某水電站廠房圍堰基坑承壓水評(píng)價(jià)

某水電站廠房圍堰基坑承壓水評(píng)價(jià)

1廠區(qū)地面擋水發(fā)電樞紐工程沙灣水庫(kù)遺址位于廣東省樂沙灣區(qū)蘆鎮(zhèn)河段。水庫(kù)中心由左到右組成，包括非溢流水庫(kù)、旁路洪水站、水庫(kù)中心和右岸旁路水庫(kù)。水庫(kù)位于河床的右側(cè)。擋水發(fā)電樞紐工程施工導(dǎo)流采用兩期導(dǎo)流方案,一期采用束窄河床全年導(dǎo)流。圍堰于2005年初進(jìn)行填筑,2005年9月完成一期圍堰防滲墻施工,2005年11月一期圍堰基坑進(jìn)行開挖。當(dāng)2006年3月基坑挖至398m高程時(shí),上游圍堰與縱向圍堰結(jié)合地段陸續(xù)出現(xiàn)漏水及涌水現(xiàn)象,基坑開挖被迫停止,經(jīng)重新防滲處理后,基坑于2006年12月抽排水至388m高程,恢復(fù)正常施工開挖。2工廠的深水孔技術(shù)的地質(zhì)條件2.1下伏基巖巖性特征大渡河在該河段河谷開闊,河流由N55°W轉(zhuǎn)S20°W流經(jīng)本區(qū),河床高程410m~420m。據(jù)樞紐區(qū)鉆探揭示,廠房基坑內(nèi)覆蓋層深厚,河床砂卵石層最大厚度達(dá)66m,其物質(zhì)成份中、上部為第四系全新統(tǒng)現(xiàn)代河流沖積堆積層(Q42al),下部為第四系上更新統(tǒng)沖、洪積堆積(Q3al+Pl)層,厚0~44.5m;物質(zhì)組成上部為礫卵石夾粉土,下部為礫卵石夾砂,層中局部夾砂層及粘土夾礫石透鏡體,砂層透鏡體最大厚度達(dá)18.08m。下伏基巖巖性為三疊系中統(tǒng)雷口坡組(T22l~T52l)層之泥質(zhì)白云巖、巖溶角礫巖、泥質(zhì)白云巖和灰?guī)r。巖體內(nèi)T32l層巖溶角礫巖具中等巖溶發(fā)育,完整性差。據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn),段內(nèi)基巖除泥質(zhì)白云巖外,其它各類巖體滲透性均較強(qiáng),屬中等透水層,泥質(zhì)白云巖透水性較弱,透水率大多小于5Lu。鉆孔揭示該層巖石中有巖溶承壓水發(fā)育,隔水頂板高程339.74m~348.87m,實(shí)測(cè)承壓水頭78.42m~86.42m,涌水量2.7L/min~387.0L/min。一期圍堰基坑設(shè)計(jì)擬定開挖高程360m,開挖最大深度約60m。因此,廠房基坑施工開挖后深基坑的邊坡穩(wěn)定,尤其是砂層透鏡體邊坡穩(wěn)定以及基坑內(nèi)巖溶承壓水的發(fā)育,是其主要的工程地質(zhì)問題。2.2廠基溶膠試驗(yàn)2.2.1承壓水分布特征沙灣電站壩址區(qū)河床覆蓋層深厚,河床砂卵石層最大厚度約66.0m,據(jù)鉆孔揭示,壩址區(qū)內(nèi)承壓水主要分布于右側(cè)廠房壩段的T22l層之泥質(zhì)白云巖中。在壩址區(qū)26個(gè)鉆孔中,只有沙下ZK101、ZK102、ZK106、ZK121四個(gè)孔揭示了承壓水全都分布于一期圍堰基坑內(nèi)。鉆孔資料顯示,承壓水頂板埋藏深度距河床基巖面以下3.32m~50.95m(承壓水分布特征見表1)。對(duì)左側(cè)河槽及圍堰鉆孔,均未發(fā)現(xiàn)巖溶承壓水分布。由表1可知,壩址區(qū)承壓含水層厚度不均,差異較大,最大為12.61m,最小僅為3.6m。