西藏DG水電站帷幕灌漿工程地質(zhì)分析

張德強，孫興偉，王敬勇，羅 文，陳 亮

(1.中國電建華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.華電西藏大古水電分公司，西藏 山南 856000)

西藏DG水電站位于某流域峽谷段，為二等大(2)型工程，開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，電站裝機容量為660 MW，多年平均發(fā)電量32.045億kWh。電站樞紐建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)及升壓站等組成。攔河壩為碾壓混凝土重力壩。

電站碾壓混凝土重力壩壩頂高程3 451.00 m，最大壩高117.0 m，壩頂長371.0 m。1～5號壩段為左岸擋水壩段，6～9號壩段為溢流表孔壩段，10號壩段為沖沙底孔壩段，11～14號壩段為廠房壩段，15～17號壩段為右岸擋水壩段。發(fā)電廠房采用壩后式布置，主要由主廠房、副廠房、變電站等組成，主廠房尺寸163.00 m×29.50 m×63.50 m(長×寬×高)，安裝4臺單機容量165 MW的混流式水輪發(fā)電機組。

1 壩基工程地質(zhì)條件及評價

壩址區(qū)位于峽谷中段，呈較對稱的“V”型，兩岸地形較完整，壩址出露地層巖性為喜山期黑云母花崗閃長巖，以弱風(fēng)化為主，局部見蝕變強風(fēng)化巖體，局部夾黑云母角閃石英閃長巖條帶狀巖脈，呈條帶狀穿插于黑云母花崗閃長巖內(nèi)。河床部位風(fēng)化最淺，其次是右岸岸坡及坡腳，左岸風(fēng)化相對較深。

由于左右岸及河床壩段基巖地質(zhì)條件有一定的差別，壩基建基面巖體根據(jù)《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287-2016)附錄S壩基巖體工程地質(zhì)分類[2]進行地質(zhì)評價，左岸巖體質(zhì)量以Ⅲ1類、Ⅲ2類為主；河床以Ⅲ1類為主，Ⅲ2類次之；右岸以Ⅱ類、Ⅲ1類為主。

根據(jù)勘探鉆孔揭露及物探成果：兩岸節(jié)理裂隙發(fā)育，且多充填巖塊、巖屑或無充填，受節(jié)理裂隙影響，岸坡地下水位及相對隔水層埋藏較深，地下水位隨地面高程增大而埋藏愈深。根據(jù)鉆孔揭示，左、右岸地下水位坡降平緩，岸坡水位高程近河水位高程。左岸坡地下水位埋深14.0～88.5 m，相對隔水層頂板(q≤3Lu)埋深36.0～81.0 m；河床相對隔水層頂板(q≤3Lu)埋深32.0～48.0 m；右岸坡地下水位埋深0.0～92.0 m，相對隔水層頂板(q≤3Lu)埋深15.0～87.0 m。左右岸地下水位及相對隔水層埋深較大，低于水庫正常蓄水位，存在壩基滲漏及繞壩滲漏問題，相對隔水層及地下水位線剖面見圖1。

圖1 大壩壩軸線相對隔水層及地下水位線剖面圖

根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》壩基選擇的原則[3]進行壩基開挖揭露，左岸各壩巖體風(fēng)化、卸荷較深，且斷層、節(jié)理發(fā)育，主要出露f6、f42、f27、f24等Ⅳ級結(jié)構(gòu)面，多為巖屑夾泥型，巖體完整性系數(shù)KV=0.38～0.46，完整性差，滲漏影響大。河床壩段主要發(fā)育F7、F8、F9等Ⅲ級結(jié)構(gòu)面，右岸壩段主要發(fā)育一組緩傾角Ⅲ級結(jié)構(gòu)面F3斷層，斷層帶較破碎，巖體質(zhì)量差。河床及右岸壩段巖體完整性系數(shù)KV=0.42～0.51，完整性差，存在滲漏問題，根據(jù)壩基地質(zhì)情況確定了帷幕灌漿高程下限。對壩基局部巖體質(zhì)量較差部位進行帷幕灌漿防滲處理，通過提高壩基圍巖相對不透水程度而起到防滲阻滲的滲控作用[4]。

2 壩基帷幕灌漿設(shè)計[5]

2.1 帷幕灌漿孔布置

根據(jù)壩基開挖揭露巖體質(zhì)量及結(jié)構(gòu)面地質(zhì)分析，確定壩基防滲帷幕各項參數(shù)，左右岸高程3 396.00 m灌漿平洞及WL1帷幕廊道帷幕深度進入設(shè)計探明的設(shè)計帷幕防滲底線，兩層帷幕通過搭接帷幕連接。大壩主帷幕灌漿主要參數(shù)及工程量見表1。

