摘要：江埡大壩于1998年10月18日下閘蓄水。在初期運(yùn)行過(guò)程中，8#壩段壩基主排水孔發(fā)生突發(fā)性強(qiáng)涌水，攜帶出中、粗砂20余m3，基礎(chǔ)廊道被淹。積水抽干后，通過(guò)各項(xiàng)觀測(cè)、孔內(nèi)電視、水文地質(zhì)條件和滲控工程布置特征等綜合分析，查明了壩基主排水孔涌水來(lái)自左岸山體。管涌原因是防滲帷幕阻斷了下部含水層的滲流排泄通道，兩岸壩肩幕后山體排水未形成，無(wú)新的排泄出逸處，主排水孔未設(shè)反濾。暴雨期間排泄不暢，地下水急驟升高，使壩基層間溶蝕帶內(nèi)的充填物產(chǎn)生滲透破壞，出現(xiàn)管涌。對(duì)管涌發(fā)生情況、管涌原因、處理步驟、完善排水設(shè)施、處理效果與體會(huì)作了全面闡述。

關(guān)鍵詞：排水孔；管涌；排水設(shè)計(jì)；處理；江埡電站

1 前言

江埡大壩為全斷面碾壓混凝土重力壩，最大壩高131m，壩頂長(zhǎng)度367m，由河床溢流壩和左、右岸非溢流壩組成。壩叢為層狀灰?guī)r透水巖體。為截?cái)嗷A(chǔ)滲流，降低基礎(chǔ)揚(yáng)壓力，防止集中滲流，避免基礎(chǔ)層間剪切帶中泥化夾層的滲流破壞，采用灌漿帷幕與排水相結(jié)合的基礎(chǔ)滲流控制措施，以保證滲透穩(wěn)定和大壩安全。壩基防滲帷幕軸線位于壩軸線下游5.5m，自兩岸壩端轉(zhuǎn)折向上游，沿河岸山坡前緣延伸至3#、4#沖溝與P1q1-2隔水層及設(shè)計(jì)水位237.59m高程封閉，形成向上游開(kāi)口的“梯形”。近河岸地段的帷幕下游設(shè)一道主排水孔，河床壩段幕后設(shè)一道主排水，兩道副排水孔。1998年10月18日導(dǎo)流洞下閘蓄水投入初期運(yùn)行，1999年6月下旬壩區(qū)連日降雨，6月30日凌晨，8#壩段1#、2#、6#基礎(chǔ)主排水孔發(fā)生突發(fā)性強(qiáng)涌水，并攜帶出20余m3中、粗砂及少量細(xì)礫噴出孔口(以下稱“管涌”)，廊道被淹。將廊道積水抽干清淤后，查明基礎(chǔ)排水孔涌水來(lái)自左岸山體。查明了基礎(chǔ)排水孔管涌”原因，提出了管涌處理步驟和兩岸山體排水補(bǔ)充設(shè)計(jì)與完善排水系統(tǒng)的措施。有關(guān)專家認(rèn)為，處理措施得當(dāng)，效果明顯。

2 地質(zhì)條件與滲控工程布置特征

2.1 地質(zhì)條件

壩基持力層為下二迭棲霞組(P1q)，主要巖性為中一厚層狀灰?guī)r夾頁(yè)狀滑石化灰?guī)r，巖石新鮮完善。巖層走向55°～65°，橫切河谷與河流方向近于正交。傾向下游(SE)，傾角35°～41°。壩基范圍內(nèi)僅見(jiàn)有4條小斷層。裂隙不甚發(fā)育，大多延伸不長(zhǎng)，切割不深。層間剪斷錯(cuò)動(dòng)帶發(fā)育，共有19層，其透水性微弱，具各向異性特征。壩區(qū)巖溶主要以沿NW、NNE向裂隙或斷層形成的構(gòu)造溶蝕和層面溶蝕，在交匯帶處，局部形成管道狀溶洞，是巖溶水活動(dòng)排泄的主要通道，壩基范圍內(nèi)共有層間溶蝕帶9層。巖溶的發(fā)育規(guī)律和地下水的活性特征都明顯受相對(duì)隔水層控制，其表現(xiàn)為：巖溶以順層和構(gòu)造裂隙發(fā)育為主，多限于各含水層之間，地下水順層面向河床排泄，兩岸上、下含水層分布有其獨(dú)立的巖溶發(fā)育和地下水排泄系統(tǒng)，河岸邊有各自的排泄出口泉水分布。

