求越来越严，地基己成为制约工程建设的主要因素， 因此，地基处理的重要地位也日益明显。在追求经济效率时，如何选择一种既 满足工程要求，又兼顾好生态环境和节约投资的处理方法，已经刻不容缓的呈 现在广大的工程建设者面前。 河床中的深厚覆盖层，由于具有低强度，高压缩性和弱透水性，作为坝基， 常常成为棘手的工程地质问题。在这种地基上建造工程。必须进行地基处理。 地基处理的目的就是采取适当的工程措施改善地基条件，使之满足变形、强度 和防渗要求，主要包括：改善剪切特性、压缩特性、透水特性、动力特性、特 殊土的不良地基特性等。 四jr i ：k 学工程硕士学位论文 仁宗海水库电站堆石坝坝址区地质条件十分复杂，坝基有深厚覆盖层，从 上自下共分七层。完全在软弱的淤泥质壤土层地基上修建大坝，在国内外还没 有先例。经过方案比较，仁宗海水库电站坝基淤泥质壤土采用振冲碎石桩法进 行处理，达到了提高地基承载力、减小大坝地基沉降量、提高坝体及地基的稳 定性、消除地基液化的目的；同时，为减小坝体渗透压力，降低渗透系数，减 少坝体渗透量，在坝体上游坡脚处设置了一道防渗墙。该防渗墙工程地处高海 拔地区，地层复杂，钻孔进尺大，工程量大，施工难度大，施工条件艰苦( 冬 季最低气温零下1 4 。c 以下) 。按照规定的工期要求，保质、保量地完成该工 程项目，为高海拔、冬季气温低的防渗墙施工提供了宝贵的经验。 本文针对田湾河仁宗海坝基处于深厚覆盖层这一地基特点，针对防渗墙施 工技术问题引起的工程地质条件复核、造孔设备选用、造孔工艺选择、造孔施 工、泥浆下混凝土浇筑、特殊情况处理、质量控制与检测等全过程进行了系统 设计和研究，并通过防渗墙现场实施效果，充分证明了田湾河仁宗海水库电站 的坝基防渗墙处理是符合客观实际的最好施工方法，也是水工建筑物软基防渗 处理的又一成功典范。工程中造孔工艺选择和工程地质条件复核、墙体质量控 制与监测为全面评价防渗墙施工效果提供了翔实的资料，丰富了防渗墙施工技 术，也为类似工程提供了有益的借鉴。 关键词：仁宗海水库电站坝基防渗墙施工技术 四川大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h en a t i o n a le c o n o m yi nah i g hs p e e dd e v e l o p m e n tc o n t i n u o u s l y ， t h e d e m a n d i n g t oe l e c t r i c p o w e ri n c r e a s e s ，t h eh y d r o p o w e rc o n s t r u c t i o n e n g i n e e r i n g st h a te x p l o r eh y d r o r e s o l j r c e st os a r i s f ye c o n o m yd e v e l o p m e n t a r e m o t ea n dm o r ei nt h ed e c a d ec o m e t h e ya r ee n g a g e di nc o n s t r u c t i o nn o to n l ya tt h e g o o df o u n d a t i o nc o n d i t i o n , a n ds o m e t i m e sa l s o a tt h eb a dg e o l o g yc o n d i t i o n f o u n d a t i o n m o r e o v e r , t h el o a d i n go fc o n s t r u c t i o n se n l a r g e i n c r e a s i n g l yb y d i m e n s i o n sa g g r a n d i z e so fh y d r o - p o w e r p r o j e c t s ，t h er e q u e s tt ot h et r a n s f o r m i n ga n d t h ea n t i - s w e e p i n go ft h ef o u n d a t i o na r em o r ea n dm o r es t r i c t t h ef o u n d a t i o nh a s b e c o m et h em a i nf a c t o rt h a ti n f l u e n c ec o n s t r u c t i o n e n g i n e e r i n g s ，t h e r e f o r e ，t h e i m p o r t a n c eo ff o u n d a t i o np r o c e s s i n gi sa l s oi n c r e a s i n 【百yo b v i o u s w