重庆乌江彭水水电站大坝岩溶地基处理

重庆乌江彭水水电站大坝岩溶地基处理冉隆田;陈残云;杨安勇【摘要】乌江彭水水电站地处中低山碳酸盐岩地区，坝址区主要出露奥陶系、寒武系灰岩、白云岩夹少量页岩等,岩层陡倾上游，呈横向谷.坝址处岩溶发育，其特征是岩溶层与隔水层、相对隔水层相间分布,各岩溶系统顺岩层走向发育至岸边或河床.为了提高坝基岩体完整性，同时不让岩溶通道成为渗漏通道及岩溶地下水进入坝基岩体，对大坝地基中岩溶洞穴作了处理，封堵了岩溶通道并对岩溶水作截排处理.根据蓄水后对大坝位移、渗压的监测及岩溶水的观察，表明坝基岩溶处理措施达到了预期效果.【期刊名称】《人民长江》【年(卷)，期】2013(044)006【总页数】4页(P37-39,49)【关键词】岩溶水;溶洞;坝基处理;彭水水电站【作者】冉隆田;陈残云;杨安勇【作者单位】长江岩土工程总公司(武汉)，湖北武汉430010【正文语种】中文【中图分类】P642彭水水电站坝址位于重庆市彭水县城乌江上游11km处的石灰岩峡谷河段，大坝为混凝土弧形重力坝，最大坝高为116.5m，坝址基岩主要为碳酸盐岩夹少量页岩，岩溶强烈发育。右岸从上游至下游存在KW14、KW51、W84、KW54四个较大的岩溶系统，其中右岸KW51、W84两个岩溶系统顺层发育延伸至大坝坝基部位，工程部位开挖揭示，这些岩溶系统发育的溶洞规模大、高程低，对工程的影响较大，是大坝坝基处理的重要部分。1坝址区地质概况坝址区呈“V”形河谷，乌江流向310°，岩层倾向上游偏右岸，与乌江流向夹角70。~75。，为横向谷。坝址区出露奥陶系和寒武系中上统地层，地层总厚度1414m，主要有奥陶系下统大湾组(O1d)厚层页岩夹少量灰岩；红花园组(01扪灰岩；分乡组(01f)灰岩夹页岩及燧石层；南津关组(01n)灰岩灰质白云岩夹页岩；寒武系上统毛田组G3m)灰岩、白云岩；耿家店组(u3g)白云岩。坝址区地层走向20。~25。，倾向110。~115。，倾角60。~70°。坝址区断层、裂隙比较发育，断层主要发育有走向NNE、NW、NWW的三组断裂，断层倾角一般70。以上，少数56。~65。。NNE组主要为f1断层破碎带横穿左右岸；NW组(顺河向)右岸主要有f8、f110，左岸有f7、f5等破碎带；NWW组主要有左岸f36等断层。这些断裂的构造岩一般胶结较好，但在强岩溶层中多被溶蚀。坝址区耿家店组至大湾组地层中，揭露性状较差的软弱夹层有59条。根据成因条件、物质成分和性状，将软弱夹层分为3个基本类型，即泥化夹层(I)、破碎夹层(H)、风化溶蚀填泥软弱层带(B)。其中在大坝坝基及厂房区分布并对建筑物有影响的是层中的B类夹层：C0、C2、C4、C5，它们一般被风化溶蚀呈溶洞；H类夹层有层中的401、404,e3m层中的093、082、085等。根据坝址区出露的岩性及其组合、地表岩溶状况、各层钻孔遇溶洞及压水试验、勘探平硐揭示岩溶发育特点等，将坝址地层分为若干个岩溶层组及非岩溶层组。由于岩层走向与乌江流向夹角大、岩层陡倾上游，使岩溶层与隔水层、相对隔水层相间分布。坝址两岸对称发育11个岩溶系统。左岸岩溶系统有：W9、KW17、W202、KW65、温泉W10、KW66(双鼻孔E2p)o右岸岩溶系统有：KW14及WH11、KW51、W84、KW54、KW40(大龙洞e2p)。对大坝坝基工程有较大影响的是右岸KW51、W84岩溶系统。2与大坝坝基有关的重点岩溶系统特征KW51系统总体特征该系统位于坝轴线上游约10-20m右岸漫滩，出口层位为与层分界，出口高程227.4m。层岩溶最发育层岩溶比较发育及层岩溶相对发育弱；KW51系统主要发育于层。岩溶顺层发育，主要沿大的软弱夹层及岩性界面岩溶强烈发育，如沿C2、C4、C5常发育规模较大的溶洞，在C4-C5溶蚀带中有时能形成宽15m高15m的大厅。