大壩座落于下部(部分)巖溶含水層，中部相對(duì)隔水層和部分上部巖溶含水層之上，原下部含水層地下水排泄出口W25泉被大壩壩基混凝土復(fù)蓋和灌漿封堵。

2.2 滲控工程布置特征

2.2.1 防滲帷幕

根據(jù)壩基巖體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和滲透特征，充分利用距建基面較近且滲透性較弱的P1q1巖組頁(yè)狀滑石化灰?guī)r、白云質(zhì)泥灰?guī)r和D3x巖組頁(yè)巖夾砂巖及石英砂巖等隔水巖層作為防滲依托，以封閉棲霞灰?guī)r等透水巖體的滲漏通道。壩基防滲帷幕軸線位于壩軸線下游5.5m，兩岸在壩軸線附近折轉(zhuǎn)向上游，沿河岸山坡前緣延伸至3#、4#沖溝與P1q1-2隔水層及設(shè)計(jì)水位237.59m高程封閉，形成向上游開(kāi)口的“梯形”。幕體防滲帷幕標(biāo)準(zhǔn)為透水率小于1Lu。

采用灌漿洞將主帷幕分段，使單層帷幕灌漿孔深度縮短至50m左右，上、下層帷幕呈迭瓦式分層搭接。帷幕灌漿孔河床三排，兩岸壩肩為二排，設(shè)計(jì)最大灌漿壓力4.5MPa，兩岸壩肩則視水頭大小和地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，灌漿壓力作了降低。

2.2.2 主副排水孔

主排水孔位于基礎(chǔ)灌漿廊道主帷幕下游，平行帷幕，分布在4#～8#壩段和左岸EL.193、右岸EL.186m以下的近河地段。主排水孔孔深為主帷幕深度的1/2～1/3，一般30～40m，傾向下游，頂角18°、30°，孔距3m，孔徑手φ110mm。

副排水孔位于主排水下游壩基中、下部，縱向廊道內(nèi)設(shè)兩道副排水孔，4#～8#壩段橫縫廊道內(nèi)各布設(shè)1道排水孔，排水孔孔深12～15m。副排水廊道與基礎(chǔ)灌漿廊道不連通。

3 排水孔“管涌”情況

1998年10月18日導(dǎo)流洞下閘封堵前，在壩190m高程以下的防滲帷幕與排水工程已完成并通過(guò)階段驗(yàn)收后投入初期運(yùn)行，1999年5月18日發(fā)電。1999年6月下旬壩區(qū)連日降雨，6月30日凌晨4時(shí)左右，河床基礎(chǔ)灌漿排水廊道8#壩段1#、2#、6#基礎(chǔ)主排水孔發(fā)生嚴(yán)重的突發(fā)性涌水，涌水前廊道內(nèi)發(fā)出一聲巨響，幾股水柱挾帶砂礫噴射至EL.133m處廊道頂拱，長(zhǎng)100余m的底層廊道很快被淹，水位由EL.120m上升至EL.146m的1#施工支洞流向壩下游，直至當(dāng)日15時(shí)許水位開(kāi)始回落。隨后開(kāi)始廊道抽水，在快將積水抽干排凈時(shí)，7月15日、16日又遇晝夜暴雨，8#壩段1#、2#排水孔又一次發(fā)生大量涌水，廊道再次被淹。將廊道積水抽干后查明：(1)“管涌”攜帶物質(zhì)共約20余m3，主要成份為含中、粗砂，夾有少量礫石、水泥結(jié)石及巖石碎塊，并見(jiàn)有一塊短柱狀巖芯。在“管涌”排水孔噴射水柱相對(duì)應(yīng)的廊道頂拱的混凝土面上，見(jiàn)有被高速水流沖刷的凹面兩處(面積0.3～0.4m2，深1～5cm)；(2)基礎(chǔ)排水孔涌水來(lái)自左岸山體，涌水時(shí)左岸繞壩滲流觀測(cè)孔水位高達(dá)240m；(3)對(duì)8#壩段2#、6#“管涌”孔進(jìn)行了孔內(nèi)電視觀察，分別在孔深36m和34m的F26斷層及K202層間溶蝕帶上見(jiàn)有明顯的沖刷、涌水現(xiàn)象，最大淘空高度25～40cm，寬5cm。

