摘 要：瀘定水電站粘土心墻堆石壩基礎覆蓋層深厚，層次結構復雜，壩基存在不均勻變形、滲透破壞、砂層液化、抗滑穩定等問題，通過分析研究，對壩基采取了混凝土垂直防滲墻、灌漿帷幕、固結灌漿、挖除、置換和壓重等處理方式。
　　關鍵字：粘土心墻堆石壩 深厚覆蓋層 壩基處理
　　1 概況
　　瀘定水電站壩址位于四川省瀘定縣城瀘定橋上游2km處，距下游瀘定縣城2.5km，距上游瓦斯河口約17km，控制流域面積58943 km2。瀘定水電站采用壩式開發，開發任務主要為發電。瀘定水電站水庫正常蓄水位1378.00m，校核洪水位1381.22m，死水位1375.00m，總庫容2.4億m3，調節庫容0.22億m3，具有日調節性能，裝機容量920MW。工程樞紐主要由擋水建筑物、泄洪建筑物、引水發電建筑物組成。
　　瀘定水電站粘土心墻堆石壩最大壩高79.5m，壩頂高程1385.50m，壩頂寬度12.0m，壩頂長度526.7m。大壩上、下游側坡度1：2.0。心墻頂寬4.0m，心墻上、下游坡度均為1:0.25，心墻上、下游側均設反濾層，上游在1374.00m高程以下設一層6.0m厚的反濾層，1374.00m高程以上設兩層各為3.0m厚的反濾層，下游設兩層各為4.0m厚的反濾層。上、下游反濾層與壩殼堆石間設過渡層，過渡層厚度上、下游均為12.0m，與壩殼堆石接觸面坡度為坡1：0.25，壩體上游設壓重。大壩抗震設防烈度為VIII度，為了增強壩頂結構的抗震穩定性，在1350.00m高程以上的過渡料和堆石料區域內設置土工格柵，垂直間距2.0m。
　　2 壩區工程地質條件
　　壩址區河谷覆蓋層深厚，最大厚度148.6m，層次結構復雜。根據物質組成、分布情況、成因及形成時代等，河谷及岸坡覆蓋層自下而上主要分為以下四層七個亞層：
　　第①層：漂(塊)卵(碎)礫石層。系冰水堆積(fglQ3)，厚度51.85～75.31m，頂板埋深62.2～81.8m。粗顆粒成分以弱風化花崗巖、閃長巖為主，少量輝綠巖;次圓～次棱角狀。漂(塊)石粒徑多為25～40cm，約占20%～25%;卵(碎)石占45%～55%，粒徑以3～8cm為主;礫石粒徑0.5～1cm，含量約10%;砂以中～細砂為主，充填于粗顆粒間，局部呈透鏡狀展布，結構密實，滲透系數k=2.0×10-2 cm/s～8.96×10-4 cm/s，屬強~中等透水性。天然干密度平均值ρd=1.99g/cm3;小于5mm顆粒含量為41.00%～17.00%;壓縮模量Es=68.3 MPa，
　　屬低壓縮性土，抗剪強度C=0.030MPa，φ=38.4°。
　　②-1亞層：漂(塊)卵(碎)礫石層。厚度26.25～28.06m，頂板埋深46.2～56.8m。物質組成及性狀與第①層基本相同，屬強~中等透水。天然干密度ρd=1.58g/cm3～2.13g/cm3;小于5mm顆粒含量為59.47%，變形模量E0=41.84 MPa。
　　②-2亞層：碎(卵)礫石土層。呈灰綠色或灰黃色。厚8.2～79.45m，頂板埋深1.85～68.2m。碎(卵)石成份為閃長巖、花崗巖，次棱角狀為主，間有次圓～圓狀，碎(卵)石粒徑多1～4cm及6～8cm，約占30%～40%;礫石粒徑多<1cm，次棱角狀，約占10%～20%;余為粉砂土，含量35%～45%。局部見砂層或粉土層透鏡體，結構較密實，滲透系數k=2.86×10-2cm/s～4.67×10-4 cm/s，屬強~中等透水性。天然干密度ρd=1.63g/cm3～1.96g/cm3;小于5mm顆粒含量平均為59.76%;壓縮模量Es=9~23.1MPa，屬中～低壓縮性土，C=0.015~0.020MPa，φ=17.9°~24.5°。