右岸f3、f8、f110断层横切C2、C4、C5等风化溶蚀填泥层带，断层与这些风化溶蚀填泥层带的交汇处多形成溶蚀大厅。层近岸地带岩溶强烈发育，地下水在漫滩与斜坡交界处出露，深岩溶呈倒虹管状态，其岩溶发育深度虽然低于乌江枯水面，但岩溶地下水仍然排泄至乌江，且出水点多在乌江枯水位附近。W84系统总体特征W84泉水点位于右岸坝趾下游10m乌江枯水边，出口层位泉水点高程为210.81m，流量200-300L/min。该温泉最大出水点是在原P16勘探平硐内，水温可达40OC，流量稳定。W84岩溶系统主通道的方向十分明显，几乎完全顺层发育，且主要发育在层底部，少量在顶部。临江部位主通道已发育到顶部。其溶洞宽度一般为1.5-5.0m,局部变宽，发育高程在140m以下，溶洞充填物大部分以黏土为主，夹砂、块碎石和灰华，少部分为空洞。3大坝坝基开挖揭示岩溶情况彭水水电站大坝河床坝基主要为I、H级岩体，完整性较好，强度较高，但两岸坝基中局部分布有断裂带、溶洞和软弱夹层等地质缺陷。尤其右岸KW51、W84两个岩溶系统中顺层发育的岩溶通道一直延伸至大坝坝基下，是大坝地基的主要地质缺陷。KW51系统开挖揭示情况大坝开挖揭示，右岸层KW51系统岩溶洞穴在坝基范围主要存在于12号、13号、14号坝块内及坝基边坡内，且主要沿C2、C4、C5夹层发育。高程235m（13号坝块坝基）及14号坝块（高程255m）至P17平硐口（高程280m）,顺C2夹层均形成宽1.5~8.0m的溶洞（K16、K22等），充填黏土、碎石附灰华，水平深度达13.4m，以后溶槽逐渐宽缩为0.3~0.5m。顺C4夹层分布在13号坝块内侧坝基（高程235m）及14号坝块坝基（高程255m）至边坡高程275m，大多形成溶洞，溶洞口宽0.3~2.5m，充填黄泥及碎块石及碎石等。从14号坝块内侧边坡向内清挖达21.5m后，发现0.1~0.5m的溶蚀宽缝。C5夹层分布在坝基高程235~255m的边坡，在14号坝块中部见顺夹层长1.0m、宽0.3m的溶蚀，有黄泥，向下清挖0.2~0.8m后见较好的弱风化岩石。高程255~290m的边坡顺C5夹层溶蚀为宽1.0~1.5m的溶洞，向内清挖1.0~m后，夹层溶蚀宽度变窄为0.2~0.5m。开挖揭示，总体上右岸大坝坝基及边坡KW51系统岩溶洞穴主要沿和层中的C2、C4、C5及504等夹层发育，常在夹层处溶蚀扩大形成溶洞，其中以C2、C4夹层溶蚀较强烈。W84系统溶洞开挖揭示情况大坝坝基开挖揭示，W84溶蚀带出露于大坝8号、9号坝块的坝趾附近，为0.2m宽的岩溶角砾岩带，并见少量填泥，顺层近底部发育。在8号坝块右侧见0.5mx1.2m的溶洞，深度约1.1m,黄泥充填。该溶蚀带物探测试有异常。穿过9号坝块后，W84溶蚀带进入坝后护坦边坡，从高程188m（9号坝块后靠右岸一侧）至护坦边坡高程227m为宽0.3~3.8m的溶蚀带，且在高程约200m附近为W84原始出水口。高程227m至层相同层位仅为宽0.1m的溶缝，250m高程以上未见溶蚀。4岩溶处理思路、原则与方法4.1处理思路根据彭水电站右岸KW51和W84两岩溶系统的发育规律，结合开挖揭露情况，溶洞对工程的影响主要表现在以下几方面。首先是溶洞的存在破坏了岩体的完整性，从而导致岩体的整体强度相对降低。其次，由于其溶洞内充填物自身强度低，不能满足工程强度要求，对溶洞如不进行处理，易导致建筑物变形。另外，电站的兴建截断了原有的岩溶水自然排水通道，对岩溶水需要引排，同时，根据防渗要求岩溶通道中要进行防渗处理，不能让岩溶通道成为渗漏通道，其中KW51岩溶系统自然通道穿越了防渗帷幕直达坝前。因此，对岩溶通道进行封堵和地下水的引排非常重要，经研究，处理思路为：〃清挖、封堵、引排”。