5.3.4.1　卡基娃水电站

卡基娃水电站位于四川省凉山州木里县境内的木里河上游，木里河系雅砻江中游右岸最大支流，发源于甘孜藏族自治州理塘县以北的沙鲁里山脉。其上游又称无量河，下游与卧落河汇合后称小金河，在洼里附近注入雅砻江。卡基娃水电站上游与规划的上通坝电站、下游与正在施工的沙湾电站衔接。

1.坝址区地质与水文地质条件

坝址区两岸基岩多裸露，出露基岩为奥陶系下统人公组（O1r）厚层状变质石英砂岩夹千枚化板岩，根据变质石英砂岩和千枚化板岩的工程地质特性的差异，又将人公组分为4个亚层：

（O1r1）：灰—深灰色千枚化板岩夹变质石英砂岩。

（O1r2）：灰—深灰色厚—巨厚层变质石英砂岩夹千枚化绢云、砂质板岩，千枚化板岩和变质石英砂岩的比例约为1∶15。为右岸主要地层岩性，左岸坡脚部分出露，该层厚度310m。

（O1r3）：灰—深灰色千枚化绢云、砂质板岩夹中厚—厚层变质石英砂岩，千枚化板岩和变质石英砂岩的比例约为15∶1，为左岸主要地层岩性，该层厚度180～250m。

（O1r4）：灰色厚—巨厚层变质石英砂岩夹千枚化绢云、砂质板岩，该层千枚化板岩和变质石英砂岩的比例为1∶15。分布于坝址左岸高程2800.00m以上，该层厚度250m。

坝址区木里河是该区域的最低侵蚀基准面，河床为两岸地下水的排泄带。坝区地下水类型主要为基岩裂隙水，零星分布的松散岩层赋存孔隙水。

坝址区右岸及河谷出露的变质石英砂岩夹千枚化绢云、砂质板岩层O1r2及左岸2800.00m高程以上出露的变质石英砂岩夹千枚化绢云、砂质板岩层O1r4为含水地层，其中O1r2为坝址区的主要含水岩层。左岸出露的千枚化绢云、砂质板岩层O1r3及右岸亚地滑坡底部出现的千枚化板岩层O1r1为弱含水层，在O1r3中夹中厚—厚层变质石英砂岩，因而呈现出局部为含水（图5.18）。

图5.18　坝址区地层含水性示意图

1—块碎石；2—块碎石土；3—砂卵石；4—奥陶纪变质石英砂岩；5—奥陶纪变质千枚化板岩；6—奥陶纪变质石英砂岩；7—奥陶纪千枚化板岩；8—砂岩含水岩组；9—相对隔水岩组；10—覆盖层/基岩界线；11—卸荷带下限；12—围岩类别

2.坝址区渗漏分析

坝址区由石英砂岩与千枚化板岩互层所构成的层状含水岩组，两岸岩层风化裂隙与砂岩层构造裂隙较发育，在水库蓄水条件下，坝址区地下水渗流场会有较大的变化，存在着库水绕坝和坝下渗漏问题，需要对坝址区蓄水前后的地下水渗流场进行模拟分析。

（1）模拟范围与边界条件。通过对坝区水文地质条件的分析，模拟范围选择与边界条件分析如图5.19所示。

模型边界条件刻画如下：

1）河流定水头边界：木里河流分布带作定水头边界处理，模拟范围内水位为2705.00～2685.00m，坝址处水位为2702.00m。

2）西侧边界（右岸）：以亚地断层为边界，由于该断层为一压性断层，滑动带宽约10m，带内岩石破碎、糜棱岩化。断层带上盘为人工组（O1r）2段石英砂岩，下盘为瓦厂组（O1r）板岩，在断层带附近见有小泉水出露，定为一隔水断层。断层带浅层受风化影响，上部风化裂隙发育，可以接受侧向补给。

3）东侧边界（左岸）：在左岸取高程约2960.00～3100.00m等高线为边界，设为已知流量边界。

4）北部边界：木里河右岸为磨坊沟，该沟切割较深，常年流水，设为已知水头边界；河左岸地下水流动方向与边界基本平行，为水力零通量边界（为隔水边界）。

5）上边界：为开放的潜水面边界，模拟域范围接受大气降雨入渗补给；模拟域外，左右岸汇水范围内的降水对模拟区有一定的补给作用。

图5.19　模拟范围与边界条件图

6）底部边界：坝址区河谷水位为2702.00m，根据渗透系数随埋深增加而迅速减小特征，我们取河谷下埋深350m深度（即高程700.00m处）作为隔水边界，此深度岩层的渗透系数非常小。

（2）渗透系数分区与取值。根据单孔压水试验资料及其对石英砂岩和千枚状板岩渗透系数分析，地表附近的岩体受风化卸荷作用影响强烈，岩体裂隙发育，渗透性好，而深部岩体风化卸荷作用的影响弱，岩体渗透性差。因基岩裂隙岩体渗透系数具有随着埋深的增加而减小的趋势，整体成负指数函数关系递减，分岩层与深度取值如图5.20和表5.10所示。

表5.10　模型渗透系数分区和取值表（均值）　单位：m/d

注 各层分区编号由地表向深部序号增大。

图5.20　蓄水条件（方案Ⅰ）高程2800.00m平面流网图

砂岩层（O1r2、O1r4）按照各向同性介质赋值；板岩层（O1r3）根据产状特点切层渗透性（模拟时的X方向）相对较弱，取顺层渗透系数的0.5倍；O1r1埋深较大，为相对隔水岩层，渗透系数取0.005m/d。

