朱 永 國(guó)， 唐 珂， 戴 繪

(國(guó)電大渡河猴子巖水電建設(shè)有限公司，四川 康定 626001)

1 工程概況

猴子巖水電站是大渡河干流水電梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃的第9個(gè)梯級(jí)電站，電站裝機(jī)容量1 700 MW(425 MW×4臺(tái))。壩址控制流域面積54 036 km2，多年平均流量774 m3/s。水庫(kù)正常蓄水位1 842 m，相應(yīng)庫(kù)容6.62億m3。電站主要樞紐建筑物包括混凝土面板堆石壩、左岸深孔泄洪洞和非常泄洪洞(結(jié)合1#導(dǎo)流洞改建)、右岸溢洪洞和泄洪放空洞、右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)等。施工期間采用隧洞導(dǎo)流，兩條導(dǎo)流洞等高程平行布置于左岸，進(jìn)口底板高程1 698 m，出口底板高程1 693 m。

面板堆石壩最大壩高223.5 m，壩頂長(zhǎng)度278.35 m，壩頂寬度13.2 m。壩體自上游面至下游面大致分為：輔助防滲鋪蓋、混凝土面板、墊層料、過(guò)渡料、堆石料、大塊石護(hù)坡、壩腳壓重體。壩體上游壩坡1∶1.4，下游壩坡考慮壩后“之”字形道路的綜合坡比1∶1.6。壩體填筑方量963萬(wàn)m3(其中上游鋪蓋填筑量66萬(wàn)m3)。為有效監(jiān)測(cè)運(yùn)行期壩體滲流量，結(jié)合壩后量水堰設(shè)一道防滲墻，防滲墻基礎(chǔ)嵌入基巖1 m，兩端與岸坡結(jié)合部設(shè)30 m深扇形帷幕以確保阻滲效果。

2 地質(zhì)特點(diǎn)

猴子巖面板堆石壩河谷特別狹窄，屬典型的“V”型河谷。兩岸地形陡峻，臨河山體坡度約60°～65°，臨河坡高大于800 m。兩岸山體為厚層―巨厚層狀(局部薄層狀)白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r，夾含絹云母變質(zhì)灰?guī)r等，巖石總體上堅(jiān)硬完整，分布少量層間擠壓破碎帶和斷層破碎帶。前期地質(zhì)鉆孔揭示：1 700 m高程以上兩岸山體淺表卸荷發(fā)育，深部發(fā)育有溶孔、溶隙，存在深卸荷裂隙，兩岸地下水水平埋藏較深。天然河床(高程1 700 m)以下巖溶發(fā)育，地下水低緩但活動(dòng)頻繁，水力聯(lián)系較強(qiáng)。[1]

壩址河床覆蓋層最深達(dá)75 m，自下而上分為四層：第①層為含漂(塊)卵(碎)砂礫石層，厚約10 m～40 m，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，透水性強(qiáng)，承載力較高。第②層為粘質(zhì)粉土，連續(xù)分布，一般厚13 m～20 m，微透水，承載力低，抗變形能力弱,為可能液化土層，對(duì)壩坡穩(wěn)定和大壩的應(yīng)力變形影響較大。第③層為含泥漂(塊)卵(碎)砂礫石層，厚度約5 m～26 m，結(jié)構(gòu)稍密實(shí)，透水性較強(qiáng)。第④層為孤漂(塊)卵(碎)砂礫石層，厚度約3 m～15 m，結(jié)構(gòu)較松散，強(qiáng)透水。由于第②層影響壩體穩(wěn)定、必須挖除。因此，軸線下游保留河床覆蓋層第①層、第②層及其上部覆蓋層全部挖除；壩軸線上游大部分開挖至基巖，建基面高程1 627 m～1 631 m，最低高程約1 625 m，河床趾板基礎(chǔ)用混凝土回填至1 635 m高程。

