沙坪大坝帷幕及地基渗漏观测的初步分析

1/7沙坪大坝帷幕及地基渗漏观测的初步分析一、概述夷陵区沙坪大坝是一座米高的浆砌石宽缝重力坝主要用于抬高水位发电该坝从一九七七年十月动工,八二年十月坝体竣工在施工中,八一年八月三日开始蓄水,由于泄洪严重影响厂房安全,八三年六月三十日决定库水位限制在166米以下运行直到挑流鼻坎改建工程验收合格后,于八六年九月,由地区四防指挥部下文通知才使沙坪大坝投入正常运行一九八七年三月,宜昌县水电勘察设计室和沙坪电站工管股就曾共同分析过八四年八七年的三年半的扬压力观测资料,指出扬压力折减系数有随时间增大的趋势,但并未发现排水孔流出的水中有挟带物的现象,到1988年3月,防汛检查时发现从有的排水孔流出的水中挟带红色、黑色、白色或混合色的物质。后来，沙坪一级站工管股一至把挟带物观测同扬压力、渗水量、温度一同进行。为了弄清挟带物的成分、来源，确定产生这一现象的原因和性质，论证对大坝是否有危害和危害程度的大小，提出处理意见，沙坪一级站曾组织有关专家调查研究了这一现象，初步认为从排水孔流出的水中挟带的红色和黑色物是从花岗岩基础的裂隙充物及风化物中析出来的。由于红色物中主要含FE2O3，所以呈棕红色。黑色物中含有较2/7多的MN，呈黑色。白色物来源于帷幕水泥石，主要成分是CO（OH）2呈白色粉状，该白色物沉积后，其表面层与空气中的CO2发生炭化反应，生成CACO3层，形成光滑坚硬的乳白色硬壳，产生这一现象的主要原因是由于高压渗水的长期作用之下，帷幕的薄弱部分首先受到水溶性侵蚀。当这些高压渗水流经花岗岩基础中裂缝，小断层时，将其中的填充物（红色和黑色物）溶蚀成胶状物悬浮在渗水中，然后随着渗水从排水孔中流出，同时，帷幕水泥石中的部分CA（OH）2溶解在渗水中也随渗水流出排水管。也就是说帷幕的薄弱部分和地基的破碎部分产生了管涌。当水位为156。5米时，总渗水量为0。62升/秒。依此数加大后初步估计年挟带物质数量在2。2吨以下。调查后认为，目前扬压力虽然升高，但远未达到坝体失稳的程度，渗水流量不很大，虽然有挟带物出现，但数量不多，还不致很快使帷幕发生严重破坏，也不至于使地基承载能力显著下降，更不会迅速形成较大的通道。一致认为沙坪大坝帷幕和地基的某些部位产生了以化学管涌为主的管涌现象，虽未达到危及坝体安全的严重程度，但对这些现象既不能认为危在旦夕，也绝不能掉以轻心。就提出过必须首先增加观测项目，健全观测制度，加强观测责任感，认真及时地整理观测资料，然后做出帷幕局部补强灌浆，地基浅层局部固结灌浆的设计和疏通排水管的设计。然后采取堵排结合、3/7先堵后排的施工方案。及早处理这一慢性隐患。但后来因为各种原因并未完成这项工作，也没有再认真分析过观测资料，我们现将近几年来的观测资料汇总分析，初步认为排水孔堵塞是造成扬压力上升主要因素，并有可能因此而直接产生局部管涌。二、对管涌现象的调查研究为了弄清上述问题，我们全面调查了64个排水孔的状态，查阅了有关地基地质、帷幕设计施工和竣工的资料，整理了扬压力观测资料、大坝渗水量观测资料、对挟带物和相应的基岩岩心进行了矿物成分的对比化验分析；采集三组渗水水样进行了水质分析和库水的对比分析，对发生的管涌现象有了较全面和深入的了解。但是，由于资料不完善或精度不高，对此进行定量分析工作还不能达到准确的程度，只能作出定量分析辅助定性分析，同时，限于见识和水平，分析不确切之处，有待今后改正。1、排水孔状况的调查资料在廊道的下游侧有一排排水孔，孔径110毫米，深10米，共64孔。采用技术人员直观调查和简单易测的方法，记录孔位、孔号、孔的通畅程度、孔内部水面深度、有无水流出及有无挟带物。将沉积在孔周围的挟带物的多少分成四级较多、一般、少、无。其它异常现象也在调查之列。将获得的资料绘总如下。4/7在64个排水孔中有3个孔（7号、12号、15号）被人为堵塞，堵塞物是砂、石碴、水泥块，占总孔数的4。69；另有14个孔（22号、23号、25号、26号、28号、42号、43号、46号、52号、54号、55号、57号、58号、59号）被挟带物堵塞，占总孔数的21。