（3）蓄水条件下坝址区地下水渗流场模拟。根据面板堆石坝的设计与大坝帷幕的初步设计，蓄水条件的模拟分为以下几种状况（表5.11）：

方案Ⅰ：按照设计要求，大坝面板防渗，坝下防渗深度80m，坝肩防渗长度左肩130m，右肩105m，深度约80m；防渗体的渗透系数取0.005～0.001m/d。

方案Ⅱ：调整坝下防渗深度，取50m和110m两种工况，进行比较模拟。

表5.11　不同模拟方案参数取值表

方案Ⅲ：调整坝肩防渗长度和深度，坝肩长度取110～85m和150～125m，深度取50m和110m两种工况，进行比较模拟。

下面仅就方案Ⅰ模拟流网图与渗流量进行讨论。

将方案Ⅰ条件代入模型计算，得出蓄水条件下（方案Ⅰ）坝址区地下水渗流场模拟结果与图系。图5.20为蓄水条件高程2800.00m平面流网图，图5.21为蓄水条件（方案Ⅰ）坝下纵剖面流网图，图5.22和图5.23分别为蓄水条件（方案Ⅰ）左右岸纵剖面流网图。两种条件不同部位渗漏量见表5.12。

图5.21　蓄水条件（方案Ⅰ）坝下纵剖面流网图

图5.22　蓄水条件（方案Ⅰ）左岸52列纵剖面流网图

图5.23　蓄水条件（方案Ⅰ）右岸98列纵剖面流网图

经模拟计算得出现状设计条件下，当防渗帷幕渗透系数为0.005m/d时，通过坝下（原河谷区，蓄水后新增河谷区）、左右坝肩（坝肩下与饶肩）渗流量为6994.86m3/d，其中坝下渗漏量占总渗漏量的85%；当防渗帷幕渗透系数为0.001m/d时，坝下与绕坝渗漏量减少4.4%，为6700.94m3/d。

表5.12　蓄水条件（方案Ⅰ）模拟坝址区渗漏量结果　单位：m3/d

5.3.4.2　泸定水电站

（1）工程概述。泸定水电站位于四川省泸定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第12级电站，工程任务主要为发电。水库正常蓄水位为1378.00m，总库容2.195亿m3，调节库容0.22亿m3，具有日调节性能，装机容量920MW。工程等别为二等工程，工程规模为大（2）型，挡水和泄洪建筑物级别为1级，永久性次要水工建筑物按3级建筑物设计，引水建筑物、发电厂房按2级建筑物设计。电站枢纽主要由黏土心墙堆石坝、两岸泄洪洞和右岸引水发电建筑物等组成。

黏土心墙坝坝顶高程1385.50m，最大坝高79.50m，坝顶长526.7m，上、下游坝坡1∶2，坝顶宽度12.0m。坝体分为心墙、坝壳堆石、反滤层、过渡层四大区，坝体防渗采用黏土心墙。坝基河床段采用110m深防渗墙下接帷幕灌浆，两岸采用封闭式防渗墙的防渗方案。

泸定水电站大坝于2008年12月开始防渗墙施工，2009年11月7日大渡河截流；2009年11月11日大坝基坑开挖；2010年3月19日下游围堰填筑至设计高程；2010年5月31日上游围堰填筑至设计高程；2010年7月开始坝体填筑，2011年3月6日1号导流洞下闸封堵；2011年4月25日大坝填筑至设计高程（1383.50m）；2011年8月17日通过水电水利规划设计总院组织的蓄水验收，2011年8月20日开始蓄水。首台机组（4号机组）于2011年10月1日投产发电，3号机组于2011年10月3日投产发电，2号机组已于2012年5月5日发电，1号机组于2012年6月6日投产发电。目前上游库水位接近正常蓄水位1378.00m。

（2）坝基渗漏问题的发现及处理过程。2013年3月31日，下游距坝轴线约448m、距坝脚下游约200m的右岸河道约高程1306.00m发现渗水，对应坝桩号约0+240。涌水初期流量约5L/s，至2013年4月15日，涌水区地面发生塌陷，流量目测增至约200L/s，且有较多的灰黑色细颗粒涌出，以后流量在188～212L/s。涌水点附近出现地面开裂、河床塌陷等变形。

大坝下游河道涌水后，2013年4月28日至6月28日，防渗墙下游未完成的0+250～0+288段覆盖层进行补强帷幕施工。2014年7月25日至2015年2月4日，对可能存在渗漏通道的坝基0+235～0+285防渗墙内及墙外下游排进行灌浆施工。2015年8月11日至2016年4月，坝基0+250～0+256强透水带段灌浆施工。

（3）基本地质条件。坝址区出露的基岩为前震旦系康定杂岩，主要岩石类型为闪长岩、花岗岩及花岗闪长岩等，岩石多已变质或混合岩化，条带状、片麻状等构造发育。此外，坝址区尚有后期侵入的辉绿岩脉、石英脉等，多呈脉状分布于闪长岩、花岗岩中，受构造作用，岩脉多呈挤压破碎带产出。(www.daowen.com)

坝址区河床覆盖层深厚，层次结构复杂。据钻孔揭示，河床覆盖层一般厚度120～130m，最大厚度148.6m（SZK16孔），按其物质组成、层次结构、成因、形成时代和分布情况等，自下而上（由老至新）可划为四层七个亚层。

坝址区小断层及挤压破碎带较发育。主要优势方向有四组：①N40°～50°E/NW∠60°～70°；②N45°～50°E/SE∠65°～70°；③N85°～90°E/SE∠45°～50°；④SN/W∠60°～70°。地表调查延伸长度一般15～40m，平洞揭示可见长度一般3～10m，带宽一般3～20cm，局部交汇部位30～50cm，由碎裂岩、碎裂岩、片岩碎粉岩、少量角砾及泥组成，挤压较紧密。

坝址区岩体浅表部以弱风化为主，强风化局部发育，岸坡强风化水平深度6.5～22m；弱风化上段水平深度一般60～70m，局部达155m，河谷垂直深度一般20～30m；弱风化下段水平深度一般大于100m，局部200m以上，河谷垂直深度一般大于30m。由于应力的重分布，在平行于岸坡方向，受谷坡最大应力作用，岩体表浅部裂隙面均有不同程度的张开、松弛，普遍充填次生泥膜、岩屑。谷坡强卸荷水平深度一般15～20m，弱卸荷水平深度50～70m，河床坝址区地下水基本类型主要为基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙潜水。

