某水电站坝基处理方法

水电站坝基处理[摘要]索电站位于岩溶地区，工程地质和水文地质条件复杂。碾压混凝土坝高115.8m，设计建基面在弱风化带中部，局部软弱带采用固结灌浆提高其承载能力。防渗采用悬挂式帷幕，灌注稳定的水泥粉煤灰混合浆液，以物探技术测试坝基岩体的完整性，分析灌浆效果，为岩溶地区坝基处理做出了有益的探索。[关键词]岩溶灌浆排水声波检测索风营水电站工程概况索风营水电站是继乌江渡、东风、洪家渡等水电站之后，在乌江干流开发的又一“西电东送”电源点工程，地处黔中腹地负荷中心。位于黔西县、修文县交界的乌江中游六广河河段，上游35.5km接东风水电站，下游距乌江渡水电站74.9km。索风营水电站工程以发电为主，承担调峰、调频、事故备用等任务，兼有养殖、旅游等效益。电站装机容量600MW，保证出力166.9MW，年平均发电量20.11亿kWh；百年一遇设计洪水12500m3／s，千年一遇校核洪水16300m3／s；水库正常蓄水位837m，总库容2.012亿m3，为日调节水库。索风营水电站属II等大(2)型工程，主要建筑物大坝及泄洪系统、防渗帷幕、引水发电系统为2级建筑物。枢纽工程采用碾压混凝土重力坝、右岸地下厂房方案，最大坝高115．8m，坝顶全长164.58m，河床坝段设五孔单孔宽13m、堰顶高程为818.5m的开敞式溢流表孔，以“X”型宽尾墩+台阶坝面+消力池的组合方式消能；引水发电系统置于右岸地下，为三洞三机单元供水，引水隧洞直径9.9m；进水口采用岸塔式布置于大坝上游右岸，尾水出口位于消力池下游30m处；三条引水洞及尾水洞平均长度分别为193.36m和149.95m，地下厂房为135．5m×24m×58．405m(长×宽×高)，厂内安装3台单机容量200MW的混流式水轮发电机组，主变和GIS开关站均布置于地下，采用出线窑洞以220kV电压等级出线三回。2工程地质和岩溶水文地质条件坝址位于白马滩尾峡谷河段，长约800m，河谷呈基本对称的“U”形，谷宽50～70m，两岸陡壁，地形完整，无垭口。坝基为三叠系下统夜朗组玉龙山灰岩(Tly2)地层，坚硬完整，湿抗压强度45～60MPa，岩层走向横穿河谷倾向上游，倾角约30°。坝区构造不发育，仅有f2和f3二级结构面，河床无顺河向断裂发育。f2断层于坝踵穿过，坝基发育有fj2、fj3、fj4、fj5、fj6等多条层间错动带。坝趾处岩体揉皱强烈，Tly2-1-3岩体较破碎。坝区岩体构造裂隙发育，主要有三组：①NEl0～30°，SE∠60～85°，间距1～2m，连通率60％～70％，压性、充填方解石；②NE70～90°，NW∠70～80°，间距2～3m，连通率30％～50％，，张性、充填方解石、黏土；③NW20～30°，NE∠70～80°，间距2～3m，连通率30％，剪性，充填方解石。坝基岩体物理力学参数见表1。表1坝基岩体力参数表Ma岩构岩构灰质层薄岩坝基开挖至730m高程，对基础岩体进行了声波(VP)物探检测，统计结果见表2。表2坝基岩体波速Vp、动弹Ed检测统计表岩性Vp（m/s）Ed（×104MPaa）爆破影响深度（m）T1y2-33300～477001.49～8..000.6～2.00T1y2-24300～500901.34～7..780.6～1.88T1y2-33500～455000.93～7..601.0～2.66工程区可溶岩广布。经查，库首左岸有集中渗漏和绕坝渗漏条件；坝基深部无集中岩溶管道，700m高程以上发育溶蚀裂隙，有分散渗漏的可能；右岸岩体比较完整，除坝肩岩体有绕坝渗漏可能外，水库向下游无集中渗漏通道。F1断层和K11岩溶系统无水力联系。坝基处理设计重力坝基础不仅要具有足够的强度，以承受坝体压力，还要有较好的整体性和均匀性，防止不均匀变形，而且抗渗性能好，满足渗透稳定要求，减少渗流量。