某水电站厂房围堰基坑承压水评价

某水电站厂房围堰基坑承压水评价

1厂区地面挡水发电枢纽工程沙湾水库遗址位于广东省乐沙湾区芦镇河段。水库中心由左到右组成，包括非溢流水库、旁路洪水站、水库中心和右岸旁路水库。水库位于河床的右侧。挡水发电枢纽工程施工导流采用两期导流方案,一期采用束窄河床全年导流。围堰于2005年初进行填筑,2005年9月完成一期围堰防渗墙施工,2005年11月一期围堰基坑进行开挖。当2006年3月基坑挖至398m高程时,上游围堰与纵向围堰结合地段陆续出现漏水及涌水现象,基坑开挖被迫停止,经重新防渗处理后,基坑于2006年12月抽排水至388m高程,恢复正常施工开挖。2工厂的深水孔技术的地质条件2.1下伏基岩岩性特征大渡河在该河段河谷开阔,河流由N55°W转S20°W流经本区,河床高程410m~420m。据枢纽区钻探揭示,厂房基坑内覆盖层深厚,河床砂卵石层最大厚度达66m,其物质成份中、上部为第四系全新统现代河流冲积堆积层(Q42al),下部为第四系上更新统冲、洪积堆积(Q3al+Pl)层,厚0~44.5m;物质组成上部为砾卵石夹粉土,下部为砾卵石夹砂,层中局部夹砂层及粘土夹砾石透镜体,砂层透镜体最大厚度达18.08m。下伏基岩岩性为三叠系中统雷口坡组(T22l~T52l)层之泥质白云岩、岩溶角砾岩、泥质白云岩和灰岩。岩体内T32l层岩溶角砾岩具中等岩溶发育,完整性差。据钻孔压水试验,段内基岩除泥质白云岩外,其它各类岩体渗透性均较强,属中等透水层,泥质白云岩透水性较弱,透水率大多小于5Lu。钻孔揭示该层岩石中有岩溶承压水发育,隔水顶板高程339.74m~348.87m,实测承压水头78.42m~86.42m,涌水量2.7L/min~387.0L/min。一期围堰基坑设计拟定开挖高程360m,开挖最大深度约60m。因此,厂房基坑施工开挖后深基坑的边坡稳定,尤其是砂层透镜体边坡稳定以及基坑内岩溶承压水的发育,是其主要的工程地质问题。2.2厂基溶胶试验2.2.1承压水分布特征沙湾电站坝址区河床覆盖层深厚,河床砂卵石层最大厚度约66.0m,据钻孔揭示,坝址区内承压水主要分布于右侧厂房坝段的T22l层之泥质白云岩中。在坝址区26个钻孔中,只有沙下ZK101、ZK102、ZK106、ZK121四个孔揭示了承压水全都分布于一期围堰基坑内。钻孔资料显示,承压水顶板埋藏深度距河床基岩面以下3.32m~50.95m(承压水分布特征见表1)。对左侧河槽及围堰钻孔,均未发现岩溶承压水分布。由表1可知,坝址区承压含水层厚度不均,差异较大,最大为12.61m,最小仅为3.6m。表1中显示,承压水含水层厚度愈大,其承压水头及涌水量就大,反之相对就小,反映出段内承压水水头和涌水量均受含水层厚度控制的特点。施工过程中在原揭示承压水钻孔附近布置多孔钻进,但多数钻孔不能击中(穿)这些富含承压水的岩溶管道,即未能揭示到承压水,故充分说明了段内岩溶承压水为局部、脉状发育的分布特征。2.2.2承压水、水文及基坑内地表水化学成因分析据岩溶承压水的同位素测试资料,承压水δD值为-60.5‰~-80.4‰,δ018值为-9.90‰~-12.80‰,是地下水中氢氧同位素最低的水体,氚浓度平均值为8.4Tu,经计算,水年龄约为11~17年。同位素测试成果见表2。