基岩裂隙水主要赋存于两岸风化卸荷裂隙介质中，坝址区左、右岸平洞的风化卸荷带内沿裂隙多见渗滴水现象。基岩裂隙水受岩性及构造控制，其埋藏、补给、运移、排泄条件复杂，含水裂隙（带）之间水力联系较差，主要受大气降水下渗及地下水侧向补给，以地表水或泉的形式由两岸向河谷、向下游排泄。孔隙潜水赋存于第四系松散堆积层中，由于覆盖层结构的不均匀性，前期勘察钻进过程中曾出现短时承压现象，如SZK4孔（位于坝轴线上游约55m）在孔深108.4m见承压水高出同期河水位3.14m，SZK17孔（位于坝轴线下游161m）在孔深93.31m见承压水高出同期河水位约1m。据钻孔地下水位长观资料，坝址区两岸地下水位埋藏较深，地下水水力坡降较平缓。弱卸荷垂直深度一般小于30m。

（4）渗漏及通道分析。坝下游渗漏水来源有三种：库水通过坝基、绕坝渗漏及两岸山体地下水和浑水沟沟水渗入。从库水、量水堰以及涌水点、浑水沟的水质分析成果对比，量水堰和涌水点水样的pH值、等离子含量、总矿化度及水质类型与库水基本相同，而与浑水沟的水质相差较大，水质分析成果表明渗漏水主要来源于库水。从各观测孔水位与库水位关系曲线分析，坝下游1号、2号、3号、5号、6号、8号观测孔水位与库水位相关性好，说明坝下游①层中的地下水与库水存在较为密切的水力联系，其来源于库水的可能性大。右侧4号和7号观测孔水位与库水位相关性相对较弱。浑水沟流量较小，2013年5月1日测得浑水沟流量约2.4L/s，沟水在排水涵道进口前约20m全部渗入地下，相对于涌水点渗漏流量约200L/s和量水堰约400L/s流量所占比例很小，因此，渗漏水主要来源于库水渗漏。综合以上分析，渗（涌）水与库水相关性好，且渗漏来源中的两岸地下水及浑水沟水渗入量占总渗漏量的比例小，所以，渗漏水源主要来源为库水渗漏。

2013年3月31日于右岸在量水堰下游约186m发现渗水，涌水点坐标X=3313814.9，Y=521975.9，高程约1306.00m，位于坝轴线下游448m（对应坝桩号0+236），距大坝坡脚约209m。初期涌水携带较多泥沙，逐渐发展出现河岸坡塌陷，在2013年4月18日处理前形成两个相连的塌陷坑，坑中渗水呈上升状且含泥沙。从涌水点的发生发展过程、形成塌陷坑后水的流动状态以及反压施工后仍涌水含沙的现象分析，涌水处下部有较高的承压水头，为承压水。分析涌水处②-2层透水性不均一，水库蓄水后②-2层下的①层透水性强，水压力较高，在渗流作用下逐渐将上部土层中的细粒带出地表，经过近一年半的作用，最后形成集中的管涌通道。

库水向坝下游渗漏的可能途径有右岸绕坝渗漏、左岸绕坝渗漏、沿坝基防渗体系及其下部基岩渗漏。从观测孔LJZK01、LJZK02、LJZK03、LJZK05、LJZK06、LJZK08及LJZK09等孔承压水位可知①层下部形成较大范围水位偏高的承压水区域，这与下游右岸涌水处的渗水呈上升状态的现象相吻合。据观测孔资料，4号及7号观测孔位于近坝下游右岸，两孔的深度较大，已经揭穿②-2层，其水位在1320.00m左右，低于涌水点附近的3号和9号观测孔水位。水位监测资料表明，4号、7号观测孔水位与库水位相关性相对较弱，随库水位变幅波动较小，右岸绕渗不明显、防渗效果相对较好。

2号、3号、6号和9号观测孔水位在1345.00～1348.00m，为坝下游监测孔水位最高部分，基本沿涌水点成一高承压水位带，且水位变幅与库水位显著相关，表明对应大坝防渗体系部位存在通过①层与涌水点连通的渗漏途径可能性较大。

左侧的1号和8号观测孔在②-2层及以上地层钻进中孔内水位与河水位基本一致，揭穿②-2层后出现承压水，承压水位在1332.00～1335.00m，较高水位带低10m左右，与库水位相关性较为显著，表明坝下游①层存在较高承压水头，存在沿防渗体下部沿①层渗漏的可能性。在桩号0+252防渗墙下游进行灌浆造孔中，孔深86.8m测得水位1352.00m，说明该部位防渗体系存在缺陷，是可能的渗漏途径之一。

大坝下游围堰防渗墙底高程1273.00m，已经进入②-2层中，大坝挡水后下游围堰防渗墙仅上部局部拆除，据监测资料位于坝基防渗墙下游侧浅部渗压计各测点水位在：1313.28～1317.09m范围，地下水类型主要为潜水；而LJZK01、LJZK02、LJZK03、LJZK05、LJZK06、LJZK08及LJZK09的水位大致在1335.00～1345.00m，为①层承压水，其水位高程及地下水埋藏类型与坝轴线—下围堰的浅部地层中地下水明显不同。大坝下游河岸涌水主要来源于坝轴线较深部位。

前期勘探及涌水后补充勘探显示，坝轴线至涌水出口的河床覆盖层地层结构相同，即底部为强透水的①层、中部为中等透水的②-2层和③-1层、上部为强透水的④层。由于在下游围堰轴线至涌水点的观测孔反映出的较高承压水多分布在较深部位的①层中，而该层的透水性强、埋深较大、其上部的②-2层透水性相对较弱，因此，坝轴线部位渗漏部位也较深的可能性尤为大；推测坝轴线的①层及附近基岩为渗漏途径的可能性大。