4 排水孔“管涌”原因分析

壩基排水孔“管涌”發(fā)生后，根據(jù)庫(kù)水位與被淹廊道動(dòng)態(tài)水位觀測(cè)，降雨與繞壩滲流觀測(cè)孔地下水位觀測(cè)、排水孔涌水量變化觀測(cè)資料分析，突發(fā)性強(qiáng)涌水的原因?yàn)椋?/p>

(1)8#壩段排水孔的涌水來(lái)自W25泉補(bǔ)給源。壩基開(kāi)挖后W25泉在2#灌漿洞口附近出露，雨季最大泉水流量1～3m3/min，枯水期流量變小，在帷幕灌漿施工前采用灌漿截堵等措施，將原下部含水層的排泄通道出口(W25泉)封堵。

(2)防滲灌漿帷幕軸線河床平行巖層走向和地下水流方向。兩岸則自壩端附近轉(zhuǎn)折向上游與巖層走向及地下水排泄方向正交，阻斷了下部含水層地下水滲流排泄通道。

(3)大壩防滲帷幕形成后，改變了地下水滲流場(chǎng)形態(tài)，帷幕體的上游延長(zhǎng)段則出現(xiàn)雙向受力特征，即：上游面承受來(lái)自庫(kù)水的滲透壓力，下游面承受來(lái)自山體地下水的滲透壓力。由于兩岸壩肩幕后排水和山體排水系統(tǒng)不完善，特別是W25泉被封堵后，無(wú)新的排泄出口，在帷幕和排水孔施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)K203、K202層間溶蝕帶有含泥中粗砂充填，可灌性差，未針對(duì)這一地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征對(duì)排水孔全面設(shè)置反濾。在雨季山體地下水升高更為明顯，增加了壩基深層揚(yáng)壓力。

(4)中部相對(duì)隔水層(P1q4-1)作為含水層頂板復(fù)蓋，致使暴雨期間下部含水層地下水位急驟升高后，使少數(shù)排水孔層間溶蝕和構(gòu)造溶蝕帶內(nèi)的充填物產(chǎn)生集中滲流，承受水頭壓力大，從而出現(xiàn)類似氣爆型的挾砂礫噴發(fā)性涌水。

5 “管涌”處理與排水系統(tǒng)完善

根據(jù)大壩基礎(chǔ)排水孔發(fā)生“管涌”前后繞壩滲流觀測(cè)資料顯示，兩岸山體地下水位最高時(shí)左岸EL.240m，右岸EL.220m，基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)的測(cè)壓管及壩內(nèi)揚(yáng)壓力計(jì)建基面上的揚(yáng)壓力小，與庫(kù)水位的變化無(wú)明顯關(guān)系。針對(duì)排水孔“管涌”的原因分析和存在的潛在隱患，設(shè)計(jì)單位提出1999年大壩安全度汛的臨時(shí)措施和完善排水系統(tǒng)的補(bǔ)充設(shè)計(jì)。

5.1 “管涌”處理 “管涌”處理方案經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)研究分以下三階

(1)增設(shè)低位排水孔形成新的排泄出逸處，降低山體地下水位 對(duì)“管涌”孔進(jìn)行灌漿加固處理前，首先利用順?biāo)飨虻筒课坏?號(hào)施工支洞和導(dǎo)流洞的幕后增設(shè)排水孔共26個(gè)，鉆孔總孔深1913.8m。排水孔穿過(guò)下部巖溶含水層(P1q2、P1q3)，終孔后安沒(méi)反濾裝置。高低相錯(cuò)的兩道排水幕形成后，有效地排除山體地下水，降低壩基揚(yáng)壓力起到了良好作用。1999年8月28日至29日壩區(qū)又連日降雨，2#施工支洞中新增的20個(gè)排水孔有15個(gè)出現(xiàn)涌水，總滲流量200L/min，與5#～8#壩段排水孔“管涌”前的總滲流量相近，此時(shí)，左岸繞壩滲流觀測(cè)孔地下水位顯著降低(最高水位EL.183.5m)。