表1中顯示,承壓水含水層厚度愈大,其承壓水頭及涌水量就大,反之相對(duì)就小,反映出段內(nèi)承壓水水頭和涌水量均受含水層厚度控制的特點(diǎn)。施工過程中在原揭示承壓水鉆孔附近布置多孔鉆進(jìn),但多數(shù)鉆孔不能擊中(穿)這些富含承壓水的巖溶管道,即未能揭示到承壓水,故充分說明了段內(nèi)巖溶承壓水為局部、脈狀發(fā)育的分布特征。2.2.2承壓水、水文及基坑內(nèi)地表水化學(xué)成因分析據(jù)巖溶承壓水的同位素測(cè)試資料,承壓水δD值為-60.5‰~-80.4‰,δ018值為-9.90‰~-12.80‰,是地下水中氫氧同位素最低的水體,氚濃度平均值為8.4Tu,經(jīng)計(jì)算,水年齡約為11~17年。同位素測(cè)試成果見表2。據(jù)水質(zhì)簡(jiǎn)易分析成果顯示,承壓水中SO4--含量、礦化度均較高,水中SO4--含量最小值為1595.56mg/L,最大值為2276.62mg/L,礦化度為2.8mg/L~3.3mg/L,為低~中等礦化水(微~半咸水)。同時(shí),水質(zhì)分析成果也反映出承壓水水化學(xué)成份較為穩(wěn)定。由此表明,巖溶承壓水補(bǔ)給源較高且遠(yuǎn)、逕流緩慢、排泄不暢、水交替作用較弱。承壓水、河水及基坑內(nèi)地表水水質(zhì)簡(jiǎn)易分析試驗(yàn)成果見表3、表4。由表3、表4可知,區(qū)內(nèi)承壓水、河水及基坑內(nèi)地表水其水化學(xué)成份除SO4--含量存在非常大的差異外,其它化學(xué)成份總體差異不甚明顯。因此,僅根據(jù)水化學(xué)成份便可大致鑒別出基坑內(nèi)的水源補(bǔ)給情況。2.2.3通過分析巖石承壓水的成因2.2.3.向斜斷裂帶,自由生長(zhǎng),開采規(guī)律在承載力沙灣電站壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造上沫江向斜揚(yáng)起端南西翼,壩軸線距向斜核部直線距離約510m,在北東和南西方向,分別發(fā)育兩條NW向的斷裂構(gòu)造———灌凹頂斷層和羅一溪斷層,電站樞紐區(qū)即處于兩條NW向斷裂構(gòu)造所構(gòu)成的狹長(zhǎng)型地塊內(nèi)。在向斜兩翼,均大面積分布三疊系中統(tǒng)雷口坡組和下統(tǒng)嘉陵江組之可溶性巖層。向斜核部及其附近地層擠壓作用強(qiáng)烈,巖層破碎,完整性差,拉張裂隙較發(fā)育。這些裂隙的存在,為地下水的運(yùn)動(dòng)提供了良好通道,同時(shí)也為地下水儲(chǔ)存提供了空間。向斜兩翼地層中的地下水,便可通過這些裂隙源源不斷向向斜核部匯集。據(jù)沙下ZK101、沙下ZK121等鉆孔電視顯示,巖溶承壓水多沿NW~SE向的裂隙涌出。2.2.3.地表及地下巖溶發(fā)育如前所述,段內(nèi)河床覆蓋層深厚,河床砂卵礫石層下伏基巖巖性為三疊系中統(tǒng)雷口坡組T2l3、T2l2層之巖溶角礫巖和泥質(zhì)白云巖,其上為T2l4、T2l5之泥質(zhì)白云巖及灰?guī)r,其下為T2l1層之白云巖,巖層產(chǎn)狀N50°~70°W/NE∠5°~9°,平面反映為傾向右岸偏上游。