综合以上分析，坝下游河岸涌水处渗漏水主要来源于在坝轴线较深的部位，可能的深部渗漏途径有：沿河床防渗墙下的帷幕薄弱部位通过①层渗漏、沿防渗墙下基岩薄弱部位通过①层渗漏、沿左岸较深部位临近河床的基岩通过①层渗漏。观测孔LJZK02、LJZK03、LJZK06及LJZK09一线承压水位最高，涌水点也分布在此线附近，按最短渗流路径分析在以上观测孔和涌水点对应的坝桩号附近存在渗漏可能性。

（5）处理措施及效果。2013年3月31日开始发生涌水现象，大量的粉细砂被渗水带出；2013年4月18日开始进行反压（滤）处理，反压滤施工期间施工的影响及渗水不集中，无法测量渗水含沙情况，目测处理过程中，渗水含沙量逐渐减少；2013年8—9月在涌水反压后设置了排水孔，此后涌水处渗水含沙更少。2014年3月由于处理垫高处渗水沿挡墙下渗出，减压管无水流出，池中沉积的沙很少，后在挡墙外再一矮挡墙，挡墙之间压实后，池中减压孔开始流水，涌水点大部分渗水从池中流出，含沙很少。涌水点量水堰测得流量在220L/s左右。从上述涌水点处理过程可知，大坝下游河道涌水点初期有大量粉细砂带出，涌水点土层及其上游的深部土层已经发生管涌破坏；经实施反压滤、设置排水孔等处理措施后，涌水含沙量逐渐减少，涌水点管涌现象得到初步抑制。

2014年7月25日至2015年2月3日进行坝基重点部位（桩号坝0+235～0+285）进行补强帷幕灌浆（防渗墙轴线一排和防渗墙下游排）（二期处理），同时对左岸（桩号坝0+38～坝0+77）基岩灌浆进行补强。二期处理施工完成后效果不明显，根据灌浆施工钻孔过程中涌水涌砂情况，先在防渗墙内QZ-13-1（桩号0+250）与QZ-18-1（桩号0+256）两孔进行声波对穿测试，根据测试成果确定将坝0+250～0+256段作为实验区（三期处理）；三期处理施工于2015年12月2日开始，灌浆施工完成后于2016年5月29日完成两个检查孔JCK-Ⅰ、JCK-Ⅱ钻孔取芯及压水试验，检查孔JCK-Ⅰ0～55m孔深透水率为6.45～4.34Lu，55～110m孔深透水率为4.35～1.78Lu；检查孔JCK-Ⅱ75～120m孔深透水率为2.45～1.62Lu。

根据补强灌浆施工（桩号坝0+235～0+285）灌浆前压水试验资料，灌浆施工压水试验成果显示，防渗墙底接触段基岩的透水性强。防渗墙内排孔一般在防渗墙底的灌浆量最大，除个别孔外，一般1m灌浆段的注灰量大于2000kg、最大5697.9kg（桩号0+277）。这一现象与该部位压水试验吕荣值大的结果基本吻合。灌浆施工过程中，在坝下游观测孔LJZK11孔及涌水处渗水短时间变浑的现象；另外，FX-19号孔（桩号0+256m）从55.0m（基岩面以上）、FX-17孔（0+253.6m）自70.3m（基岩面已下）出现涌水现象，涌水压力较大，涌水量流量较大，涌砂现象严重，FX-19孔口涌砂总量17m3，FX-17孔口涌砂总量4m3。上述灌浆施工过程中出现的串浆现象表明：0+235～0+285段防渗墙底以下的基岩部分段透水性较强、且与下游涌水存在较为密切的水力联系，也印证了0+235～0+285段深部为主要渗漏途径之一的判断。FX-19孔、FX-17孔灌浆施工中出现涌水涌砂现象，涌砂量较大，最大达17m3，对孔附近地基稳定产生了不利影响。根据物探钻孔取芯及压水试验资料，在陡岩段基岩岩体强卸荷、较破碎、局部分布断层破碎带，存在一定范围的强卸荷松动破碎带，带内强透水。综上所述，坝轴线桩号0+230～0+285段补强灌浆压水试验及钻孔取芯和物探试验显示该段防渗墙下基岩卸荷松动、较破碎，存在一定范围的强透水带。二期及三期处理施工完成后，据检查孔资料，满足灌浆施工要求；据监测资料，坝下游观测孔水位及涌水点渗流量降低不明显，涌水点渗水为清水。

（6）分析评价及建议。采用技施阶段计算参数，模拟涌水后下游坝基面实际渗压状态的坝坡稳定计算成果表明，中国水利水电科学研究院stab程序计算的各剖面安全系数较技施阶段均有减小，除剖面2-2（0+079.31m）外，其他剖面稳定安全系数均满足规范要求。剖面2-2正常水位遇246cm/s2地震工况沿坝基②-3粉细砂及粉土层的组合滑面稳定安全系数为1.1，小于规范要求的允许安全系数1.2。考虑②-3粉细砂和粉土层范围小呈透镜状分布及三维效应，结合Autobank程序计算成果综合分析，大坝整体稳定。采用部分监测成果进行的应力应变反演分析成果表明，采用反演参数计算的大坝应力变形与设计参数计算结果接近，坝体坝基应力变形符合一般工程规律。根据坝体坝基渗流成果及下游河道涌水后的补充监测成果进行的渗流反演分析表明，模拟右岸基岩接触带附近存在强透水区域时，下游坝基渗流计算水头与下游长观孔的承压水头宏观相近，水头损失主要由坝下游覆盖层②-2层承担；覆盖层②-2层计算的渗流梯度统计平均值为0.159～1.422，大于其临界抗渗坡降1.15，存在渗流破坏的可能。