(2)對(duì)“管涌”孔和滲流量大的排水孔進(jìn)行灌漿加固 對(duì)“管涌排水孔和相鄰部位滲流量變化異常的12個(gè)排水孔進(jìn)行灌漿加固，自低位開(kāi)始，分區(qū)施工。上述12個(gè)孔灌漿加固后，對(duì)相鄰部位滲流量增大的7個(gè)排水孔也進(jìn)行了灌漿。灌漿壓力1.0～1.5MPa，灌注材料原要求“管涌”段采用水泥砂漿灌注，經(jīng)5#壩段試灌后，耗灰量不大，故全部改為水泥漿材灌注，漿液配比1：1、0.8：1、0.5：1。排水孔灌漿加固共注入水泥85.7t。其中8#壩段1#、2#排水孔灌漿時(shí)相互串通，注入水泥25.6t，6#排水孔注入水泥29.1t，共注入水泥達(dá)54.7t。從灌漿資料成果分析，“管涌”對(duì)排水孔淘蝕影響較大，采用低壓全孔綜合灌漿工藝，還不能彌補(bǔ)對(duì)壩基巖體造成的損傷，需加固層間溶蝕帶含泥夾砂層的補(bǔ)強(qiáng)灌漿。

(3)對(duì)5#～8#壩段帷幕進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿 在主排水孔軸線上布置14個(gè)補(bǔ)強(qiáng)灌漿孔，總孔深528m，單孔孔深32～42m，傾向下游，頂角5°，采用自上而下分段灌漿，最大灌漿壓力2.0MPa。補(bǔ)強(qiáng)灌漿于1999年8月28日開(kāi)工，9月28日完工，平均單位水泥注入量36.23kg/m，其中6#壩段K201、K202層間溶蝕帶上，8#壩段F26斷層帶各有兩段單位水泥注入量大于100kg/m。14個(gè)補(bǔ)灌孔中有9個(gè)孔11段出現(xiàn)涌水，涌水孔深20.3～42m，最大涌水量34.8L/min，一般14～28L/min，最大涌水壓力0.2MPa。有涌水的孔段透水奉一般較大，可灌性相對(duì)較好，失水回濃較嚴(yán)重。補(bǔ)強(qiáng)灌漿結(jié)束后，分別在5#壩段和8#壩段各布檢查孔1個(gè)，壓水14段，小于1Lu的12段，大于1Lu的孑L段位于K202、K201層間溶蝕帶上，檢查孔有4段涌水，涌水壓力0.01～0.05MPa，涌水流量3.7～12.9L/min。本次補(bǔ)強(qiáng)灌漿位于主帷幕下游與主排水幕之間，對(duì)進(jìn)一步充填幕后“管涌”產(chǎn)生的淘蝕補(bǔ)強(qiáng)有一定作用，但對(duì)細(xì)微裂隙發(fā)育和含泥砂充填的層間溶蝕帶灌注效果不理想，補(bǔ)強(qiáng)措施值得進(jìn)一步研究。

5.2 補(bǔ)充完善壩基和兩岸山體排水設(shè)計(jì)

5.2.1 重新恢復(fù)被灌漿封堵的主排水孔

“管涌”處理灌漿時(shí)，將EL.120m基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)的主排水孔已灌漿封堵了19個(gè)，重新恢復(fù)排水孔23個(gè)，總孔深575m，鉆孔位于原布孔軸線上的排水孔之間，傾向下游，傾角20°、孔深25m，不穿過(guò)K201層間溶蝕帶。

5.2.2 兩岸壩肩增設(shè)山體排水洞和排水孔

(1)左岸自導(dǎo)流洞和2#施工支洞中段左側(cè)進(jìn)洞各開(kāi)挖排水洞1條。鉆排水孔104個(gè)，總孔深2254m。

(2)右岸排水洞自壩下游KL.210m進(jìn)洞，洞軸線長(zhǎng)305m。右岸壩頂交通洞(KL.245m)兼作排水，洞軸線長(zhǎng)304.95m。鉆排水孔118個(gè)，總孔深3567m。上層排水洞底板上的排水孔，鉆穿下層排水洞的頂拱，形成梳狀自流排水。