h i l ew ep u r s u e e c o n o m i ce f f i c i e n c y ，h o wt oc h o o s eak i n do fp r o c e s s i n gm e t h o dt h a ts a t i s f yt h e e n g i n e e r i n g sr e q u e s t ，c a r ea b o u te n t i r e m e n ti nt h em e a n t i m e ，a n dt h e ne c o n o m i z eo f t h ei n v e s t m e n t ，i sav e r yi m p o r t a n tp r o b l e mt h a th a v ea l r e a d yp r e s e n t e di nf r o n to f e n g i n e e r i n gc o n s t r u c t o ru r g e n t l y b e c a u s eo fh a v i n gl o ws t r e n g t h , h i g hc o m p r e s s i b i l i t ya n dw e a k p e n e t r a t i o n , t h e d e e po v e r l a yi nt h ef i v e rb e d ，b et h ed a mf o u n d a t i o n ，u s u a l l yb e c o m i n gat o u g h e n g i n e e r i n gg e o l o g yp r o b l e m i ti sn e c e s s a r yt oc a r r yo na f o u n d a t i o np r o c e s s i n gi f w ew a n tt oc o n s t r u c te n g i n e c f i n g so nt h i sk i n do ff o u n d a t i o n t h ep u r p o s eo ft h e f o u n d a t i o np r o c e s s i n gi st oa d o p ts o m ea p p r o p r i a t ee n g i n e e r i n gm e a s u r e st oi m p r o v e t h ef o u n d a t i o nc o n d i t i o n s ，t os a t i s f yt h ed e m a n do fd e f o r m ，s t r e n g t h , a n da n t i p e n e t r a t e m a i n l yi n c l u d e ：t h em e a s u r e st oi m p r o v es h e a r st os l i c e ，c o m p r e s s i o n , p e n e t r a t i o n ， m o t i v a t i o na n db a df o u n d a t i o no fs o m es p e c i a ls o i l t h eg e o l o g yc o n d i t i o no f t h er e n z h o n g h a is t o n ed a mi sv e r yc o m p l i c a t e d ，t h e r e h a v ev e r yd e e pl a y e ro f o v e r l a y ，f r o mt h et o p t ot h eb o t t o mt h e r ea r es e v e n l a y e r s i no u rc o u n t r ya n da b r o a d ，n o n eh a v ep r e c e d e n tt h a tb u i d i n ga d a mo nt h e f o u n d a t i o no fw e a ks i l tq u a l i t ys o i ll a y e r b yc o n t r a s t ，t h em e t h o do ft h ef o u n d a t i o n d i s p o s i n gi sf l a p i n ga n de r n s h i n g t h r o u g ht h em e t h o d ，t h ee a r r i n gc a p a c i t yo ft h e f o u n d a t i o nh a v eb e e ne n h a n c e e d ，t h es i n k i n go ft h ef o u