灰?guī)r、巖溶角礫巖及白云巖,巖石較破碎,完整性較差,透水性較強(qiáng),為中等巖溶發(fā)育,溶孔、溶穴、溶洞隨處可見,是區(qū)內(nèi)地下水運(yùn)動(dòng)的主要通道之一,為地下水的補(bǔ)給和徑流創(chuàng)造了條件,同時(shí)也是含水層的儲(chǔ)水空間之一部份;泥質(zhì)白云巖,巖性軟弱,強(qiáng)度較低,但巖性相對(duì)較致密,透水性較弱,基本構(gòu)成了封閉承壓水的頂?shù)装鍘r體。2.2.2.3巖溶因素。在沙灣電站壩址區(qū),除第四系松散堆積層較發(fā)育外,三疊系中統(tǒng)雷口坡組之可溶性巖石廣泛出露,在壩址區(qū)右岸的李山溝~懸坑地一帶以及壩址區(qū)右岸下游的老人洞~干溪埂一帶,地表均有一系列的溶蝕洼地呈串珠狀發(fā)育。特別是在老人洞~干溪埂一帶,溶蝕洼地尤如繁星點(diǎn)點(diǎn),星羅密布,為大氣降水的匯集提供了條件。在溶蝕洼地底部或中央,多有規(guī)模不等的落水洞發(fā)育,是大氣降水匯集下滲而成為地下水的主要涌道。因此,地表、地下巖溶的共同發(fā)育,為地下水提供了源源不斷的補(bǔ)給源,為巖溶承壓水的形成提供了物質(zhì)上的保證。在壩址區(qū)上游,雖然地表巖溶不及下游發(fā)育,但可溶性巖石出露地表的面積大、范圍廣,巖體受各種地質(zhì)構(gòu)造作用及天然地質(zhì)營(yíng)力(如風(fēng)化等)的影響,不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種破裂結(jié)構(gòu)面。這些破裂結(jié)構(gòu)面即為大氣降水下滲的主要通道,成為該范圍內(nèi)的地下(承壓)水主要補(bǔ)給源。2.2.4地下水補(bǔ)徑排特征如前所述,沙灣電站在構(gòu)造上位于灌凹頂和羅一溪兩條斷層間的狹長(zhǎng)型地塊內(nèi),地塊內(nèi)僅發(fā)育一較大規(guī)模的褶皺構(gòu)造———沫江向斜,電站樞紐區(qū)則處于沫江向斜核部附近,從構(gòu)造的角度分析,向斜核部最有利于地下水的儲(chǔ)存與匯聚,為巖溶承壓水的形成具備了條件。在向斜兩翼,大面積分布有可溶性碳酸鹽類巖石,這些可溶性巖體內(nèi)發(fā)育的各種地表及地下巖溶系統(tǒng),都可能是地表水的下滲通道而成為巖溶承壓水的補(bǔ)給源。根據(jù)上述幾處平面地質(zhì)調(diào)查分析,大渡河左岸軫溪鄉(xiāng)鄧燒房附近一帶出露的T22l層泥質(zhì)白云巖,距壩址區(qū)直線距離4.7km~4.8km,分布位置較高,山頂處大部份T2l組地層被風(fēng)化剝蝕,僅局部殘留T2l1~2層之巖體,且厚度已十分有限,對(duì)地下水不能構(gòu)成較大范圍的補(bǔ)給,因此地下水量也十分有限,況且與壩址區(qū)之間尚有先村溝和六井溝等切割較深的溝壑發(fā)育,溝底最低高程約420m,地下水補(bǔ)給源很可能被這些切割很深的溝壑所切斷,而不能有效地補(bǔ)給壩址區(qū)內(nèi)的承壓含水層。據(jù)此分析認(rèn)為,壩址區(qū)承壓含水層補(bǔ)給區(qū)分布范圍在其左岸的可能性不大。在大渡河右岸,壩址區(qū)上游一側(cè)為沫江向斜的北東翼,壩軸線下游一側(cè),為沫江向斜的南西翼,地面高程475m~585m,該區(qū)域內(nèi)溶蝕洼地分布范圍廣、規(guī)模較大,為大氣降水的主要匯聚場(chǎng)所。洼地中央均有落水洞發(fā)育,可見深度一般為7m~10m。這些溶蝕洼地或落水洞,完全可能貫穿T22l層的泥質(zhì)白云巖或T12l層白云巖。