需达到的处理目标为：①提高岩溶发育部位岩体的完整性，增强岩体的强度；②保证坝前库水不会沿岩溶系统通道向下游渗漏：③保证岩溶泉水的排泄畅通，又不会沿岩溶通道进入坝基范围，有利于大坝稳定。4.2处理原则和方法根据开挖揭露的岩溶发育情况，结合KW51和W84两岩溶系统发育特征与工程的关系，为了达到上述处理目标，保证大坝工程安全，对彭水电站右岸两岩溶系统的处理采取了以下原则和方法。（1）对于大坝轮廓范围及往外10m范围坝基开挖揭示的溶蚀填泥层（溶洞），如C2、C4、C5等局部顺层溶洞均采取“V”形槽刻槽扩挖，挖除溶洞内充填物，再回填混凝土，坝基边坡中的溶洞则进行水平及向下追踪清挖后回填混凝土。溶洞回填后，对坝基进行固结灌浆，边坡进行接触灌浆。13、14号坝块C2夹层溶洞处建基面按10m开口宽向下清挖5-10m;水平向山体内清挖8.0~13.4m后再向下清挖5m。对于C4夹层在13、14号坝块中高程255m以上边坡的溶洞（K20、K21、K17等），先水平清挖21.5m深后，再追踪清挖0.1~0.5m溶缝，待溶洞壁清洗干净后回填混凝土。层中W84岩溶系统溶蚀带从9号坝基进入坝基范围的坝趾附近，其溶蚀带发育的溶洞呈串珠状顺层展布。8号坝块右侧为0.5mx1.2m的溶洞，溶洞开口宽度5.4m，处理时向下清挖3.5m，局部清挖深度达5.3m。9号坝块顺溶蚀带普遍向下清挖3.5m后，未见明显溶蚀及宽缝，清洗干净后，回填混凝土。（2）对防渗帷幕线上及附近的溶洞也采取了清挖回填与灌浆回填处理措施，同时对坝前右岸KW51系统地表出口及溶洞、溶隙进行了地表封堵，并设计了坝前防渗帷幕。⑶在掌握岩溶系统来水量及变化规律的基础上，为了截排KW51和W84两岩溶系统岩溶水，专门在右岸山体内防渗帷幕后布置了截排水洞。KW51截水洞及厂房排水洞开挖后，岩溶泉水均从山体中的截排水洞中揭露，且揭露点主要位于f110、f8等断层溶蚀带中，坝基开挖时溶蚀带无水。W84岩溶系统下层截水洞（高程165m）在E2-23m层溶蚀带揭露温泉，温泉泉水全部从下层截水洞的溶蚀带内涌出，流量为200~300L/min，此后大坝8号、9号坝基开挖层溶蚀带清挖至高程184m时，在溶蚀带内未发现地下水。两岩溶泉水均在山体中被截排，因此，电站运行期泉水不会进入坝基岩层。5岩溶处理效果验证彭水水电站自2008年初蓄水以来，通过对大坝的监测和右岸岩溶地下水及帷幕排水洞的长期观测，证实了大坝岩溶地基处理与岩溶水的封堵与截排达到了预期效果。5.1大坝变形监测结果监测结果表明，大坝坝顶水流向水平位移在-4.61~7.25mm之间，坝体坝基廊道处位移量较小，均在1mm以内，水库蓄水后坝体水平位移无异常变化，坝基稳定。大坝坝顶垂直位移累积变化量在1.72-6.78mm之间，变化趋势为整体下沉。坝体基础廊道均表现为下沉，沉降量在3mm左右，不存在不均匀沉降。总体而言，坝基内岩溶洞穴开挖回填处理效果良好，坝基岩体受力均匀，坝基稳定。5.2帷幕后渗水、渗压监测结果右岸239灌浆平洞的排水孔基本呈无水或滴水状，右岸193灌浆平洞内排水孔的总渗漏量约为60-80L/min，单孔最大渗漏量约为14L/min。库水位上升至正常蓄水位293.0m时，大坝测压管扬压系数小于0.20,在规范允许范围内，说明大坝帷幕防渗效果良好。大坝蓄水后至今，左右岸测压管水位变化很小，降雨对测压管水位变化的影响较小，两岸坝基深部岩体没有明显的渗流现象，也不存在绕坝渗漏情况。除11号坝段高程210m距上游坝面5.0m处水头约12.0m，距上游坝面12.0m处水头高约8.0m外，其它坝段混凝土浇筑层面的渗压计没有明显渗透压力。表明右岸KW51系统岩溶通道封堵是成功的，坝前库水及岩溶地下水未经岩溶通道进入至坝基范围内。KW51和W84岩溶水截排效果KW51岩溶系统岩溶水在右岸山体内的主要揭露点流量为：厂房上游顶层排水洞f110断层处，雨季流量50-80