由于河床基坑開挖深度達(dá)75 m，上下游圍堰相距約1.2 km，基坑匯水面積大，開挖施工過(guò)程中在大壩基坑上、下游設(shè)置了分級(jí)抽排水系統(tǒng)，總體抽排水能力按照9 950 m3/h配置[2]。施工期間實(shí)測(cè)基坑滲水量約1 400～1 800 m3/h。單獨(dú)就猴子巖面板堆石壩而言，由于基坑深、河谷深切、兩岸山體深層卸荷裂隙發(fā)育、地表降雨匯水面積大、近1/3壩高位于原河床以下且壩體下游設(shè)有防滲墻等原因，導(dǎo)致壩體反向排水具有特有的技術(shù)難度與挑戰(zhàn)，本文擬專門介紹本工程堆石壩體施工期反向排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與運(yùn)行情況。

3 壩體反向排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 壩體反向排水量估算與總體方案

國(guó)內(nèi)外曾發(fā)生多起面板堆石壩施工期間因壩體內(nèi)反向排水不暢而破壞上游壩坡或面板的案例。因?yàn)閴|層料為相對(duì)不透水層，當(dāng)壩體內(nèi)外水位差高于墊層料坡面或面板的承受能力時(shí)就必然發(fā)生墊層料的滲透破壞，甚至可能導(dǎo)致面板發(fā)生失穩(wěn)破壞、止水結(jié)構(gòu)被拉裂。因此，在壩體填筑施工期間，包括在面板混凝土施工完成后、大壩上游鋪蓋填筑前，壩體內(nèi)的積水必須及時(shí)排出。面板堆石壩施工期壩體內(nèi)積水主要來(lái)源于兩岸山體地下水(包括上下游圍堰繞滲、導(dǎo)流洞滲水等)、地表降雨下滲、堆石料碾壓加水和施工棄水等。

在壩基河床覆蓋層開挖過(guò)程中，對(duì)壩體范圍內(nèi)兩岸山體地下水、包括上下游圍堰繞滲、導(dǎo)流洞滲水等已有比較準(zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)，枯期約500 m3/h?？紤]到汛期降雨、碾壓加水和施工棄水等因素，猴子巖面板堆石壩壩體反向排水量估算約1 000 m3/h。

由于猴子巖大壩基坑深達(dá)75 m，綜合考慮后期壩體反向排水系統(tǒng)的封堵施工以及封堵期間的面板安全，壩體反向排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為分級(jí)抽排方案，具體分為上游反向排水系統(tǒng)和下游排水豎井。上游反向排水系統(tǒng)負(fù)責(zé)上游排水豎井井口高程(約1 660 m)以下輔助防滲鋪蓋填筑完成前的壩體反向抽排水。下游排水豎井負(fù)責(zé)上游排水豎井封堵、以及高程1 660 m至1 690 m壩前輔助防滲鋪蓋填筑期間的壩體抽排水。

3.2 上游反向排水系統(tǒng)

上游反向排水系統(tǒng)平面圖、剖面圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 上游反向排水系統(tǒng)平面圖

大壩施工期間，壩體內(nèi)積水主要通過(guò)8根DN325的排水鋼管(每根長(zhǎng)約43 m)排至壩前集水井，再通過(guò)基坑抽排水系統(tǒng)將水排至基坑外。排水鋼管埋設(shè)高程1 635.00 m。為了使壩體內(nèi)積水能夠及時(shí)有效匯集排除，在壩體上游樁號(hào)(壩)0-257.60 m處布置一水平排水暗溝和兩個(gè)內(nèi)徑為2 m的排水豎井，排水鋼管伸入排水暗溝和排水豎井中。排水暗溝采用粒徑為2 cm～10 cm的碎石料回填，排水豎井結(jié)構(gòu)布置型式從內(nèi)至外分別為鋼筋籠、鐵絲網(wǎng)、粒徑為2 cm～10 cm的碎石料、過(guò)渡料等。排水豎井和排水暗溝底部為壩基開挖后的基巖面，高程約1 630 m。排水暗溝頂部略高過(guò)排水鋼管，排水豎井頂部高程為1 665.29 m。

3.3 下游反向排水豎井

下游反向排水豎井的平面布置圖和剖面圖分別如圖3、圖4所示。下游反向排水豎井布置于壩體下游的壩后壓重體內(nèi)、壩后量水堰防滲墻的上游側(cè)，豎井底部高程為1 652 m(即保留的河床覆蓋層第①層的頂部高程)，頂部高程為1 690 m(壩體施工期壓重體平臺(tái)高程)。排水豎井的結(jié)構(gòu)型式同上游排水豎井。為與豎井外側(cè)壩體填筑料一致、防止壩基砂礫石層細(xì)顆粒流失，豎井底部鋪填1.6 m厚反濾料。