n d a t i o nh a v eb e e nd e c l i n e d a n dt h es t a b i l i t yo ft h ed a ma n dt h ef o u n d a t i o nh a v eb e e ni m p r o v e d ，b e s i d e st h e l i q u e f a c t i oo ft h ef o u n d a t i o nh a v eb e e na v o i d e d i nt h em e a n t i m e i n0 r d e rt o i i i 四川大学工程硕士学位论文 d e c l i n i n gt h ep e r m e a t ep r e s s u r e ，r e d u c i n gt h ep e r m e a t ec o e f f i c i e n ta n dd e c r e a s i n g p e r m e a t eq u a n t i t y , t h ee n g i n e e r i n gh a v eb u i l tap e r m e a t i n gd e f e n d i n gw a l la tt h ef e e t o ft h eu p r i v e ro ft h ed a m n l i sp r o j e c ti sa tt h eh i g he l e v a t i o nr e g i o n t h es t r a t u mi s v e r yc o m p l i c a t e d ，s ot h ec o n s t r u c t i o nc o n d i t i o ni sv e r yl a b o r i o u s ( t h el o w e s ta i r t e m p e r a t u r ei sb e l o wz e r o1 4t h e oci nt h ew i n t e r ) t l l i sp r o j e c tp r o v i d e p r e c i o u s e x p e r i e n c e f o rt h ec o n s t r u c t i o n o f p e r m e a t i n gd e f e n d i n g w a l la tt h e h i 曲 e l e v a t i o nr e g i o nw i t hc o l dw e a t h e r a i m i n ga tt h ec h a r a c t e r i s t i ct h a tt h ef o u n d a t i o n o fr e n z o n gh y d r o - p o w e r s t a t i o ni sp l a c e di nd e e po v e r l a y ，t h ep a p e rd e s i g n e sa n dr e s e a r c h e ss y s t e m i c i l l yt h e w h o l ep r o c e s s e so fr e c h e c k i n ge n g i n e e r i n gg e o l o g yc o n d i t i o n s ，c h o o s i n gt h eb o r e e q u i p m e n t sa n dt e c h n i q u e s ，b o r i n g ，s p r i n k l i n gc o n c r e t ei nt h em u d ，p r o c e s s i n g s p e c i a lc i r c u m s t a n c e c o n t r o l l i n ga n de x a m i n i n gt h eq u a l i t y a n db a s e do nt h ee f f e c t s o ft h e a n t i - p e n e t r a t ew a l l ，i t i sw e l lp r o v e dt h a tt h ea n t i p e n e t r a t ew a l li nt h e f o u n d a t i o no ft h es t a t i o ni sm a t c ho fb e s tm e a s u r e a n di sa l s oas u c c e s s f u lm o d e lo f a n t i p e n e t r a t i n gi ns o f t f o u n d a t i o n i t p r o v i d e st h o r o u g h l yd a t af o rt h eo v e r a l l