据水质简易分析成果显示,承压水中SO4--含量、矿化度均较高,水中SO4--含量最小值为1595.56mg/L,最大值为2276.62mg/L,矿化度为2.8mg/L~3.3mg/L,为低~中等矿化水(微~半咸水)。同时,水质分析成果也反映出承压水水化学成份较为稳定。由此表明,岩溶承压水补给源较高且远、迳流缓慢、排泄不畅、水交替作用较弱。承压水、河水及基坑内地表水水质简易分析试验成果见表3、表4。由表3、表4可知,区内承压水、河水及基坑内地表水其水化学成份除SO4--含量存在非常大的差异外,其它化学成份总体差异不甚明显。因此,仅根据水化学成份便可大致鉴别出基坑内的水源补给情况。2.2.3通过分析岩石承压水的成因2.2.3.向斜断裂带,自由生长,开采规律在承载力沙湾电站坝址区地质构造上沫江向斜扬起端南西翼,坝轴线距向斜核部直线距离约510m,在北东和南西方向,分别发育两条NW向的断裂构造———灌凹顶断层和罗一溪断层,电站枢纽区即处于两条NW向断裂构造所构成的狭长型地块内。在向斜两翼,均大面积分布三叠系中统雷口坡组和下统嘉陵江组之可溶性岩层。向斜核部及其附近地层挤压作用强烈,岩层破碎,完整性差,拉张裂隙较发育。这些裂隙的存在,为地下水的运动提供了良好通道,同时也为地下水储存提供了空间。向斜两翼地层中的地下水,便可通过这些裂隙源源不断向向斜核部汇集。据沙下ZK101、沙下ZK121等钻孔电视显示,岩溶承压水多沿NW~SE向的裂隙涌出。2.2.3.地表及地下岩溶发育如前所述,段内河床覆盖层深厚,河床砂卵砾石层下伏基岩岩性为三叠系中统雷口坡组T2l3、T2l2层之岩溶角砾岩和泥质白云岩,其上为T2l4、T2l5之泥质白云岩及灰岩,其下为T2l1层之白云岩,岩层产状N50°~70°W/NE∠5°~9°,平面反映为倾向右岸偏上游。灰岩、岩溶角砾岩及白云岩,岩石较破碎,完整性较差,透水性较强,为中等岩溶发育,溶孔、溶穴、溶洞随处可见,是区内地下水运动的主要通道之一,为地下水的补给和径流创造了条件,同时也是含水层的储水空间之一部份;泥质白云岩,岩性软弱,强度较低,但岩性相对较致密,透水性较弱,基本构成了封闭承压水的顶底板岩体。2.2.2.3岩溶因素。在沙湾电站坝址区,除第四系松散堆积层较发育外,三叠系中统雷口坡组之可溶性岩石广泛出露,在坝址区右岸的李山沟~悬坑地一带以及坝址区右岸下游的老人洞~干溪埂一带,地表均有一系列的溶蚀洼地呈串珠状发育。特别是在老人洞~干溪埂一带,溶蚀洼地尤如繁星点点,星罗密布,为大气降水的汇集提供了条件。在溶蚀洼地底部或中央,多有规模不等的落水洞发育,是大气降水汇集下渗而成为地下水的主要涌道。因此,地表、地下岩溶的共同发育,为地下水提供了源源不断的补给源,为岩溶承压水的形成提供了物质上的保证。在坝址区上游,虽然地表岩溶不及下游发育,但可溶性岩石出露地表的面积大、范围广,岩体受各种地质构造作用及天然地质营力(如风化等)的影响,不可避免地会产生各种破裂结构面。这些破裂结构面即为大气降水下渗的主要通道,成为该范围内的地下(承压)水主要补给源。2.2.4地下水补径排特征如前所述,沙湾电站在构造上位于灌凹顶和罗一溪两条断层间的狭长型地块内,地块内仅发育一较大规模的褶皱构造———沫江向斜,电站枢纽区则处于沫江向斜核部附近,从构造的角度分析,向斜核部最有利于地下水的储存与汇聚,为岩溶承压水的形成具备了条件。在向斜两翼,大面积分布有可溶性碳酸盐类岩石,这些可溶性岩体内发育的各种地表及地下岩溶系统,都可能是地表水的下渗通道而成为岩溶承压水的补给源。