截至2016年8月，坝后渗漏量为320L/s，涌水量108.2L/s（水质清澈）。防渗墙下游各测点实测值水位分别在：1316.00～1317.00m范围内波动；坝后偏右岸长观孔承压水位在1334.00～1344.00m之间，与库水位的相关性较好。坝顶沉降14.18cm，坝体最大沉降122.23cm，位于高程1325.00m0+251.00m桩号。大坝位移顺河向最大11.37cm，坝轴向最大位移4.48cm。监测成果表明，目前大坝的应力变形随时间变化比较平稳，分布符合一般规律；但下游右岸存在与库水位相关性较好的高承压水带。

考虑目前坝基补强灌浆对坝下游涌水未见明显减渗效果，且右岸坝基防渗墙下强透水带0+230～0+260.5段仅对0+250～0+256段进行了补强灌浆，建议继续对0+230～0+250、0+256～0+260.5段进行补强灌浆，以期封堵渗漏通道、对坝下游涌水起到明显减渗效果。建议补强灌浆完成后，视灌浆效果确定是否对整个防渗线作进一步全面排查。建议补充坝基深层监测仪器。坝基0+253桩号深孔渗压计目前未实施，建议尽快按设计便函要求进行0+253桩号深孔渗压计施工。坝基灌浆廊道0+071m结构缝渗水未进行处理，建议按设计文件建议进行处理。目前下游河道涌水含砂减小，涌水出口无塌陷，但在高水头作用下坝基覆盖内部会出现不可避免的颗粒移动现象，坝基内部渗漏通道将继续扩大，可能进一步危及坝体安全。考虑在高水头作用下补强帷幕灌浆未见明显效果，为保证补强帷幕灌浆效果，建议适时研究在低水位条件下进行坝基防渗体系缺陷处理的可行性。考虑初期蓄水后坝基补强帷幕灌浆水头高、覆盖层深厚、地层结构复杂，施工难度大，结合涌水后坝基补强灌浆施工过程中出现的涌水涌砂、涌水水质变浑等异常现象，基于目前补强帷幕灌浆后涌水流量未见明显减小的情况，为了更清楚地了解灌浆效果、进一步对防渗体系进行精细排查，建议相关单位提交正式的坝基防渗体系施工报告、高水头深孔帷幕灌浆施工研究报告。建议加强大坝监测及其数据的分析工作，便于判断渗漏变化趋势。密切关注坝下游地区尤其是5号观测孔附近的涌水、管涌、塌陷等现象，及时分析判断其变化趋势并进行有效的处理。建议加强现场巡视，沿河道、坡体检查是否有新的渗水点出现，发现异常立即通知相关单位和部门，以确保电站运行安全。建议密切关注坝体变形、坝体及坝基渗流现象。

5.3.4.3　紫坪铺水利枢纽工程绕坝渗漏

1.工程概述

紫坪铺水利枢纽工程位于成都市西北约60km的岷江上游，是一座以灌溉和供水为主，兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益的大型水利枢纽工程，是都江堰灌区和成都市的水源调节工程，属国家“十五”期间基础设施建设重点工程项目之一，是国家实施西部大开发的标志性工程。2001年3月29日，经国家计委批准正式开工建设。2002年11月26日顺利实现大江截流，2005年9月成功下闸蓄水，2006年5月4台机组全部投产发电。工程坝址位于龙门山和成都平原的交界附近，控制流域面积22662km2，占岷江上游流域面积的98%。多年平均年流量469m3/s，年径流总量148亿m3，占岷江上游总径流量的97%；控制了上游暴雨区的90%，上游泥沙来量的98%。坝址右岸为三面被河曲围抱的条形山脊，左岸与下游白沙河相邻，河间分水岭宽为965m。工程挡水建筑物为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高156.00m，坝底宽度417.79m，坝顶长度663.77m，坝顶高程884.00m，正常蓄水位877.00m，汛期限制水位850.00m，死水位817.00m。正常蓄水位相应的库容为9.98亿m3，总库容11.12亿m3。枢纽区水工建筑物都布置在右岸，由2条泄洪排沙隧洞、1条冲沙放空隧洞、4条引水发电隧洞、坝后地面厂房和紧邻坝端的开敞式溢洪道组成。

2.地层岩性和构造发育特征

坝址区地层由三叠系上统须家河组含煤砂页岩系组成多个不等厚韵律层，每个韵律层大体由底部含砾中粗粒砂岩开始往上部逐渐递变为细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和煤质页岩。坝区主要构造为沙金坝向斜、F3断层、F2-1断层和层间剪切带等。其中沙金坝向斜位于大坝坝轴线一带，右岸向斜两翼地层对称完整，左岸向斜NW翼被F2-1断层破坏。F3断层规模较大，位于坝轴线下游约360m处，即泄洪排砂洞出口和溢洪道冲刷段。据16号、28号平洞揭露，产状为N50°～70°E/NW∠50°～75°，宽55～87m，由挤压片理、糜棱岩、断层泥和砂岩构造透镜体组成。坝区与水工建筑物关系密切的层间剪切错动带有8条，宽约2～38m，顺层发育于煤质页岩中。坝区节理裂隙主要见于坚硬厚层砂岩中，以构造裂隙为主，主要有3组，裂隙在表层25～55m的风化卸荷带内多有一定程度张开和次生夹泥充填。

3.地下水埋藏与分布特征

坝区地下水的基本类型以基岩裂隙水为主，岩体的含水透水性受岩性构造和风化卸荷等因素所控制。砂岩裂隙较发育，具有一定含水、透水性能；煤质页岩、泥质页岩等岩性软弱，受构造挤压易形成断层和层间剪切错动带，含水、透水性弱，常构成相对不透水层。它们交互成层构成坝区多层裂隙含水系统。据前期勘察和施工开挖揭露，地下水主要赋存和运移于层间剪切错动带（或断层）上盘、向斜核部或裂隙密集带部位的砂岩裂隙中，多表现为滴水、线状流水，少有股状流水，总体出水量不大，在层间剪切错动带上盘、向斜核部附近相对活跃，表明层间剪切错动带具隔水作用，将砂岩层分隔成若干个含水层。