e v a l u a t i o nt h eb u i l d i n go fa n t i p e n e t r a t ew a l l ，e n r i c h e st h et e c h n i q u eo f b u i l d i n gt h e w a l la n dp r o v i d e ss o m eu s eo f r e f e r e n c et os i m i l a rp r o j e c t s k e yw o r d s ：r e n z h o n g h a ir e s e r v o i rp o w e rs t a t i o n ，d a m f o u n d a t i o n ， d e f e n d i n gs e e p a g ew a l l ，t e c h n o l o g yo fc o n s t r u c t i o n 四川大学工程硕士学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下取得的，论文成 果归四川大学所有，特此声明。 学生签名： 导师签名： 9 8 射f 幺 簖i 心 四川大学工程硕士学位论文 1 综述 混凝土防渗墙是在松散透水地基或土石坝( 堰) 坝体中连续造孔成槽，以 泥浆固壁，在泥浆下浇筑混凝土而建成的，起到防渗作用的地下连续墙，是保 证坝基稳定和大坝安全的工程措施“。 1 1 防渗墙施工技术的现状和发展趋势 混凝土防渗墙施工技术起源于欧州( 1 ) ，它是综合了水井、石油钻井以及 水下浇筑混凝土技术而发展起来的。1 9 5 0 年前后开始在意大利和法国等国应用， 这是因为意大利米兰和法国巴黎的地基是由砂砾石和石灰岩构成的，不便采用 打桩或打板桩的办法进行基础施工。我国于1 9 5 8 年引进防渗墙施工技术，建成 了山东月子口水库联锁桩型混凝土防渗墙。4 0 多年来，我国水利水电混凝土防 渗墙技术，从无到有逐渐发展直至目前，已可在各种特殊地层中。修建各种用 途的混凝土防渗墙，其中有的防渗墙最大深度可接近i o o m 。依靠自己的力量， 己完成葛洲坝大江围堰混凝土防渗墙、小浪底主坝混凝土防渗墙以及三峡二期 围堰防渗墙等大型防渗墙工程。目前正在施工的黄壁庄水库副坝混凝土防渗墙 工程量可达3 0 0 0 0 0 m 2 。据不完全统计，截至1 9 9 8 年我国不同用途的各种混凝土 防渗墙已超过1 0 0 余座，截水面积达1 0 0 万酽。表卜1 中列举了我国一些混凝 土防渗墙施工实例( 1 ) 。通过大量工程实践，积累了丰富的经验，不论在科学 研究、勘测设计和施工技术现代化管理方面都获得了很大进展。 1 2 防渗墙的造孔方法 造孔是防渗墙施工的主要工序，占总工期一半左右( 2 ) ，它受地层等自然 条件影响最大，是影响工期、工程成本，甚至决定工程成败的重要因素。防渗 墙施工技术的进步主要体现在造孔水平上。防渗墙施工的风险和潜力也主要取 决于造孔的成效。目前，造孔机具及造孔方法主要有以下几种： 簧嚣一 垂要 强旧5 晶，、 删稍。 嬖3 7o a o o o d 一 斗 骺，、 嚼辩。 薹3 器趔 套熊 辫 螋翅 悼 台嗵畲悼l 台噬 叫 柑 增博 薰藿博群聋 悬 熙悼，麟赠刊恒 悬 钿鹾悼籍摆最 念 g 博 硷 窭“ 蚶 鹭 蜀 爨3 副 墨野 蓁莲- h 驾器 茎蕈 k 嘲 掣 辫野 雾墓 羁 碡刊刊苗 龟 砸 星耍 三 ? n2 ? 一土n ，2 ，鼍 2 叫 一d 寸。 一“志爱高累 n 鏊蟊 受墨 当一2 一 o 一系墨 爱2 蠹= _ 一 r _ 2 一 螂咂 稍，蹬霜长鲻似校 删目帽窟侧列 谣疑宫 掮 ：+ 框皿 掣 榧枉 半 捌舞 怔1 n 暑1 h 皿1 k 球庭 目司宣 扭哺蚓器哑疟册 器皿 骥簿 * 驿葚避晷 脚圈 脚野襞叫罂 ；| | | 霜 i 翼 l h 州 俩 墼叫k幕暴匝 警呵 hw 静世忡甍+ h粼督粤 册磐 镩i1 揎 墨 嚣坚晔h舆蠛鉴州爨噬副k求箍圃罐 1 r 僻 议嵇趔扑一誉罂h素k=哥 四川大学工程硕士学位论文 ( 1 ) 冲击式钻机造孔成槽：冲击式钻机包括钢丝绳冲击钻、冲击式正循环钻 机、冲击式反循环钻机。钢丝绳冲击式钻机不仅适用于一般的软弱地层，亦可 用于砾石、卵石、漂石和基岩，在我国水利水电工程施工中被广泛采用。冲击 式反循环钻机能适用软土、砂砾石、漂卵石和基岩等多种地层。冲击式正循环 我国用得很少，但国外有所应用。目前，国内许多防渗墙工程仍采用钢丝绳冲 击钻和钻劈法造孔成槽，成槽时先钻进主孔，后劈打副孔，劈打副孔时在相邻 的两个主孔中放置接砂斗出渣。 ( 2 ) 回转式钻机钻孔成槽：回转式钻机包括正循环钻机和反循环钻机，主要 利用钻具的重量及钻头的回转切削、破碎作用造孔。主要用于卵石、漂石和基 岩的钻进。 ( 3 ) 抓斗挖槽机造孔成槽：抓斗挖槽机是建造防渗墙的一种先进设备，主要 包括液压抓斗和机械抓斗，可以采用单抓成槽和多抓成槽。