根据上述几处平面地质调查分析,大渡河左岸轸溪乡邓烧房附近一带出露的T22l层泥质白云岩,距坝址区直线距离4.7km~4.8km,分布位置较高,山顶处大部份T2l组地层被风化剥蚀,仅局部残留T2l1~2层之岩体,且厚度已十分有限,对地下水不能构成较大范围的补给,因此地下水量也十分有限,况且与坝址区之间尚有先村沟和六井沟等切割较深的沟壑发育,沟底最低高程约420m,地下水补给源很可能被这些切割很深的沟壑所切断,而不能有效地补给坝址区内的承压含水层。据此分析认为,坝址区承压含水层补给区分布范围在其左岸的可能性不大。在大渡河右岸,坝址区上游一侧为沫江向斜的北东翼,坝轴线下游一侧,为沫江向斜的南西翼,地面高程475m~585m,该区域内溶蚀洼地分布范围广、规模较大,为大气降水的主要汇聚场所。洼地中央均有落水洞发育,可见深度一般为7m~10m。这些溶蚀洼地或落水洞,完全可能贯穿T22l层的泥质白云岩或T12l层白云岩。大气降水在溶蚀洼地汇聚并沿落水洞下渗后,继续沿岩层层面或某些地下岩溶管道(溶洞、溶隙或溶穴等)向上游(坝址区)运动,并在沫江向斜核部汇集而成为区内岩溶承压水补给源。在施工过程中,对右岸PD3号平硐内的沙下ZK107钻孔进行了地下水位观测,其观测成果见表5。由表5可以看出,右侧山体内地下水与围堰基坑内的积水有着十分密切的水力联系,在围堰基坑内水位不断下降的同时,山体内的地下水位也随之下降。因此我们认为,大渡河在该河段仍为补给型河流,即水文地质条件为地下水补给河水,山体内的地下水除向河流排泄外,与岩溶承压水的关系仍然十分密切。终上所述,沙湾电站坝址区因其独特的地质环境,为区内地下承压水的形成、发生、发展具备了空间条件,地质构造为地下水的赋存提供了场所,地层岩性为承压水的形成具备了条件,而地表及地下岩溶系统的发育则为承压含水层提供了物质(水源)保障,因此反映出该区承压水具有埋藏深度较大、水头高、流量稳定、补给范围大、排泄不畅,水循环交替作用慢的特点。从坝址区所处的地形地貌及地层岩性和地质构造情况综合分析,区内承压水的主要补给源应在大渡河右岸。3基坑开挖及承压水排放由于承压水呈带状、管状分布,且埋藏深度大、补给范围宽,水循环交替作用慢,采用排放降低水位的可能性大大降低。如不排放,在开挖过程中也不会产生大规模的抬动风险,因此对该承压水采取以下措施进行处理:(1)根据现场情况,在开挖至基底附近时,对于承压水上覆岩体较薄的容易抬动部位应注意观测,及时造孔排放;(2)在基坑开挖过程中,经常进行SO4--离子测定,以此推断基坑内是否有承压水直接出露;(3)基坑开挖至建基面后,若出露承压水,视具体情况采取以下措施:1)承压水出露为分散型,在岩溶角砾岩内开挖沟槽引排至下游,集中排至大渡河;2)承压水出露为集中型,则用管道(预制管、钢管、PVC管等)引排至下游,再排至大渡河。对承压水采取上述措施处理结果表明,措施得当,效果明显,最大限度地减小或消除了承压水对基坑施工的影响,保证了基坑施工的顺利进行,满足设计要求。2010年3月四川大渡河沙湾水电站四台机组全部并网发电。4承压水在民事执行中出现的问题4.1承压水是我们经常遇到的不利工程地质问题,它对工程建设的各阶段都有潜在的危害,特别是像沙湾水电站这样高水头、大流量的承压水,直接关系到工程前期施工方案的布置及