百色水利枢纽坝基防渗帷幕的初步研究

百色水利枢纽坝基防渗帷幕的初步研究玉华柱
广西水利电力勘测设计研究院　南宁　530023

引言

百色水利枢纽位于郁江上游的右江河段、广西百色市上游22 km处，是一座以防洪为主，结合航运、发电、兼顾灌溉及供水等综合利用的大型水利水电枢纽工程。拟建的碾压混凝土重力坝最大坝高130 m，坝顶高程234 m，全长700 m。设计正常蓄水位228 m，相应库容为58.4亿m³，其中防洪库容为16.4亿m³，可把南宁市的防洪能力从20年一遇提高到50年一遇。
在枢纽大坝工程中，坝基渗漏是一个既普遍又极其重要的水文地质问题，坝基、坝肩的渗流量过大，会使岩体性状恶化，影响大坝稳定，从而威胁工程安全运行。坝基、坝肩防渗的最常用方法是形成一道有效的防渗帷幕，而帷幕设计的主要地质依据就是岩体的透水性和渗流场的分布规律。
为此，本文根据大量的地质勘探和水文地质试验资料，对百色水利枢纽主坝坝基岩体的透水性进行综合分析，研究坝基的渗流分布规律，并初步提出大坝的防渗帷幕的形式、长度及深度。

1　地质概况

右江自北向南流过坝址。坝址河段为较平直的开阔“V”型斜向谷。平水期水面高程119.5 m，河床宽度45 m～110 m，砂卵砾石层厚度0 m～16 m不等，基岩顶板高程100 m～120 m。两岸岸坡不对称，左陡右缓，自然坡度分别为28°～32°和14°～20°。右岸坝基下游发育有右Ⅳ沟，其规模和下切深度较大，破坏了右岸山体的完整性。两岸残坡积层厚度一般0.5 m～7 m，局部9 m～11 m。
坝址出露地层主要有泥盆系中、上统的罗富组(D₂l)及榴江组(D₃l)和顺层侵入的华力西期辉绿岩(β^-1_μ4)(见图1)。按岩性和工程特性可分为3个工程地质岩组：坚硬的辉绿岩组(β^-1_μ4)；中等坚硬～坚硬的硅质岩、灰岩、泥质灰岩组(D₃l^2-1(1)，D₃l³,D₃l⁴,D₃l⁶,D₃l^8-1,D₃l⁹,D₃l¹⁰)；软弱的泥岩类岩组(D₃l¹,D₃l^2-1(2),D₃l^2-2,D₃l⁵,D₃l⁷,D₃l^8-2)。

图1　坝址平面地质略图

注：1.石英砂岩夹薄层泥岩；2.泥岩、硅质泥岩；3.硅质岩；4.泥岩；5.泥岩、泥灰岩；6.上部硅质岩，下部硅质岩与泥岩互层；7.硅质岩；8.华力西期辉绿岩；9.地(岩)层分界线；10.蚀变带及编号；11.断层破碎带；12.正断层及产状；13.逆断层及产状；14.推测背斜轴线；15.岩层产状;16.水边线；17.建筑物轮廓；18.正常蓄水位线。

构造上，坝址位于坡平顶背斜的南西翼，岩层呈单斜产出，产状稳定，一般为N50°～70°W，SW∠50°～60°，即倾向下游偏右岸，与河流呈50°～65°斜交。坝址区地质构造复杂，出露断层较多，可分北西和北东两组。北西组较北东组发育，规模也较大。而切割坝基的断层共有7条，全为北北东向～北东向的张扭性陡倾角断裂。其中，F₆断层规模最大，它从坝上游切至坝下游，破碎带宽3 m～4 m，充填物胶结不好，透水性较大。另外，辉绿岩与围岩接触部位蚀变严重，风化强烈，岩体破碎，形成具有一定规模的软弱层带。坝基岩体节理裂隙较发育(局部形成密集带)，共有5组，主要为北西向似层状和北东向中～陡倾角裂隙，而缓倾下游的节理裂隙不发育。裂隙充填物以方解石和石英脉为主，少数为全蚀变石榴石矽卡岩或岩屑，均为硬性结构面。
大坝布置在第一条辉绿岩(β^-1_μ4)上，岩体水平出露宽140 m～145 m，厚116 m～120 m(见图2)。坝基岩体坚硬，单轴饱和抗压强度120 MPa～180 MPa，物理力学性质较均一，但岩体完整性差。坝基属AⅡ，AⅢ，AⅣ类岩体。