适用的地层比较广 泛，除大块的漂卵石、基岩以外，一般的覆盖层均可使用。 ( 4 ) 多头钻造孔成槽：多头钻机是由5 7 个独立旋转的钻头组合装配在一 起的大型钻机。根据土质可选用不同数目和型式的钻头，主要适用于均质软土 的旄工，挖槽速度快，缺点是不适于卵石、漂右地层，更不能用于钻进基岩。 多头钻的钻孔成槽方法一般是先钻三个主孔( 每孔长2 5 m ) ，然后再钻两个副孔 ( 长0 5 m ) ，最后形成一个长8 5 m 的槽孔。 ( 5 ) 液压铣槽机造孔成槽：液压铣槽机是一种最先进的钻孔成槽机械，适用 于均质的地层，包括比较坚硬的岩层。用液压铣槽机施工一般是先铣两个主孔， 再铣中间的副孔形成一期槽孔。 1 3 发展趋势 随着我国国民经济的发展，我国水资源的利用将得到进一步的开发，对混 凝土防渗墙工程施工技术也将提出更高更新的要求。因此应针对水利水电工程 地基的关键技术，如新装备、新工艺、新材料、自动控制等展开协同攻关，总 结经验，找出规律，加强理论研究，以促进防渗墙技术的不断全面发展，迎接 我国水利水电建设的新高潮。 四川大学工程硕士学位论文 2 工程概况 2 1 工程位置 田湾河是大渡河中游右岸的一级支流，发源于贡嘎山西侧康定县境内，经 石棉县草科乡、田湾乡在两河口汇入大渡河。仁宗海水库电站位于四川省甘孜 州康定县和雅安市石棉县交界处，为引水式龙头水库电站。本工程采用混合式 开发，即在田湾河干流上建坝，将干流上的水量引至田湾河最大支流环河 上的仁宗海水库，汇合干、支流水量发电。“引田入环”输水闸坝位于田湾河干 流的然洼沟口上游约2 6 k m 处；坝址位于仁宗海口上游约4 0 0 m 处；厂址位于环 河与田湾河汇合口下游约7 0o l i l 处。 水库坝址距康定县城9 8 k m ，距石棉县城8 0 k m ，电站厂址距成昆铁路乌斯河 车站约1 7 6 k m ，乌斯河车站至石棉县城约9 6 k m 。厂、坝问连接公路长约1 3 k m ， 厂址至河口( 田湾河与大渡河汇合口) 约3 0 k m ，有公路与3 1 8 国道相通，河口 至石棉县城约5 0 k m ，对外交通较方便，是四川省水电工程重点建设项目，对振 兴当地经济发展起着非常重要的作用。仁宗海水库电站地理位置见下图。 4 四川大学工程硕士学位论文 2 2 主要技术经济指标 水库水源由本区径流供给，本区控制流域面积3 3 2 k 一，多年平均年径流量 1 3 2 0 0 万一，1 0 0 年一遇设计最大洪峰流量1 8 2 m s ，1 0 0 0 年一遇加1 0 安全保 证值校核最大洪峰流量3 1 1 m 3 s ，多年平均悬移质年输沙量1 4 9 万t 年。 该地区在大地构造部位上处于川滇南北向构造带与甘孜褶断带交汇部位， 区域地质构造背景复杂。该地区地震基本烈度为度，构造稳定性属基本稳定 区，建筑物设防烈度度，相应基岩水平加速度为1 3 5 c m s 2 。 水库正常蓄水位2 9 3 0 o o m ，设计洪水位百年一遇为2 9 3 0 0 9 m ( p = 1 ) ，校 核洪水位百年一遇加1 0 的安全保障为2 9 3 0 9 4 m ( p = o 1 + 1 0 ) ，死水位 2 8 8 6 o o m 。其首要任务是发电，仁宗海水库电站工程规模为大( 2 ) 型，工程等 别为i i 等，堆石坝建筑物级别为1 级，其他次要及临时建筑物级别为3 级。 仁宗海水库电站装机2 台，单机容量1 2 0 g ，总装机容量2 4 0 孵。仁宗海水 库电站主要由坝区枢纽、引水系统、厂区枢纽及“引田入环”输水枢纽等建筑 物组成。 仁宗海水库电站大坝为混凝土防渗墙与复合土工膜结合防渗的堆石坝型， 水库总库容l ，1 2 亿3 ，调节库容9 1 0 0 万一，死库容1 0 9 0 0 万m ，坝顶高程 2 9 3 4 o o m ，最大坝高5 0 m ，坝项长度8 3 0 8 5 m ，坝顶宽度8 o o m ，坝体填筑约 3 5 0 万m 3 。坝顶高程2 9 3 4 o o m ，坝基防渗采用悬挂式混凝土防渗墙，最大墙深 约8 0 m ，墙厚1 o m 。 引水隧洞由电站进水口、引水隧洞、调压室和压力管道组成。 引水隧洞沿环河右岸布置，全长约7 4 k m 。隧洞开挖断面均为平底马蹄形， 断面尺寸为( 4 0 4 5 m ) ( 5 4 6 1 m ) ( 宽高) 。 调压室位于厂房后坡，为埋藏式布置，主要由交通洞、上室及竖井组成。 交通洞及上室为直墙圆拱型断面，开挖断面尺寸分别为6 6 m x 6 6 m ( 宽x 高) 和8 8 m 1 1 6 m ( 宽高) ，混凝土衬砌厚度分别为0 3 m 和0 8 m ，交通洞长约 1 1 2 m ，上室长7 7 m ：竖井开挖断面为直径9 2 m 的圆型断面，衬砌厚度1 o m ， 竖井开挖高度为1 l o 1 m 。 压力管道为埋管，主管长约1 2 2 9 m ，由3 个平段和2 个斜段组成，主管开挖 直径为4 8 m ，钢管回填混凝土厚度为o 6 m 。 四川大学工程硕士学位论文 地下厂房系统由主副厂房、主变室、母线洞、尾水洞、进厂交通洞、通风 洞、出线洞等组成。