大氣降水在溶蝕洼地匯聚并沿落水洞下滲后,繼續(xù)沿巖層層面或某些地下巖溶管道(溶洞、溶隙或溶穴等)向上游(壩址區(qū))運(yùn)動(dòng),并在沫江向斜核部匯集而成為區(qū)內(nèi)巖溶承壓水補(bǔ)給源。在施工過程中,對(duì)右岸PD3號(hào)平硐內(nèi)的沙下ZK107鉆孔進(jìn)行了地下水位觀測(cè),其觀測(cè)成果見表5。由表5可以看出,右側(cè)山體內(nèi)地下水與圍堰基坑內(nèi)的積水有著十分密切的水力聯(lián)系,在圍堰基坑內(nèi)水位不斷下降的同時(shí),山體內(nèi)的地下水位也隨之下降。因此我們認(rèn)為,大渡河在該河段仍為補(bǔ)給型河流,即水文地質(zhì)條件為地下水補(bǔ)給河水,山體內(nèi)的地下水除向河流排泄外,與巖溶承壓水的關(guān)系仍然十分密切。終上所述,沙灣電站壩址區(qū)因其獨(dú)特的地質(zhì)環(huán)境,為區(qū)內(nèi)地下承壓水的形成、發(fā)生、發(fā)展具備了空間條件,地質(zhì)構(gòu)造為地下水的賦存提供了場(chǎng)所,地層巖性為承壓水的形成具備了條件,而地表及地下巖溶系統(tǒng)的發(fā)育則為承壓含水層提供了物質(zhì)(水源)保障,因此反映出該區(qū)承壓水具有埋藏深度較大、水頭高、流量穩(wěn)定、補(bǔ)給范圍大、排泄不暢,水循環(huán)交替作用慢的特點(diǎn)。從壩址區(qū)所處的地形地貌及地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造情況綜合分析,區(qū)內(nèi)承壓水的主要補(bǔ)給源應(yīng)在大渡河右岸。3基坑開挖及承壓水排放由于承壓水呈帶狀、管狀分布,且埋藏深度大、補(bǔ)給范圍寬,水循環(huán)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,在開挖過程中也不會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模的抬動(dòng)風(fēng)險(xiǎn),因此對(duì)該承壓水采取以下措施進(jìn)行處理:(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,在開挖至基底附近時(shí),對(duì)于承壓水上覆巖體較薄的容易抬動(dòng)部位應(yīng)注意觀測(cè),及時(shí)造孔排放;(2)在基坑開挖過程中,經(jīng)常進(jìn)行SO4--離子測(cè)定,以此推斷基坑內(nèi)是否有承壓水直接出露;(3)基坑開挖至建基面后,若出露承壓水,視具體情況采取以下措施:1)承壓水出露為分散型,在巖溶角礫巖內(nèi)開挖溝槽引排至下游,集中排至大渡河;2)承壓水出露為集中型,則用管道(預(yù)制管、鋼管、PVC管等)引排至下游,再排至大渡河。對(duì)承壓水采取上述措施處理結(jié)果表明,措施得當(dāng),效果明顯,最大限度地減小或消除了承壓水對(duì)基坑施工的影響,保證了基坑施工的順利進(jìn)行,滿足設(shè)計(jì)要求。2010年3月四川大渡河沙灣水電站四臺(tái)機(jī)組全部并網(wǎng)發(fā)電。4承壓水在民事執(zhí)行中出現(xiàn)的問題4.1承壓水是我們經(jīng)常遇到的不利工程地質(zhì)問題,它對(duì)工程建設(shè)的各階段都有潛在的危害,特別是像沙灣水電站這樣高水頭、大流量的承壓水,直接關(guān)系到工程前期施工方案的布置及