88；有7个孔的水位低于孔口高程，即26号、28号、29号、31号、32号、34号、35号孔内水位低于孔口30。5米，占10。94；40号、52号孔渗水量最大，64中有41个孔有明显的挟带物溢出，其中挟带物较多的有23号（红）、27号（红）、33号（红）、36号（红）、37号（红）5个孔，占7。80；挟带物数量一般的有8号（黑白）、9号（黑白）、11号（白）、13号（黑白）、16号（白黑）、17号（红）18号（红）、19号（红）、20号（红）、22号（红）、24号（红）、26号（红）、27号（红）、28号（红）、29号（红）、31号（红）、32号（红）、34号（红）、35号（黑）、40号（红）、41号（黑）、42号（红）、43号（白）、44号（红黑）、45号（红黑）、46号（红黑）、47号（红）、48号（黑）、49号（红黑）、50号（白黑）、52号（灰白）、54号（黑）、55号（黑）、58号（黑）、59号（黑）共35孔，占54。69；挟带物少的只有24号孔，占1。56。另外挟带物为CACO3的有两孔，占3。12。有挟带物流出的孔比较普遍，大多分布在右岸，左岸挟带物分布比较均匀，较多的位于110。105/7130。15米高程内。地基地质及处理情况沙坪大坝河床部分的坝基曾做过较详细的地质勘探工作。现存有地质素描图（110米以下），该图是由原330设计院的地质工程师绘制的，110米以上两岸坡没做地质勘探，但测绘有两张地质草图。地施工中，按设计要求开挖至弱风化层后，请有关地质工程师在现场鉴定（主要是凭经验和用洛阳锤敲击等方法）确认后，再回填基础砼层。坝基属震旦系下微斜似斑状花岗岩。河床岩石段新鲜，湿抗压强度在1500KG/CM2以上。局部有弱风化岩石，岩性稍松疏。湿抗压强度也在900KG/CM2以上，河床岩面无大断裂。节理密合。仅有5条小左旋断层，基本上顺水流方向。陡倾角。摩绫带宽在数厘米，部分已成炭化物质。三组节理多显陡倾角。节理近地表张开。被砂土和淤泥充填，可探深在1米以上。坝基左右岸山坡风化较严重，尤其是左岸。在右岸山坡上出漏的小断层有2条，近水流方向，陡倾角。其中一条从容不迫110高程到120米高程。另一条从110米到130米。它们相交于120米高程。左岸也出现有一长顺水流方向的小断层，从113米到130米高程（参见附图1）。断层中充填，红色类似粘土的物质。左岸裂隙较发育，也分三组，基本上以不同角度与水流方向趋于同方向。陡倾角。6/7设计要求溢流坝段的基础开挖到新鲜岩层对帷幕段和下游局部破碎带动进行浅孔固结灌浆在非溢流坝段，只要求开挖到弱风化层，局部破碎带做深挖回填砼塞或增加锚固钢筋，地基与砼摩擦系数取值由0。7降至0。65。施工中均按以上要求执行了，并且对位于左岸的6坝段还作了增稳措施（在下游加了抗滑体等）。2、灌浆帷幕设计与施工简述帷幕设计为单排孔，孔位于廊道上游面以下0。5米，孔距3米，孔深达到相对不透水层以下5米，相对不透水层以W为标准，因左坝肩地基风化比较严重，裂隙较发育，故在左坝肩另挖有一处灌浆廊道，布置双排灌浆孔，以便形成水泥石刺墙伸入左坝肩，并将帷幕深度改为1倍坝前水头并不小于15米的标准来控制。灌浆分三序进行，灌浆压力按有压重情况计算。帷幕施工由指挥部下辖施工队完成，共造孔76个，总进尺1803。19米，水泥注入量40。594吨。灌浆帷幕施工是水库蓄水情况下进行的在廊道内灌了二序孔之后，打排水孔和测压孔，施工队于八五年四月撤出廊道，从坝顶开孔继续延长帷幕，同时观测廊道内扬压力数值，当坝补强灌浆施工结束时，已是八五年九月，有了一年多的扬压力资料，说明扬压力达到了设计要求，廊道内渗水也很小，再加上施工工期拖及很长，耗人力物7/7力较多，当时决定暂时不进行廊道内第三序孔的施工，待以后若有问题再补灌。致使11号48号孔的实际孔距为6。0米，未完成设计指标。3、扬压力和渗流观测成果。现抽出九九年上半年开始观测扬压力至二OO三年上半年已获得四年半的资料进行分析（因这四年半的资料比较突出）