2.1强度分析坝体结构材料力学法和有限元法进行正常使用极限状态和承载能力极限状态分析，坝基受力状态见下表3。表3重力坝基础受力状态单位：MPa分析方法材料力学法有限元法坝段溢流坝非溢流坝溢流坝非溢流坝工况部位正常蓄水痊空库校核洪水空库校核洪水空库校核洪水空库坝踵2.061.870.012.60.202.8坝址1.7962.381.803.202.2处理标准（1）承载力。坝基岩体坚硬，按其风化程度以表1的湿抗压强度的1／10～1／12确定。（2）完整性。坝体受层间错动、揉皱、爆破等作用，完整性受到一定影响，为适应坝体承载，坝基岩体纵波(声波)波速应大于3500m／s，变形模量应大于6GPa。（3）抗渗性。根据坝型、水压力大小，岩体防渗帷幕透水率坝基应小于2Lu，坝肩岩体帷幕783m高程以上小于3Lu，两岸山体(库区)783m高程以下小于3Lu，783m高程以上小于5Lu。2.3处理技术2.3.1基础开挖岩石开挖采用自上而下光面爆破或预裂爆破技术，梯段高度12～15m，建基面开挖预留保护层。也可通过试验确定不留保护层的爆破参数，开挖后及时覆盖垫层混凝土，坝趾处岩体虽受揉皱，声波波速仍较高，但个别孔声波波速不均匀性较大。原设计建墓面70％以上的岩体波速Vp＞4000m／s，个别点测值Vp值为3500m／s，经研究决定，将坝基建基面高程提高5～6m。2.3.2基础固结灌浆为提高开挖后岩体的完整性和均匀性，全坝基础均进行有混凝土盖重下的固结灌浆，混凝土厚度不小于2m。浆液为水泥粉煤灰混合浆，采用I级粉煤灰，掺量为水泥重的30％，水胶比0.7、0.5。灌浆压力0.3～0.5MPa，为防止混凝土被抬动开裂，灌浆孔四周布置ф25@3m×3m、L5.0m的砂浆锚杆。为提高坝踵岩体的防渗能力，加大固结灌浆孔深度达10m。为改善坝趾岩体的承载能力，灌浆孔深达10m，注浆压力为1MPa。坝基固结灌浆后，又对相应孔测试灌后声波，测试成果表明：(1)灌前波速低于3800m／s的坝基岩体，灌后波速提高6％～10％，最大可达25％；(2)坝基建基面以下岩体经固结灌浆后，其波速普遍高于3800m／s，并高于上部混凝土波速；(3)灌前坝基岩体弹模最小值为0.93×104MPa，灌后最小值为1.54×104MPa，提高66％。2.3.3防渗处理石灰岩地区溶洞、溶沟、溶槽发育，15％的孔段可能注入85％的浆液，为确保帷幕的防渗性能，采用小口径无塞高压灌浆技术，对两岸山体内岩体比较完整的灌浆区域，也可采用自上而下、或自下而上分段灌浆法。坝基和两岸帷幕均采用悬挂式，两岸设三层隧洞，深入山体700～800m。(1)浆液在两坝肩高处设集中制浆系统，以管路泵送至转浆站、灌浆孔；(2)采用水泥粉煤灰混合浆液，粉煤灰为电收尘风选I级优质粉煤灰。掺量为水泥重的30％；(3)起灌水灰比为0.7，遇大耗浆孔段直接灌注水灰比为0.5的浓浆；(4)坝基最大灌浆压力4MPa，坝肩和两岸山体内最大压力为3MPa；(5)厂坝区采用双排帷幕，两岸(库内)采用单排幕。为确保防渗帷幕的连续性，两排帷幕的排距为0.5m，孔距2.5m，单排孔孔距2m；(6)重点处理岩溶管道及断层影响带，如S63、K10、f2、f3、F13、Fl等，对两岸山体内承受水头小于50m的防渗区域，经物探测试查明岩体完整时，可不作灌浆。现帷幕灌浆现场试验已完成，均可按设计要求形成帷幕防渗。2.3.4坝基排水3结语索风营水电站处于岩溶地区，工程地质和水文地质条件复杂，基础处理要求高、难度大、工期紧，坝基固结灌浆和大坝混凝土浇筑相互制约，坝基和两坝肩的帷幕灌浆也受大坝混凝土上升速度制约，有关各方需充分协商，合理安排施工进度，既要保证结构安全，又要尽快发挥工程效益。地基处理离不开工程地质，只有充分查明一般地质问题和特殊地质