4.废旧煤洞和洞室开挖对地下水的影响

坝区有300多年的采煤历史，前期访问调查中发现22个小煤窑，这些小煤窑往往在厚层砂岩中挂口，进入煤质页岩中沿煤层或煤线顺层开采，有的采用竖井向河床深部采挖。据物探资料解译，坝区在不同部位、不同高程存在多层煤洞，分布最低高程749.00m左右，有的互相连接形成采空区。在坝区施工全面开挖后，新揭露的煤洞点达134处，遍布整个坝址区，这些煤洞口有的在砂岩中，有的在煤质页岩（层间剪切错动带）中，部分洞口有地下水流出，如左岸坝坡高程744.00m附近的FMD77号煤洞。又如1号导流洞在桩号0+265m处钻孔击穿原PD11探洞时，洞内积水从孔眼中射出，初始流量达15L/s，在F3断层带（桩号0+640m～0+704m）多处遇到煤洞，见地下水大量涌出，致使塌方严重。上述现象表明，废旧煤洞或采空区的存在，使原本水力联系微弱的多层含水构造体系遭到破坏，造成含水层之间的水力联系加强，部分煤洞成为集中的渗流通道和储水池，从而一定程度上改变了地下水原有的埋藏和渗流体系。

5.地下水动态特征及变化规律

（1）河水位动态。根据坝区岷江水位站1991—1995年河水位动态观测资料整理得出：①坝址区河水位多年平均值为743.00m，其中5—10月为高水位期，11月至次年4月为低水位期；②年均雨季高水位744.00m，年均非雨季低水位742.00m，年内水位变幅一般3m，年内最大水位变幅5m；年内水位呈一峰一谷型，多年变化较稳定；③年内月均水位变幅出现3个变化段：6—9月为水位急剧变化段，水位变幅值0.26～0.15m；3月为水位变化平稳段，水位变幅小于0.05m；10月、4月、5月为水位缓慢变化段，水位变幅0.06～0.17m。

（2）地下水位动态特征。坝区地下水位总的变化趋势与坝区地形变化一致，较地形和缓；坝区地下水总体向岷江排泄，右岸呈放射状流线特点指向岷江，左岸地下水流向总体指南西方向，也流入岷江；各岩性层水流运动方向基本一致，多层状含水系统的流动特点不明显，即相对隔水层（页岩层）的隔水性没有在水位上有明显特征；地下水水力梯度约为20%，在坝址区右岸岷江转弯段水力梯度较小约为4%。这是河弯型三面排泄基准面控制的结果。

6.岩体渗透性分析和渗透性分区

（1）砂岩的渗透特特征。砂岩是坝区地下水的主要载体，坝区砂岩主要发育顺层、纵切、横切等三组裂隙，各组裂隙的产状和发育情况随所在构造部位而有所变化，将砂岩分割成近方形块体，发育较稳定、延伸长，对岩体的渗透性起主导作用。统计分析可以发现：①坝区砂岩的平均渗透系数随埋深增大呈指数规律衰减；②分层统计表明，渗透系数的大小随深度的变化与野外裂隙定性观察结果相同，存在四个垂向分带，即：强风化卸荷带埋深0～50m，弱风化卸荷带埋深50～80m，浅埋带（微新岩体带100～140m），深埋带（＞140m）；③从渗透系数分级统计可以看出，对砂岩渗透性起决定作用的是中、强透水两级岩体，决定了砂岩的“平均渗透系数”的大小，微透水、弱透水两级渗透系数极小，而强透水岩体在坝区中出现的概率极低。为了考察砂岩渗透性与岩性相变、地质构造的关系，压水试验资料分析表明，不同砂岩层的渗透性不存在明显的差异。不同粒度的砂岩，如中粗砂岩、细砂岩、粉砂岩，甚至泥质粉砂岩的平均渗透性也不存在决定性的差别。这不仅说明坝区砂岩孔隙形式以构造裂隙为主（在脆性岩石中的分布相对均匀），而且在统一的构造应力场下，不同粒度的砂岩中的裂隙在发育密度和张开度之间存在某种均衡：密度大，则张开度小；反之，亦然；不同砂岩渗透性的“偏大估值”存在明显不同，如中粗砂岩的渗透性上限为0.73m/d，细砂岩为0.45m/d，粉砂岩为0.36m/d，泥质粉砂岩为0.12m/d。中粗砂岩和泥质粉砂岩相差5倍，表明不同岩性砂岩中，极强透水的宽大裂隙的发育程度是有较大差异的：岩石粒度越大，则其发育宽大裂隙的概率越大。

（2）页岩（层间剪切带）的渗透特征。以煤质页岩和泥质粉砂岩挤压形成的层间剪切带，其渗透性通常具有一定的各向异性，表现在垂直于层面方向上的渗透性远比顺层方向的渗透性小，由钻孔压水试验计算的渗透系数主要反映的是页岩在顺层方向的渗透性（Kh），而垂层方向的渗透性（Kv）应该通过特殊的钻孔试验来判断。根据ZK47等几个钻孔的压水试验资料，煤质页岩、泥质页岩渗透系数一般小于0.05m/d，其平均值与泥质粉砂岩和粉砂岩差别不大，说明层间剪切带顺层方向上具有一定的渗透性。试验采用非稳定流抽水，试验成果显示，观测孔CG2中、④层地下水基本不变，CG1中砂岩层水位最大降深26cm，表明坝区微新砂岩层具有一定导水性，渗透系数为0.0669m/d；而层与层之间由于层间剪切带起着明显的阻水作用，水力联系较弱，据此判断层间剪切带的垂层渗透系数应小于0.00864m/d。