表1 大壩主帷幕灌漿主要參數(shù)及工程量表 m

左岸及河床壩段布置為二排孔；右岸F3斷層影響范圍段為三排孔；其余部位均為單排帷幕孔。帷幕灌漿鉆孔孔距均為2 m。鉆孔排距：雙排孔，洞內(nèi)排距為0.7 m，洞外1.0 m；三排孔，上游副帷幕距主帷幕排距0.7 m，下游副帷幕距主帷幕0.5 m；搭接帷幕排距1.0 m。

帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)：除右岸帷幕廊道F3斷層區(qū)域段設(shè)置為三排帷幕(主要是因為F3斷層帶內(nèi)不均勻分布細(xì)顆粒物質(zhì)，斷層帶的抗?jié)B能力弱，在長期高水頭作用下，可能產(chǎn)生滲透破壞[6])，防滲標(biāo)準(zhǔn)為q≤1.0Lu外，其余部位帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)均為q≤3.0Lu。

2.2 帷幕灌漿技術(shù)要求

2.2.1 帷幕灌漿試驗

正式施工前，應(yīng)開展灌漿試驗，其內(nèi)容應(yīng)包括對不同水灰比、不同摻合料和不同外加劑的漿液進行試驗。

2.2.2 施工程序

帷幕灌漿按照分排分序加密的原則進行，在主帷幕孔的Ⅰ序孔中布置先導(dǎo)孔，先導(dǎo)孔的數(shù)量按該排孔數(shù)的10%布置。然后按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔的順序進行施工灌漿。

壓水試驗壓力：單點法為灌漿壓力的80%，該值若大于1 MPa時，取1 MPa。

灌漿要求：帷幕灌漿單孔采用孔口封閉自上而下分段鉆進，分段灌漿施工。

灌漿壓力與各段長關(guān)系表見表2。

表2 灌漿壓力與段長關(guān)系表

漿液配比：對于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔均采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1六級水灰比。

帷幕灌漿孔的終孔段，其透水率大于3.0Lu或單位注灰量大于20 kg/m時，鉆孔應(yīng)繼續(xù)加深，每次加深段長5 m；若透水率或單位注灰量小于上述標(biāo)準(zhǔn)，可終孔。

采用孔口封閉自上而下分段灌漿法時，灌漿段在最大設(shè)計壓力下，注入率不大于1.0 L/min后，繼續(xù)灌注30 min，可結(jié)束灌漿。

3 帷幕灌漿成果地質(zhì)分析

3.1 帷幕灌漿成果

對已完成的帷幕灌漿灌前壓試驗孔進行了統(tǒng)計分析，灌前壓水成果見表3所示。

表3 灌前透水率分析表

由表3可看出，灌前透水率小于3Lu的區(qū)間內(nèi)孔段頻率為33%，大于3Lu及小于10Lu的區(qū)間頻率為49.6%，大于頻率10Lu的區(qū)間頻率低。

對已經(jīng)完成的主帷幕灌漿單元進行統(tǒng)計，除去存在地質(zhì)缺陷的異?？孜煌猓∧还酀{吃漿量統(tǒng)計表見表4。

表4 帷幕灌漿注漿量統(tǒng)計表

由表4可分析，左岸壩段平均注漿量最大，達(dá)到257.68 kg/m，與左岸壩段及試驗區(qū)部位的發(fā)育多條陡傾斷層的地質(zhì)條件一致?？拷野秹味纹骄{量越小，河床壩段平均注漿量為130.9 kg/m，與壩基開挖揭露巖體質(zhì)量基本相符合。

3.2 帷幕灌漿地質(zhì)分析

左岸壩段：左岸1～6號壩段構(gòu)造發(fā)育，主要結(jié)構(gòu)面發(fā)育F1、F2、F5斷層3條Ⅱ結(jié)構(gòu)面，同時發(fā)育F9、f1-4、f1-11、f6等14條Ⅲ級結(jié)構(gòu)面。壩基巖體為弱風(fēng)化上～弱風(fēng)化下為主，巖體結(jié)構(gòu)以次塊、鑲嵌結(jié)構(gòu)為主，巖體完整性差，局部較破碎。壩基巖體質(zhì)量以Ⅲ1類為主，Ⅲ2類次之，部分?jǐn)鄬蛹坝绊憥棰纛?，占比分別為：91.92%、6.24%、1.84% 。