图2　坝址右岸纵剖面示意图

2　坝基水文地质特征

2.1　水文地质条件
坝区地下水类型主要为基岩裂隙潜水，局部为洞穴潜水(D₃l^2-2，D₃l³的部分风化层)，水量不甚丰富。地下水受大气降水补给，向右江排泄。辉绿岩中地下水主要沿北西向裂隙(似层面)排向右江，沉积岩中地下水沿层面向河排泄，但由于辉绿岩和其两侧的硅质岩、硅质泥岩在透水性上存在较大差异，这样在辉绿岩两侧形成两条地下水洼槽(参见图2)。其特点是，洼槽中地下水位在距河边80 m～120 m范围内仍与河水基本持平。作为两洼槽分水岭的辉绿岩体，因其以50°～55°角倾向下游，故在平行河流向断面上，辉绿岩上游侧距接触蚀变带5 m～10 m处存在地下水“悬挂”的现象。
地下水一般属重碳酸钙镁(HCO₃-Ca-Mg)型水，PH值为6.97～8.11，对混凝土无侵蚀。
2.2　坝基岩体透水性
就岩性而言，无论是沉积岩还是侵入的辉绿岩，其透水性是微弱的。但由于坝址地质条件特殊、复杂，构造发育强烈，各岩层透水性差别较大。现将坝基辉绿岩及其上游侧主要岩层压水试验成果归纳列于表1。

表1　坝址各主要岩层岩体压水试验透水率范围值Lu

岩层代号 风化程度 左岸 河床 右岸 试验
段数 透　水　率 试验
段数 透　水　率 试验
段数 透　水　率 D₃l^2-1 弱～微 7 0.4～0.8 15 0.2～12.4 9 1.3～3.6 D₃l^2-2 弱～微 5 1.3～21.1 11 0.8～80.1 10 0.3～5.9 D₃l³ 弱 12 1.8～17.8 17 4.6～50.9 22 2.3～75.5 微 19 0.7～59.2 4 4.7～36.8 12 2.3～67.1 上游接触蚀变带 蚀变风化 5 1.4～3.8 7 3.3～55.6 7 5.1～46.2 β^-1_μ4 强 4 7.9～18.6 　 2 4.76～8.84 弱 33 0.7～7.0 23 2.4～13.5 47 0.8～9.69 微 182 0.1～17.33 95 0.7～9.3 97 0.04～14.0

为进一步弄清坝基岩体的透水特征，重点对β^-1_μ4辉绿岩体及上游侧D₃l³硅质岩体进行了深入研究。
根据坝基弱微风化辉绿岩405段压水资料分析，得出其不同部位透水率所占的百分比，见表2。从表2看出，坝基辉绿岩体的透水率一般为0.1 Lu～10 Lu。个别透水率较大的孔段主要集中在接触蚀变带、断层破碎带等构造发育的部位。总体上，左右岸以弱微透水为主，河床以弱透水为主。

表2　坝基辉绿岩体透水性统计成果表%

部位 弱　风　化 微　风　化 q＞10 q=3～10 q=1～3 q＜1 q=3～10 q=1～3 q＜1 左岸 10 18 24 48 8 23 69 河床 10 60 20 10 7 43 50 右岸 5 22 33 40 17 28 55

注：q的单位为Lu。

在D₃l³硅质岩体内，洞穴较发育，且风化深，其透水性较强，为中等透水。根据65段D₃l³硅质岩的压水试验资料来分析，得出结果如下：左岸(20段)透水率＞10 Lu的占30%，3 Lu～10 Lu的占55%，＜3 Lu的占15%；河床(24段)透水率为10 Lu～100 Lu的占50%，3 Lu～10 Lu的占46%，＜3 Lu的占4%；右岸(21段)透水率＞10 Lu的占12%，3 Lu～10 Lu的占12%，＜3 Lu的占76%。由此可看出，D₃l³岩层各部位透水性存在明显的差异，左岸主要为弱透水性，河床为中等或弱透水，而右岸则以微透水为主。

3　防渗帷幕设置原则与深度确定

根据水文地质试验成果，可绘出帷幕线渗透剖面图(见图3)。

图3　帷幕线渗透剖面示意图

坝基的渗漏形式主要表现为弱透水岩体中节理裂隙面的一般渗漏，以及沿断层破碎带、裂隙密集带的集中渗漏。为了减少绕坝渗漏量，降低两坝肩孔隙水压力，保证岸边坝段的稳定，需将灌浆帷幕向左右岸延伸至水库正常高水位与水库蓄水前两岸的地下水位线相交处。这样，从渗透剖面图可知，左右岸坝肩帷幕的延伸长度为：左坝头顺坝轴线方向往山里延伸约110 m；而右岸由于坝头端点正位于地下分水岭的最高点，地下水位高程仍低于正常蓄水位约20 m，帷幕线需从坝头以26°沿右山脊折向上游约60 m。因此，整条帷幕线全长约为870 m。
由于坝基岩体完整性、构造发育程度、风化深度等地质情况各不相同，造成岩体透水性存在着明显的差异。在坝基辉绿岩内，左岸岩体渗透性的变化规律明显，表部中等透水性岩体埋深5 m～15 m，弱透水带(q=1 Lu～10 Lu)下限埋深20 m～30 m，下部为微透水带。而右岸及河床部位则没有很明显的变化规律性，各透水带分界线呈凹凸状起伏变化，且局部呈透镜状。下伏D₃l³硅质岩体渗透性相对较强，其透水率一般为10 Lu～100 Lu，属中等透水，其深度到80 m～90 m，局部达100 m才到微弱透水泥岩(参见图

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