（3）岩体渗透性分区。坝区出露岩性为砂岩和煤质页岩互层，砂岩中裂隙较发育，渗透性较强，煤质页岩透水性微弱，浅表岩层由于风化卸荷作用透水性增强，总的趋势是随深度增加透水性减弱，但规律性不强。根据钻孔压水试验资料，结合本工程防渗要求，横剖面上将岩体渗透性可分为Ⅳ区。透水率q≥100Lu区：属强透水区，分布在右岸条形山脊端部强卸荷带的层砂岩中。透水率q=10～100Lu区：属中等透水区，主要分布于河床部位向斜核部，深度可达到105m左右，两岸强卸荷带砂岩中多分布。透水率q=5～10Lu区：属弱透水上带，主要分布于弱卸荷带和向斜核部。透水率q=3～5Lu区：属弱透水下带，主要分布于微新岩体中。透水率q＜3Lu区：该区左岸一般分布于100～125m深度以下，局部埋深大于160m；河床部位埋深大于70～140m；右岸条形山脊一般位于70～100m深度以下。160m勘探深度内未见透水率q＜1Lu的相对隔水层界面。

7.地下水渗流系统

根据坝区地层岩性、地质构造、岩体渗透性、河流水系及废旧煤洞等因素对地下水的赋存和运移的影响，从地下水的补给、径流、排泄以及渗流场的变化角度出发，将坝区地下水渗流系统划分为右岸沙金坝条形山脊裂隙水系统和左岸库首至白沙河河间地块裂隙水系统。

（1）右岸沙金坝条形山脊裂隙水系统。作为区域性的地下水最底排泄基准面的岷江，在沙金坝形成近180°的弧形拐弯，将坝区右岸须家河组的砂页岩山体切割成一个三面环水的独特河间地块，其北西、北、东的边界均为岷江，南西方向是区域地表分水岭的中高山地区（地下水补给区），南部由F3断层构成其阻水边界。该系统地下水受大气降水入渗补给，主要赋存空间为第层砂岩中的构造裂隙。地下水埋深较大，除临江及冲沟附近以外，地下水大都赋存在砂岩的风化卸荷带以下的微新岩体中，浅表部位赋存风化裂隙水，并缓慢补给下部含水层。平面上，由于F3断层的阻水作用和南西部高地势区的地下水补给，因此，地下水受控在三个方向上向岷江排泄；垂直方向上，由于系统在构造上为形态基本完整的沙金坝向斜，以及砂岩中层间剪切带的存在，层状砂岩含水层之间水力联系较弱，地下水并且以顺层流动为主，表现出多层地下水流的特点，因此具有一定的承压性。但由于废旧煤洞的存在，这种地下水的运移方式受到一定程度的破坏。水库正常蓄水后，大坝上游系统北西及北部的岷江水位将抬高130m以上，地下水渗流场也因此产生较大变化。首先，地下水位抬高，埋深减小，局部地区与风化裂隙水带连成一体，更有利于接受大气降雨的入渗补给；其次，上下游水头差的剧烈增加，将极大地增加地下水的径流速度；第三，建成后的大坝与F3断层之间的距离仅有100m左右（电站厂房亦在此范围内），地下水受控在此相对狭窄的范围内集中排泄，将会使此处成为地下水的强径流区，地下水流速和水力坡度都会大大地增加。

（2）左岸库首至白沙河河间地块裂隙水系统。左岸库首岷江和白沙河之间的河间地块，包括尖尖山飞来峰构造的三叠系砂页岩基座部分。其北东方向为中高山区，存在区域上的北东向地表分水岭，因此，其北东边界为一可移动水力边界，其他边界均由岷江及龙溪河、白沙河等地下水排泄基准面构成。该系统地下水主要的赋存空间为砂岩中的构造裂隙，地下水埋深较大，除临江及冲沟附近以外，地下水大都赋存在砂岩的风化卸荷带以下的微新岩体中，浅表部位存在风化裂隙水，并缓慢补给下部含水层。与右岸沙金坝裂隙水系统不同的是，河间地块在构造上为同斜紧闭向斜或单斜构造，顺层压扭性逆冲断层发育，岩层和断层产状均为大倾角（50°～70°）倾向北西，加之砂岩中层间剪切带的存在，因此，地下水以北东—南西沿构造线方向的顺层流动为主，并具有承压性，相对而言，沿北西—南东方向的穿层地下水径流要微弱得多，有利于防止库水向邻谷（白沙河）的渗漏。地下水主要接受大气降雨入渗和北东方向侧向径流的补给，向岷江及龙溪河、白沙河排泄，前期勘探表明其间存在稳定的地下水分水岭。在左岸这种特殊的水文地质结构前提下，水库正常蓄水后，除地下水分水岭水位会抬高并向库首方向偏移以外，地下水的径流模式将不会产生大的变化。

8.设计渗控方案

根据坝区水动力场研究成果，设计上采用防渗帷幕、排水洞和排水孔及反滤联合渗控方案。根据渗控设计方案，大坝和两岸坝肩防渗帷幕灌浆施工已经完成，灌浆孔排距1.5m，孔距2m，坝基孔深89～155m，两岸坝肩孔深按设计深度和高程控制。分Ⅲ序施工，Ⅰ序孔施工最大灌浆压力限为2.0MPa，Ⅱ、Ⅲ序孔限为2.5MPa。考虑两岸坝肩废旧煤洞较多，也难以彻底查清，为避免沿尚未发现的煤洞集中渗漏危及工程安全，根据地质建议，防渗帷幕部分深入到原采煤能力可能达到的深度以下，即深入到天然河水位750.00m以下。当灌浆遇废旧煤洞和漏浆严重段时，采取了降压、浓浆灌注、间隙灌浆等措施，确保灌浆效果。大坝和两岸坝肩防渗帷幕完工后，采用钻孔取芯、压水试验和物探测井等方法对其质量进行了综合检测，并将废旧煤洞和漏浆严重段作为检测重点。检查孔岩芯裂隙中普遍见有水泥结石，胶结良好，岩芯完整性较未灌浆前明显提高，钻孔压水试验透水率（q）基本小于3Lu，如右岸条形山脊防渗帷幕14个单元60个检查孔1307段压水只有7段超过3Lu，对大于4.5Lu的段进行补灌处理。物探测井岩体声波波速达3800～4200m/s，较灌前波速提高了10%左右。上述综合检测成果表明，防渗帷幕质量满足设计要求，能起到防渗减压效果。

