某水电站坝区水文地质条件研究

某水电站坝区水文地质条件研究

发表时间：2018-03-07T12:18:46.560Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第29期作者：靳锴樊学文余国祥宋宇[导读] 某水电站水库正常蓄水位高程825m，水库总库容206亿m3，电站枢纽由拦河坝、泄洪消能设施、引水发电系统等主要建筑物组成。浙江华东建设工程有限公司浙江杭州 310014

摘要：水文地质条件是进行坝址及地下建筑物防渗排水设计的重要依据。本文在查明坝区水文地质条件的基础上，对坝区水文地质结构、水化学特征及岩体渗透性等进行了深入研究。分析表明，坝区裂隙水埋藏及渗流复杂，坝基岩体以弱透水性为主，存在坝基渗漏及绕坝渗漏问题。坝区渗透稳定问题主要是软弱结构面的渗透稳定问题。通过设置防渗帷幕，可以减少坝基渗漏及绕坝渗漏，防止产生渗透变形。

关键词：水文地质结构、水化学特征、岩体渗透性、渗透变形

1 前言

某水电站水库正常蓄水位高程825m，水库总库容206亿m3，电站枢纽由拦河坝、泄洪消能设施、引水发电系统等主要建筑物组成。坝型为混凝土双曲拱坝，坝顶高程834m，最大坝高289m。地下厂房分别布置于两岸山体内，电站装机容量16000MW。

2 坝区基本地质概况

坝区属中山峡谷地貌，地势北高南低，向东侧倾斜。河流由南往北流，河谷呈左岸低、右岸高的不对称“V”字型。坝区位于联合乡背斜东翼，大跨山向斜西翼，为倾向SE的单斜构造，岩层产状N35~55°E，SE∠15~20°，缓倾上游偏右岸坝区出露二叠系上统峨眉山组（P2β）玄武岩，岩性有块状玄武岩、柱状节理玄武岩、角砾熔岩、凝灰岩。玄武岩岩质坚硬，饱和单轴抗压强度大于90MPa；凝灰岩岩质较软，为17MPa。

3 坝基岩体及结构面分类

坝基岩体分类定性指标取岩性、岩体风化卸荷、岩体结构、错动带发育程度、地下水，定量指标取声波波速、地震波波速、岩体块度或RQD值、错动带间距、透水率。根据以上分类指标，结合现场岩体力学试验成果，将坝基岩体共分为Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅴ共四类七个亚类。

根据胶结程度、起伏程度、物质组成等，将软弱结构面分为岩块岩屑、岩屑夹泥、泥夹岩屑型。软弱结构面一般宽5~30cm，带内物质多见岩屑、泥质。

4 水文地质条件

坝区地下水主要有覆盖层孔隙潜水和基岩裂隙潜水。部分钻孔在揭露缓倾角错动带等结构面时，孔内地下水位出现抬升的情况，因此坝区还存在局部裂隙承压水。坝区地下水位具如下特征：

（1）坝区两岸地下水位埋藏深，除近河边孔外，埋深多在100m以上，其中左岸埋深范围变化相对较小，埋深在100~170m。右岸岸坡陡峻，埋深范围变化大，为100~400m。

（2）左岸随距河谷水平距离的增大，水位逐渐抬高，与地形对应性较好，可划分为三段。第一段为近河谷段（距河边150m内），水位低缓，可形成较统一的水面，与河水位基本一致，水力坡降在5%以下。第二段为岸坡段（距河边150~350m范围内），与陡峻的地形一样，水位高程急剧变化，水位差达150m，水力坡降50%~100%，是地下水活动最强烈的地段。第三段为坡顶段（距河边350~550m范围内，一般距谷肩100m以里），该段地下水位相对较统一，水位埋深在100~150m之间，水面与地形面坡度基本一致，水力坡降约10%。右岸近河谷段地下水位与河水位基本一致。其余水位高程分布散乱，高低悬殊，相邻钻孔水位差可达百米，水力坡降自10%~300%均有分布。

（3）两岸地下水位变幅在1.7~21.1m之间。近河谷段水位变幅大，为10~20m，与河水位变幅一致。远离河谷段水位变幅在10m以下，干湿季节水位差别不大，表明降水难以直接下渗补。

5 水文地质结构特征

玄武岩水文地质结构以裂隙结构为主，可进一步划分为块裂结构、网络裂隙结构和脉状结构。脉状结构由断层及缓倾错动带构成，构成渗流场的主干网络。脉状结构在垂直结构面方向上阻水，平行于结构面方向导水，具有非均质性和各向异性。错动带上、下盘有相对独立的水流系统，上盘岩体裂隙水接受垂向补给后，主要沿错动带水平向往岸坡排泄，少量垂直向下排泄。由于地下水主要发生近水平向流动，下盘岩体垂向上得不到充足的补给，便产生了分层现象，钻孔揭穿缓倾角错动带时，地下水位突降。

6 水化学特征

两岸裂隙水分浅部、中部和深部三个水质带。浅部水质带与地表水相近，水质类型以HCO3--Ca2+?Mg2+为主，或HCO3-?SO42--Ca2+?Mg2+，分布于距岸坡水平距离50~100m的块裂结构岩体内。中部水质带为浅部重碳酸盐型水向深部硫酸盐型水的过渡带，水质变化较大，与浅部裂隙水最大区别是K++Na+增加、Ca2+、Mg2+减少，弱酸减少、强酸增加，水质有HCO3--K++Na+、HCO3-?SO42--Ca2+? Na+等类型。深部水质带分布于离岸坡水平距离约200m的山体内，水质类型主要为CO32-?SO42--K++Na+、PH值大于9的强碱性极软水。坝区地表水、岸坡裂隙水对混凝土不具腐蚀性，但深部水质带对混凝土具溶出类腐蚀性。

7 岩体渗透性研究

通过现场大量的原位试验及室内试验，查明了坝区各类岩体及软弱结构面的透水性，见表1、表2。表1 玄武岩渗透系数建议值

9 处理建议

（1）坝基岩体以以弱透水性为主，相对隔水层埋深变化大；坝基岩体内缓倾角错动带贯通性好，其渗透性大都比围岩大一个量级。大坝存在坝基渗漏、绕坝渗漏问题，建议沿线进行防渗帷幕灌浆，帷幕应进入相对隔水层内一定深度，帷幕下游设置排水措施，以便有效减低渗压，防止渗透变形。

（2）对渗透稳定性较差的脉状结构，应加强灌浆，并增设排水廊道或排水孔，降低扬压力，控制其渗透变形。

10 结论

（1）坝区玄武岩裂隙结构可划分为块裂结构、网络裂隙结构和脉状结构三个次一级结构。缓倾角错动带在水平面上呈导水性，在垂向上呈阻水性，起到了相对隔水层的作用，在空间上与玄武岩构成互层状结构，使得坝区两岸地下水流具有分层性。

（2）除近河边孔外，两岸地下水均埋藏较深。除近河边孔地下水水位变幅较大，且与江水位变幅一致外，两岸地下水水位一般变幅不大。

（3）根据现场大量试验，坝基岩体渗透系数在1.0×10-5~1.0×10-3cm/s之间，结构面渗透系数在10-4~10-2cm/s量级，脉状结构临界水力坡降0.6~3.5。

（4）坝基岩体以弱透水为主，并发育脉状透水结构，存在坝基和绕坝渗漏，应采取防渗措施，帷幕深度应进入相对隔水层。软弱结构

面易产生渗透变形，建议在结构面发育部位加强灌浆，并增设排水廊道或排水孔。