主、副厂房断面尺寸为7 6 8 4 r e x 2 1 6 m x 4 4 m ( 长x 宽高) ： 主变室断面尺寸为4 7 0 2 m 1 5 7 r e x l 3 7 4 m ( 长宽x 高) 。 “引田入环”输水工程包括首部建筑物和输水建筑物两大部分。首部枢纽 为底格栏栅坝，坝轴线长7 9 7 m ，最大坝高1 0 6 m 。输水隧洞布置于田湾河右岸， 长约8 8 6 5 9 7 m ，开挖断面尺寸4 4 m x 5 2 m ( 宽x 高) 。 大坝的主要工程特性见表2 1 ，大坝典型剖面见图2 1 。 图2 - 1坝体剖面图 6 四川大学工程硕士学位论文 表2 - 1仁宗海水库电站工程主要特性 项目单位数量 坝型混凝土防渗墙与复合土工膜结合堆石坝 坝项高程 m2 9 3 4 0 0 坝底高程 r n 2 8 7 8 0 0 最大坝高m 5 6 0 0 坝顶长 m8 3 0 8 5 坝顶宽 m8 0 0 最大坝底宽 n l2 4 0 0 0 上游平均坝坡 1 ：1 8 下游平均坝坡 1 ：1 8 5 防渗墙顶高程m 2 8 9 0 0 0 防渗墙底高程 m 2 8 0 5 0 0 防渗墙厚度 m1 0 0 正常蓄水位m 2 9 3 0 0 0 设计洪水位m 2 9 3 0 0 9 校核洪水位 m2 9 3 0 9 4 死水位 2 8 8 6 0 0 总库容 x 1 0 4 m 31 1 2 0 0 调节库容 1 0 4 m 3 9 1 0 0 死库容 1 0 4 r 一1 0 9 0 0 调节特性完全年调节 7 四川大学工程硕士学位论文 2 3 水文气象 田湾河流域属亚热带季风气候区，流域内由于地势高差悬殊，立体气候显 著。本流域易产生地形雨，夜间降雨较多。环河是田湾河最大的一级支流，集 水面积3 9 2 k 舻。其中有一天然海子一仁宗海，海口控制集水面积3 3 2 k m 2 。据宗 海气象站历年气象资料统计，极端最高气温3 1 o c ，极端最低气温- 1 2 。c 多年平 均气温1 月、2 月、1 2 月均在o c 以下。月降水量为1 0 4 - 一1 6 9 5 m m ，6 、7 、8 月降水日数在2 0 天以上，多年平均年降水量达8 0 0 舳。月平均风速0 1 m s ， 最大风速2 o l s 。 2 4 水文地质及工程地质条件 2 4 1 概述 ( 1 ) 区域地质及地震：仁宗海水库电站地处川西高原东南边缘，总体地势西 北高东南低。在大地构造部位上处于川滇南北向构造带与甘孜褶断带交汇部位， 区域地质构造背景复杂。工程场地地震基本烈度为度，构造稳定性属基本稳 定区 ( 2 ) 地形地貌：工程区地处高山峡谷区，河谷开阔呈“u ”型，河道顺直， 左岸山体浑厚，谷坡陡峻，地形较完整，高程3 0 5 0 m 以上一般为基岩，以下为 覆盖层，坡度约3 0 。右岸因干沟切割，山体较单薄，高程2 9 4 0 m 以上多为基 岩，坡度4 0 。左右，以下为覆盖层边坡，坡高2 0 4 0 m 左右，坡度3 0 。左右。 ( 3 ) 地层岩性：基岩为三叠系上统居里寺组第三五段( t 3 j 3 5 ) ，深灰色 薄中厚层巨厚层变质砂岩夹薄层板岩，变质砂岩单层厚度2 0 3 0 c m 到几米 不等，板岩单层厚度l 2 c m 到十几厘米。分布于两岸及谷底，出露厚度大于 5 0 0 m 。据隧洞区干沟等处的岩石室内试验，变质砂岩干密度一般为2 7 2 2 7 5 9 c m ，吸水率0 2 2 0 3 0 ，单轴湿抗压强度1 2 0 1 4 8 m p a ，弹性模量 e = 2 8 5 4 2 1 g p a ，为一种低吸水率、高强度、高弹模的岩石。第四系松散堆积 层：包括河床覆盖层及岸坡崩坡积层。 ( 4 ) 地质构造：工程区位于贡嘎山向斜核部，由多个褶皱组成，呈紧密尖棱 状，复向斜轴线呈弧形褶曲，从左岸下游沿n 3 0 。e 展布，往上游逐渐转为近e w 向。区内未见大断层，据平硐揭示，沿板岩夹层有层间挤压带顺层展布，厚度 8 四川大学工程硕士学位论文 一般2 1 5 c m ，以压碎岩、片状岩为主，局部充填石英脉，挤压紧密。 左岸地层产状变化大，自上游n w 陡倾n e 转向下游n e 陡倾n w ( s e ) 。除层 面裂隙外，主要发育有三组裂隙：近e w 陡倾n ，延伸3 l o m ，间距0 1 1 o m ： n o 。3 5 。m n e 么。7 0 。，延伸3 l o m ，间距一般0 2 o 6 m ：n 4 0 。 7 0 。e n w 么6 0 。7 0 。( 与岸坡近于平行) ，延伸3 l o m ，间距0 2 o 6 m 。 裂面多平直、较粗糙。 ( 5 ) 风化卸荷：变质砂岩抗风化能力强，风化作用主要沿板岩夹层及层间挤 压带进行，局部沿挤压带呈强风化夹层。两岸岩体卸荷强烈，据平硐揭示：左 岸弱风化、强卸荷水平深度7 7 m ，推测弱卸荷深度8 5 1 0 0 m ，右岸弱风化、强 卸荷水平深度4 6 6 4 m ，弱卸荷深度8 1 8 2 5 m 。 ( 6 ) 崩塌：坝区两岸谷坡陡峻，多有崩塌现象。特别是左岸，3 6 0 0 m 高程以 上冻融作用明显，山顶多呈“鳍脊”，时有小规模崩塌发生，崩塌物多堆积于两 岸缓坡及低洼地带。 ( 7 ) 干沟泥石流：干沟位于坝址右岸下游约8 0 0 m ，沟床顺直开阔，谷坡陡峻， 呈“u ”型，为典型的冰川沟谷，主沟长i 0 2 7 0 m ，平均坡度超过3 0 0 。沟口扇 形堆积体上，植被发育，林木茂盛，树枝木直径达5 0 8 0 c m ( 从年轮推测有上 百年历史) ，表明近百年来没有发生过大规模破坏性泥石流。沟床覆盖层深厚， 据钻探揭示，厚度达1 8 7 0 9 m 左右。主要为晚更新世( q 3 ) 冰缘泥石流堆积物， 浅表部为全新世( q 4 ) 冲洪积( 泥石流) 堆积。历史上该沟曾发生过多期泥石 流，晚更新世丰富的冰川、冰水堆积物是其主要物质来源；纵观各期泥石流， 其规模有逐渐减小且堆积位置有逐渐后退的趋势，预测再次发生大规模泥石流 的可能性不大。 24 2 水文地质条件 工程区地下水主要为第四系松散堆积孔隙潜水及基岩裂隙水。 松散堆积孔隙潜水：地下水由两侧补给河水，上游补给下游，并向下游 排泄。 基岩裂隙水：主要赋于两岸变质砂岩的风化卸荷裂隙介质中，两岸平硐 的风化卸荷带内沿裂隙多有滴水现象。由于河谷深切，河床纵坡较大，两岸谷 坡较陡，地下水排泄条件好，其水位埋藏较深。左岸据r z k l 2 孔长观资料，水 9 四川大学工程硕士学位论文 位高程约2 8 7 6 m ，低于同期湖水位2 8 8 5 m 约9 m 左右。往山体内部，随着深度增 加，透水性有减弱的趋势。基岩裂隙水受大气降水下渗和河水及地下水侧向补 给，总体上两岸向河谷、向下游排泄。 据水化学分析成果，湖水及沟水均为h c 0 3 一c a m g 及h c 0 3 一n a + k c a 型，矿 化度0 1 7 8 7 0 2 7 9 8 9 1 ，p h 值为7 1 7 5 。均属弱碱性低矿化度淡水，对混 凝土无腐蚀性。 2 4 3 大坝工程地质条件 仁宗海堆石坝坝基河床覆盖层最大深度1 4 8 m ，层次结构复杂，自下而上可 分为7 层： 第层：含孤、块碎石土，系冰川堆积( g l q 3 1 ) ，分布于河床底部，钻孔 揭示厚度3 9 7 4 m ( r z k 5 孔) 5 1 8 6 ( r z k 3 孔) ，顶面埋深8 0 1 2 m ( r z k 4 孔) 1 0 0 6 4 m ( r z k 6 孔) 。孤块碎石成分以变质砂岩为主，极少量板岩，偶见石英岩， 粒径比较分散，一般2 5 c m 和1 2 4 0 c m ，最大达1 m 以上，呈棱角次棱角状。 土为浅灰色粉质土，结构密实。 第层：块碎石土，系冰川冰水混合堆积( g l + f 9 1 0 3 2 ) ，分布于河床下部， 揭示厚度9 4 1 m ( r z k l 7 孔3 1 4 2 m ( r z k 2 孔) 3 7 5 2 m ( r z k 6 孔) ，顶面埋深 4 7 8 3 m ( r z k 4 孔) 6 6 8 0 m ( r z k 2 孔) ，块碎石成分同上，粒径一般3 6 c m 和 l o 2 0 c m ，呈棱角次棱角状，土为浅灰色粉土，结构较密实。 第层：青灰色粉质土，系堰塞湖积( i q 3 3 一1 ) ，仅分布于河床左岸中部， 呈透镜状展布，揭示厚度6 8 m ( r z k 2 孔) ，顶面高程2 8 2 5 7 2 m ，顶面深埋6 0m ， 结构较密实，透水性弱。 第层：含块碎砾石土，系横向干沟冰水堆积( f 9 1 q 3 3 2 ) ，分布于河床中 上部，揭示厚度1 8 4 5 m ( r z k l 孔) 5 3 8 8 m ( r z k 3 孔) ，项面埋深9 5 5 m ( r z k 3 孔) 5 1 1 8 m ( r z k 7 孔) 。其间随机分布的含块碎砾石砂层( 或中细砂层) 呈透 镜状展布，厚度十几厘米至一米左右不等，分布范围几米至十几米不等。块碎 砾石成分同层，粒径分散，一般3 6 c m 和l o 1 6 c m ，多呈次棱角状，土为浅 灰色粉质土，结构较密实。 第层：碎( 卵) 砾石砂层，系环河冲积和干沟冰水混合堆积( a l + f g l q 3 3 3 ) 仅分布于河床左岸中上部。揭示厚度为4 7 4 m ( r z k l 7 孔) 1 1 7 m ( r z k 8 孔) l o 四川大学工程硕士学位论文 2 0 5 8 m ( r z k 7 孔) ，顶面埋深8 2 0 m ( r z k 8 孔) 3 0 6 0 m ( r z k 7 孔) ，块碎( 卵) 砾石成分同( 1 ) 层，粒径2 5 c m 和8 1 2 c m ，呈次棱角次磨园状，砂为中细 砂，局部为砂质粉土，结构较密实。 碎( 卵) 砾石砂，为冲积和冰水堆积的混合堆积，结构不均一、稍密。