圖2 上游反向排水系統(tǒng)剖面圖

圖3 下游反向排水豎井平面布置圖

4 壩體反向排水系統(tǒng)運(yùn)行

猴子巖面板堆石壩于2013年6月開始?jí)误w堆石料填筑，上游排水豎井、排水暗溝、排水鋼管于2013年10月初形成并投入運(yùn)行，2014年11月至2015年1月完成一期面板(高程1 738 m以下)混凝土施工，2015年4月進(jìn)行上游壩體反向排水鋼管封堵，2015年5月至6月完成壩前1 665 m高程以下輔助防滲鋪蓋回填與排水豎井封堵施工，2015年7月至9月完成壩前高程1 665 m至1 690 m輔助防滲鋪蓋回填施工；2015年12月完成壩體填筑施工，2016年2月至5月完成二期面板(高程1 738 m～1 810 m)混凝土施工，2016年6月完成下游排水豎井回填封堵施工。

施工期壩體反向排水系統(tǒng)的運(yùn)行大體分為三個(gè)階段：

第一階段：2013年10月～2015年4月，壩體內(nèi)積水由8根DN325鋼管排至壩前集水井。這期間，壩體反向排水量約400～600 m3/h。

第二階段：2015年4月～2015年6月，壩體內(nèi)積水由上游2個(gè)排水豎井排至壩前集水井，每個(gè)豎井內(nèi)安裝一臺(tái)深井泵(揚(yáng)程80 m、功率165 kW、抽水能力400 m3/h)。這期間，壩體反向排水量約400～600 m3/h。

圖4 下游反向排水豎井剖面圖

第三階段：2015年7月～2016年6月，壩體內(nèi)積水由下游2個(gè)排水豎井排至下游河道，每個(gè)豎井內(nèi)安裝一臺(tái)深井泵(揚(yáng)程80 m、功率165 kW、抽排能力400 m3/h)。其中，2015年9月壩前高程1 690 m以下輔助防滲鋪蓋施工完成、大壩本身已不再要求壩體反向排水。隨后下游排水豎井控制抽排水量、壩體內(nèi)水位緩慢上升至1 685 m高程后停止抽排水。2015年10月以后壩體內(nèi)積水通過(guò)壩后兩岸山體卸荷裂隙排泄至壩后尾水基坑、再抽排至下游河道。2016年3月至4月,因尾水基坑和尾水洞出口段襯砌施工,利用壩體下游反向排水豎井抽排水將壩體內(nèi)水位控制在1 670 m左右。這期間，尾水基坑抽排水量最小值約400 m3/h。

大壩周邊縫各滲壓計(jì)測(cè)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)的壩體內(nèi)水位過(guò)程線(圖5)，與壩體反向排水系統(tǒng)的運(yùn)行情況完全一致。

圖5 周邊縫滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)的壩體內(nèi)水位過(guò)程線(PDB-25為壩前基坑水位)

5 結(jié) 語(yǔ)

猴子巖面板堆石壩最大壩高223.5 m，基坑深達(dá)75 m，再加上河谷深切、兩岸山體深層卸荷裂隙發(fā)育、地表匯水面積大、近1/3壩高位于原河床以下且壩體下游設(shè)有防滲墻等原因，導(dǎo)致壩體反向排水具有特有的技術(shù)難度與挑戰(zhàn)。針對(duì)本工程基坑深、壩體反向排水量較大等自身特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員創(chuàng)新提出了分級(jí)抽排水方案。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行表明，無(wú)論是在壩體填筑施工期、還是在壩體反向排水封堵與壩前輔助防滲鋪蓋回填施工期間，壩體上游墊層料坡面和混凝土面板均未受到壩體反向排水的任何不利影響，說(shuō)明猴子巖面板堆石壩施工期壩體反向排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是成功的。同時(shí)，通過(guò)回顧施工期間壩體反向排水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，我們可知猴子巖面板堆石壩壩體范圍內(nèi)的兩岸山體地下水枯水期來(lái)水量約400 m3/h。