5.2.3 導(dǎo)流洞內(nèi)設(shè)阻水帷幕

為防止導(dǎo)流洞新增加的臨時(shí)排水孔和溶蝕通道與壩基內(nèi)溶蝕帶連通，在下游水位高于基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)的情況下產(chǎn)生反向滲流，同時(shí)阻止山體地下水滲入壩基，決定在導(dǎo)流洞堵頭下游河岸一側(cè)設(shè)置單排阻水帷幕。阻水帷幕經(jīng)檢查合格后，再在阻水幕左側(cè)鉆設(shè)9個(gè)永久性排水孔，單孔孔深50.5～77.5m，總孔深603m，并安設(shè)反濾裝置。導(dǎo)流洞12#排水孔鉆至孔深40.80m～50.90m時(shí)，初始涌水量達(dá)276L/min(1999年4月10日)。說(shuō)明阻水幕的作用明顯。

5.2.4 兩岸壩肩幕后及右岸1#、3#施工支洞內(nèi)增設(shè)排水孔

為避免再次出現(xiàn)幕后地下水位雍高，分別在兩岸壩肩1#～4#灌漿洞和施工支洞內(nèi)增設(shè)排水孔。上述部位合計(jì)共增加排水孔289個(gè)，總孔深6441m。

5.2.5 完善排水孔反濾設(shè)施

大壩基礎(chǔ)主副排水孔施工過(guò)程中遇到有流砂層的排水孔7個(gè)，設(shè)計(jì)要求下鋼花管進(jìn)行保護(hù)外，其余均未安設(shè)反濾裝置、管涌發(fā)生后，分別采用下列幾種反濾設(shè)施。

(1)采用鋼花管反濾裝置。

(2)兩岸山體排水洞、灌漿洞及1#、3#施工支洞等部位新增設(shè)的排水孔除φ60mm淺孔外，其余均安設(shè)φ80mm軟式排水管。

(3)引壩基副排水廊道抽水檢測(cè)孔深沖清淤后，重新安設(shè)φ65mm軟式排水管和孔口裝置。

6 結(jié)束語(yǔ)

(1)根據(jù)“管涌”原因分析研究確定了處理措施。在“管涌”處理過(guò)程中分為三個(gè)階段，以排泄降低山體地下水位為主體的處理思路清晰，措施穩(wěn)妥，施工快捷，確保了1999年的安全度汛和大壩蓄水的安全運(yùn)行。

(2)在完善排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分利用延伸自壩下游的各種地下洞室以及地形地質(zhì)條件的有利因素，再分層增設(shè)山體排水洞和排水孔，按照高水高排，低水低排，以自流為主，直接導(dǎo)引和抽排至壩下游的原則，自上而下形成完善的系統(tǒng)排水幕，經(jīng)兩個(gè)汛期檢驗(yàn)，處理效果明顯。

(3)完善壩基滲流控制的長(zhǎng)期觀測(cè)系統(tǒng)，建立健全各項(xiàng)觀測(cè)制度和規(guī)程，加強(qiáng)資料分析整理，及時(shí)進(jìn)行信息反饋，發(fā)現(xiàn)異常及早提出處理措施，防止基礎(chǔ)條件的惡化。

(4)大壩基礎(chǔ)排水孔采用的幾種反濾設(shè)施裝置，由于施工緊迫，未經(jīng)反濾效果現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，多數(shù)孔存在反濾花管不能緊貼孔壁問(wèn)題，建議在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行觀測(cè)檢查。

(5)復(fù)雜的水文地質(zhì)條件的壩基，在進(jìn)行滲控工程設(shè)計(jì)前，建議進(jìn)行三維滲流模型試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)成果，有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)，以避免出現(xiàn)重大失誤。

[作者簡(jiǎn)介]

作者簡(jiǎn)介：羅熙康，長(zhǎng)江水利委員會(huì)江埡工程監(jiān)理總站副總監(jiān)，高級(jí)工程師。