根据坝区水文地质结构，结合枢纽建筑物和防渗排水系统布设，建立坝区地下水位长期观测网。坝区长观孔地下水位观测始于2005年5月9日，水库于2005年10月1日下闸蓄水，蓄水前后地下水位长观曲线和库水位曲线表明，右岸坝后地下水位与库水位有一定相关性，但变幅不大，说明坝区防渗排水系统起到了显著的效果，但局部地下水位仍较高，应适当增设或加深排水孔，以降低渗透水压对建筑物和边坡稳定的不利影响。左岸地下水位与库水联系较密切，可能与帷幕质量和库水绕渗有关，应加强水位监测和帷幕检测，采取相应补救处理措施。

紫坪铺水电站正常水库蓄水位877.00m，相应下游河水位为747.00m，上下游水头差130.0m，因此水库正常蓄水后，必将对坝基、坝肩等部位形成巨大的扬压力和渗透力。除了大坝外，工程建筑物集中布置在右岸条形山脊（由东向西依次为开敞式溢洪道、4条引水发电洞及地面厂房、冲沙放空隧洞和1、2号泄洪排沙隧洞），水库正常蓄水后，右岸单薄条形山脊地下洞室群等水工建筑物及周边岩体内亦会形成巨大的扬压力和渗透力，直接影响到枢纽建筑物的安全和稳定性。为了确保大坝工程和右岸建筑物在水库运行期的安全和稳定性，降低地下水渗透力对建筑物的有害作用，在坝基、坝肩和右岸单薄河间地块设计布置有防渗帷幕、排水孔系统，为了探讨水库运行期坝区整体的优化防排水方案，达到综合防渗降压的效果，共设计模拟了两套（22种）防渗帷幕、排水孔系统方案，见表5.13。

表5.13　防排水组合方案简表

续表

9.小结

（1）坝区为深切割中低山地貌，降雨和地表径流丰富，广泛分布的碎屑岩和北东向断裂构造决定了本区水文地质条件的基本格局，三叠系上统须家河组砂页岩及其地质构造对坝区地下水的形成、分布和补给、径流、排泄特点起着决定性的控制作用。

（2）野外调查和水文地质试验资料统计表明，中的泥页岩及挤压剪切带（包括F3断层）透水性极差，具有较明显的阻水意义，砂岩裂隙水以顺层运移为主，垂直层面方向水力联系微弱。

（3）坝区岩体的渗透性受地层岩性组合、地质构造、风化卸荷作用等因素的控制，砂岩的渗透性垂向变化明显，ω值反映出渗透系数随深度呈指数衰减，强风化卸荷带（埋深0～40m）渗透系数较大为0.2～1.5m/d，弱风化卸荷带（埋深30～80m）渗透系数较小为0.05～0.2m/d，浅埋带（埋深80～140m）渗透系数很小为0.01～0.05m/d，深埋带（新鲜岩体）的渗透性极小。砂岩渗透性具有非均质各向异性的特点。

（4）坝区地下水可划分为右岸沙金坝向斜裂隙水系统、左岸库首至白沙河河间地块裂隙水系统。二个系统岩体介质的空隙性和地下水在其中的赋存运移模式具有各自不同的特点，构成二个独立的地下水流动系统。坝区地表水、地下水的水化学和同位素特征与所处的地貌、地质构造及坝址区裂隙水系统条件相吻合，对混凝土均没有腐蚀性破坏作用。

（5）根据坝址区裂隙水系统水文地质条件分析，结合多个地下水剖面二维流数值模拟计算表明：①现有防渗设计条件下，坝下渗漏和左右坝肩绕坝渗漏量很小，对工程施工和枢纽运行没有危害性；②右岸坝下防渗帷幕对降低水工建筑物区的地下水水头、减少地下水渗透压力效果显著；③左岸河间地块在正常水文气象状况下，存在高于正常蓄水高程877.00m地下水分水岭，不存在左岸库首向邻谷白沙河渗漏的可能性。

（6）根据反演计算，坝区右岸岩体渗透系数、渗透张量、当量渗透系数与其地层岩性、地质构造、风化卸荷作用等水文地质特征相一致，渗透系数张量具有明显的非均质各向异性的特点。岩体中页岩的渗透性较小，砂岩的渗透性较大。

（7）防渗方案分析计算成果表明，防渗帷幕是控制渗流场变化的关键因素，排水孔间距加大和延长帷幕对整个渗流场影响不大。第一套方案中的方案a5和第二套方案中的方案b5最佳。但考虑到施工中做到帷幕的渗透系数为0.001m/d很难，甚至不可能，故推荐第二套方案中的b5方案为紫坪铺水电站坝区防排水方案。该方案可以有效地降低水工建筑物表面的扬压力和岩体内的渗透力，改善坝区岩体地下水渗流场，既有利于工程的整体经济效益，又有利于工程整体的安全和稳定。另外由于页岩的渗透性较小，在页岩区帷幕的防水效果和排水孔的排水效果都不明显。因此排水孔最好尽量布设在砂岩中。

（8）根据坝区水动力场和防渗方案分析成果及建议，设计上采取了防渗帷幕与纵横排水洞、孔相结合的防排水系统，排水洞、孔的布设充分考虑了页岩阻水、砂岩导水的特性。

（9）结合坝区水文地质条件的特点和现有水工建筑物、及防排水布局，建立了地下水的长期观测网。目前长观资料成果表明，右岸坝后地下水位与库水位有一定相关性，但变幅不大，表明坝区防渗排水系统起到了显著的效果，但局部地下水位仍较高，应适当增设或加深排水孔，以降低渗透水压对建筑物和边坡稳定的不利影响。左岸地下水位与库水联系较密切，可能与帷幕质量和库水绕渗有关，应加强水位监测和帷幕检测，必要时采取相应补救处理措施。