圖2 大壩上游帷幕灌漿左岸異常段地質(zhì)分析圖

河床壩段：7～10號壩段壩基范圍內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，發(fā)育斷層F7、F8、F9等共6條Ⅲ級結(jié)構(gòu)面，斷層走向以NNE及NNW向為主，局部發(fā)育橫河向陡傾角斷層及節(jié)理，節(jié)理面延伸短。壩基巖體為弱風(fēng)化下為主，弱卸荷，巖體結(jié)構(gòu)以次塊、鑲嵌結(jié)構(gòu)為主，部分塊裂結(jié)構(gòu)，由于多條斷層相交，造成局部斷層影響帶較寬，建基面巖體完整性差，局部較破碎。巖體質(zhì)量以Ⅲ1類為主，Ⅲ2類次之，斷層及影響帶為Ⅳ類，占比分別為：87.73%、11.21%、1.06%。

河床相對隔水層埋深17.7～50.0 m，壩基灌漿深度為59～70 m，根據(jù)開挖地質(zhì)情況，布置主幅灌漿帷幕兩排。在灌漿施工過程中，LWL1-2-SZW-I-41孔中28.09～38.09 m、LWL1-2-SZW-I-45中62.3～72.3 m出現(xiàn)灌漿量異常，最大單位注灰量達(dá)726.78 kg/m，分析原因主要是灌漿孔受F9斷層及影響帶造成的。河床壩段帷幕灌漿異常段地質(zhì)分析圖，見圖3。

圖3 大壩上游帷幕灌漿河床壩段異常段地質(zhì)分析圖

右岸壩段：11～17號壩段發(fā)育斷層共計4條，斷層走向以NNE及NNW向為主，1條Ⅱ級緩傾角結(jié)構(gòu)面F3，3條Ⅲ級陡傾角結(jié)構(gòu)面，節(jié)理以1組順河向緩傾角及2組順河向陡傾角節(jié)理為主。壩基巖體為弱風(fēng)化，弱卸荷，巖體結(jié)構(gòu)以塊狀、次塊狀結(jié)構(gòu)為主，巖體較完整。巖體質(zhì)量以Ⅱ類、Ⅲ1類類為主，少量Ⅲ2，占比分別為53.76%、41.61%、3.33%。

右岸壩段相對隔水層埋深15.0～97.0 m，壩基灌漿深度為45～107 m，布置主帷幕1排。在灌漿施工過程中，高程3 396 m灌漿廊道R2-2-SZW-I-22孔中25.4～30.4 m、R2-2-SZW-I-26中45.5.3～55.5 m出現(xiàn)注灰量異常，最大單位注灰量達(dá)648.23 kg/m，主要是灌漿孔受f27斷層范圍造成的。右岸壩段帷幕灌漿異常段地質(zhì)情況分析圖，見圖4。

圖4 大壩帷幕灌漿右岸壩段異常段地質(zhì)分析圖

4 帷幕灌漿物探成果

4.1 帷幕灌漿質(zhì)量檢查設(shè)計要求

壩基帷幕灌漿質(zhì)量檢查以第三方物探測試為主，物探測試主要項目有：壓水試驗、單孔聲波、鉆孔全景圖像和聲波CT測試。帷幕灌漿灌后壓水試驗檢查孔的數(shù)量按總孔數(shù)的10%控制，每個壩段或每個單元工程內(nèi)至少應(yīng)布置1個檢查孔，帷幕灌漿檢查孔應(yīng)采取巖芯。帷幕灌漿壓水試驗合格要求透水率q≤3Lu。

帷幕灌漿工程質(zhì)量的評定標(biāo)準(zhǔn)為：經(jīng)檢查孔壓水試驗檢查，壩體混凝土與基巖接觸段及其下一段的合格率為100%；以下各段的合格率不小于90%；防滲帷幕不合格段的透水率值不超過4.5Lu，且不得集中，灌漿質(zhì)量可評為合格。

帷幕灌漿后物探聲波檢測及聲波CT測試標(biāo)準(zhǔn)。基巖巖體波速驗收聲波波速標(biāo)準(zhǔn)：Ⅱ類及以上巖體聲波波速大于4 500 m/s。Ⅲ1類巖體經(jīng)過灌漿后波波速大于4 050 m/s。Ⅲ2類巖體經(jīng)過灌漿后聲波波速大于3 650 m/s，壩基斷層等區(qū)域經(jīng)過固結(jié)灌漿后跨孔聲波波速大于3 200 m/s；單孔聲波波速合格測點數(shù)量不得低于85%，小于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的85%的測試值不得超過3%，且不集中；若巖體波速達(dá)不到上述標(biāo)準(zhǔn)，視為不合格，應(yīng)將采取補強措施。