钻 孔颗分资料表明，碎砾石占7 2 8 4 8 1 0 3 ，砂占1 2 5 7 2 0 8 3 ，粉粒2 3 2 3 ，5 8 ，粘粒2 4 9 3 1 0 ，( 5 i i 【i 占3 3 5 4 4 4 2 3 ，超重型动力触探成果： 承载力 r = 0 2 8 0 6 1 m p a ，e o = l s 4 4 m p a 。钻孔抽水及标准注水试验成果： k = 1 2 0 7 l o 一2 9 4 8 1 0 3 c m s ，属中等透水。 第层：含块碎( 卵) 砾石土，系干沟洪积物( p l q 4 1 ) ，分布于河床左岸 上部和右岸浅表，揭示厚度8 2 0 m ( r z k 8 孔) 3 0 6 0 m ( r z k 7 孔) ，顶面埋深o 9 2 m 。偶有砂层透镜体，其性状与层的透镜体类似。颗粒试验资料表明，以 碎( 卵) 砾石为主，约占7 1 7 ，块石占1 3 ，粘粒含量占l9 ，粉粒5 9 ， 小于5 唧占1 8 6 ，有效粒径2 3 m m ，平均粒径4 2 衄u ，不均匀系数c u = 2 6 9 6 ， 曲率系数c c = 1 0 1 ，属不良级配土，天然密度1 9 5 2 3 9g c m 3 ，平均2 2 5 9 c m ，孔隙比0 1 5 2 0 5 4 8 。 据钻孔触探成果：承载力 r = o 2 5 0 8 3 m p a 。室内试验：压缩系数 a v = o 0 0 9 6 0 2 5m p a l ，压缩模量e s = 5 1 7 3 1 3 2 2 2m p a ，c = o 0 5 5 0 0 9 5 m p a ，o = 3 1 5 。4 3 5 。 现场试验：比例极限0 3 3 o 3 5m p a ，e o = 1 2 7 1 5m p a ，c = o 0 2 5m p a ， o = 2 6 6 。 现场抽水及标准注水试验：k = 6 9 2 1 0 4 c m s ，试坑注水k = ( 3 3 6 7 ) 1 0 3 c m s 。室内试验：i = 1 4 8 x1 0 2 6 0 6 1 0 3 c m s ，l 临界坡降i k = o 1 6 0 2 8 ，破坏坡降i f = o 3 2 o ，8 1 ，破坏型式属管涌型。现场试验：k = 2 1 0 x 1 0 2 2 6 l o - 3 c m s ，临界坡降i k = o 1 9 0 6 4 ，破坏坡降i f = 1 0 1 3 ，破坏型式 属管涌型。 该层粗颗粒基本形成骨架，力学性能较好，局部具架空现象，考虑到试验 的代表性，结合土体结构特征、颗粒级配等，类比其它工程经验，建议承载力 r = 0 4 o 6 m p a 、变形模量e o = 3 0 5 0 m p a 、渗透系数k = 2 1 l o 一2 2 6 1 0 一3 c m s ，属中等强透水。 四川大学工程硕士学位论文 第层：灰色淤泥质壤土，系湖积( 1 q 4 2 ) ，仅分布于河床左岸顶部，揭示 厚度4 3 m ( r z k 2 孔) 9 2 m ( r z k l 孔) 1 5 6 m ( r z k 9 孔) ，坝线附近横河方 向宽1 6 0 2 4 0 m 。灰色淤泥质壤土含有机质，物性试验资料表明：以细砂及粉粒 为主，分别占3 8 6 2 、4 1 1 6 ，粘粒含量占1 5 6 ，表明级配基本连续，天然 密度1 8 9 c m 3 ，孔隙比0 6 9 6 1 4 5 3 ，天然含水量2 4 6 5 1 5 ，塑限2 6 3 5 ， 液限4 0 2 3 ，塑性指数1 3 9 ，属高液限粉土，呈可塑软塑状。室内试验： e s = 4 2 8 8 9 4 m p a ，c = o 0 3 5 0 0 6 m p a ，中= 6 1 。1 0 8 。，k = ( 1 2 9 5 4 ) l o 一4 c m s ，表明其力学特性差，透水性弱。 坝基覆盖层的典型地质剖面，如图2 2 所示。 图2 - 2坝基覆盖层的典型地质剖面图 四川大学工程硕士学位论文 3 防渗墙工程设计方案及优化 3 1 坝型设计推荐方案 根据仁宗海水库电站可行性研究报告资料：仁宗海水库电站拟定碎石 土心墙堆石坝、复合土工膜堆石坝、钢筋混凝土面板堆石坝及沥青混凝土堆石 坝四种基本坝型进行比选。由于坝区覆盖层深厚，碎石土防渗料缺乏，坝体相 对较高，结合地形、地质条件与水工、施工等因素综合比较，选择碎石土心墙 + 复合土工膜防渗堆石坝为推荐坝型。在此方案中，碎石土心墙中心线位于坝 轴线上游7 9 m 处，项高程2 8 9 0 o o m ，顶宽1 5 o o m ，上、下游坡均为1 ：0 2 5 ，在 心墙上游面铺设一层复合土工膜，复合土工膜外设过渡层，复合土工膜通过坝 基与混凝土防渗墙连接。坝基防渗墙位于坝体上游坡脚位置。 3 2 坝型实施方案 根据仁宗海水库电站可行性研究报告资料：填筑坝体心墙的碎石士位 于距大坝坝址3 0 5 k m 的三国坪料场，该料场位于田湾河下游支沟大泥沟左岸山 坡上，有公路通至坡脚( 公路距料场尚有l k m ) ，料源为坡残积碎石土，碎石成 分以砂板岩为主。由于