一進書店，我就來到兒童故事類圖書的旁邊，捧起繪畫版《西游記》，找了個地方坐下，津津有味地看起來。故事里的孫悟空深深地吸引著我，當(dāng)我看完十來頁的時候，媽媽走到我身邊說：“該回家吃飯了?！蔽疫B頭也沒抬，說：“再看一會兒?！?/p>

4.2 帷幕灌漿質(zhì)量檢查成果

對已完成的帷幕灌漿孔進行了檢查孔灌后壓水試驗檢查，成果匯總表見表5。

表5 檢查孔灌后壓水試驗成果匯總表

通過檢查孔壓水試驗結(jié)果可以看出，透水率均滿足設(shè)計指標(biāo)要求，灌漿效果良好。

4.3 檢查孔全景圖像

從檢查孔巖芯取樣發(fā)現(xiàn)，灌漿孔不同嘗試的巖芯裂隙中均有水泥結(jié)石，水泥結(jié)石與巖石膠結(jié)緊密，表明灌漿效果顯著[7]。典型鉆孔圖像見圖5、圖6。

圖5 檢查孔巖芯的水泥結(jié)石圖

圖6 檢查孔巖芯的水泥結(jié)石圖(2)

4.4 檢查孔聲波及CT檢測成果

左岸壩段：完成4個鉆孔的物探檢測工作，聲波波速特征值及聲波概率統(tǒng)計表分別見表6、表7。

表6 左岸帷幕灌漿質(zhì)量灌后檢測聲波波速特征值表 m/s

表7 左岸帷幕灌漿質(zhì)量灌后檢聲波波速概率統(tǒng)計表

左岸壩段灌后聲波波速范圍在3 362～5 811 m/s，平均波速4 584～4 627 m/s，平均波速大于4 050 m/s，局部存在小于4 050 m/s的測點，占比在2.7%，存在個別小于3 440 m/s的測點，占比在0.7%，小于3%，且呈零星分布，滿足設(shè)計要求 ；河床壩段灌后聲波波速范圍在3 477～5 895 m/s，平均波速4 700 m/s。平均波速大于4 050 m/s，局部存在小于4 050 m/s的測點，占比在3.9%～5.2%，小于15%，滿足設(shè)計要求；右岸部位灌后聲波波速范圍在4 422～5 811 m/s，平均波速在4 854～5 110 m/s，大于4 050 m/s，局部存在小于4 050 m/s的測點，占比在1.3%～1.9%，小于15%，滿足設(shè)計要求。巖體質(zhì)量總體為右岸優(yōu)于河床，河床優(yōu)于左岸。

5 結(jié) 語

1)DG水電站壩基帷幕灌漿布置是結(jié)合大壩壩基的實際地質(zhì)情況進行布置的，設(shè)計參數(shù)合理。

2)對已完工的帷幕灌漿效果進行了抽檢，采用壓水試驗、聲波測試、鉆孔全息圖像和聲波CT測試等物探手段進行了檢查，上游防滲帷幕軸線最大透水率2.76Lu，最小0Lu，平均為1.11Lu，滿足設(shè)計防滲要求(q≤3Lu)。

3)對灌漿資料及壓水試驗檢查成果分析，大壩壩基帷幕灌漿結(jié)果與DG水電站的壩基地質(zhì)情況相吻合，單位注灰量隨灌漿次序遞減明顯，符合一般灌漿規(guī)律。壩基巖體經(jīng)進行帷幕灌漿施工后，防滲軸線的透水率降至設(shè)計要求的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)對檢查孔的巖芯編錄分析，RQD值較灌前略有提高，部分孔段有明顯的水泥結(jié)石。帷幕灌漿達(dá)到了預(yù)期目的。

4)對于大壩防滲軸線部位出露的斷層等地質(zhì)缺陷部位，單位注灰量較大，通過對存在地質(zhì)缺陷部位的物探檢測，物理性狀有明顯改善，聲波值有提高，提高率達(dá)5%～10%。

5)由于本工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)面大多以陡傾結(jié)構(gòu)面為主，特別是左岸壩出露的多條斷層，貫穿壩基上下游，為最不利滲漏通道，也是帷幕灌漿的重點和難點，應(yīng)重點關(guān)注，是灌后檢查的重點部位。

6)建議壩肩繞壩滲流觀測孔在水庫蓄水前投入觀測，以便對壩基滲透情況[8]及帷幕灌漿提供進一步分析、評價的依據(jù)。