　　②-3亞層：粉細砂及粉土層，透鏡狀展布于上壩址河谷中下部。厚6.52～32.8m，頂板埋深29.68～39.36m。以粉、細砂為主，底部見粉土層。滲透系數k=4.85×10-5cm/s，鼠強~中等透水性;天然干密度為1.42g/cm3～1.94g/cm3;小于5mm顆粒含量平均為95.81%;承載力為0.226Mpa，變形模量E0=19.75 Mpa，壓縮模量Es=9.35MPa，屬中等壓縮性土，C=0.008MPa，φ=14.8°，抗剪強度較低。
　　③-1亞層：含漂(塊)卵(碎)礫石土層。展布于壩址區Ⅰ級階地和上壩址河谷右岸。厚度5.0～39.36m，頂板埋深0～39.36m。粗顆粒成分以弱風化花崗巖、閃長巖為主，少量輝綠巖,次圓～次棱角狀。漂塊石粒徑20～30cm，含量10%～20%;卵(碎)石粒徑以3～8cm為主，約占35%～45%;礫石粒徑0.5～1cm，含量約15%～25%;細粒以粉細砂或粉土為主，含量約20%～25%，局部呈透鏡狀成層產出，結構較密實，滲透系數k=3.31×10-1cm/s～1.10×10-4cm/s，屬強～微弱透水性土;天然干密度為1.62g/cm3～2.24g/cm3;小于5mm顆粒含量為12.00%～65.00%;壓縮模量Es=8.8 MPa～192.6 MPa之間，屬中～低壓縮性土，C=0.02MPa～0.065MPa，φ=24.2°～47.4°，抗剪強度中等～中等偏上。
　　③-1b層透鏡體為含泥角礫中粗砂，呈透鏡狀展布。滲透系數k=6.92×10-5cm/s，屬弱透水性土。天然干密度為1.82g/cm3～1.89g/cm3，小于5mm顆粒含量為90.54%～97.13%，孔隙比為0.478～0.507，承載力為0.367Mpa，變形模量E0=39.59Mpa，壓縮模量Es= 13.70 MPa，屬中壓縮性土，C=0.011MPa，φ=17.3°，抗剪強度值較低。該透鏡體以細粒為主，力學性能較差。
　　③-2亞層：礫石砂層。不連續分布于上壩址橫Ⅱ線右岸Ⅰ級階地淺表部，厚度約8.3m，以中、粗砂為主，含量約70%;余為礫石，次圓狀為主。偶見粒徑3～7cm的卵石。滲透系數k=1×10-3cm/s～1×10-4cm/s，屬中等透水性。天然干密度為1.47g/cm3～1.55g/cm3，小于5mm顆粒粒徑含量為95.37%～100.00%;變形模量Es= 18 Mpa ~22 Mpa，C=0MPa，φ=17.3°。
　　第④層：沖積(alQ4)堆積之漂卵礫石層。分布于壩址區現代河床及漫灘。厚度5.6～25.5m。漂卵礫石成份以弱風化閃長巖、花崗巖為主，磨圓度較好，次圓～圓狀。漂石粒徑一般20～30cm，含量約15%～25%;卵石粒徑多為4～8cm及10～15cm，約占40%～50%;礫石粒徑多1～2cm，約占10%;砂為中細砂，局部見粉細砂層呈透鏡狀展布，結構較密實。滲透系數k=1.65×10-1cm/s～2.21×10-1cm/s，屬強透水性。天然干密度為2.10g/cm3～2.27g/cm3，小于5mm顆粒粒徑含量為11.00%～35.00%;壓縮模量Es=64.9 MPa～192.6 MPa，屬低壓縮性土;C=0.06～0.08MPa，φ=41.2°～44.3°。
　　3 大壩基礎處理設計
　　3.1 壩基防滲處理設計
　　3.1.1 壩基防滲方案
　　覆蓋層地基上土石壩一般采用水平鋪蓋、垂直防滲等壩基防滲措施。瀘定大壩壩基表層④層漂卵礫石層為強透水層，前期考慮在上游建基面設復合土工膜水平鋪蓋與上游圍堰防滲墻連接，以延長滲徑、減小壩基滲漏損失和滲流坡降。招標、技施階段對壩基防滲方案進行了優化，三維滲流有限元計算結果表明，上游復合土工膜水平鋪蓋對整個滲流場作用不大，水平防滲效果不明顯。同時，考慮到現場施工工藝、施工難度等因素，取消了上游建基面復合土工膜水平鋪蓋。壩基覆蓋層垂直防滲采用混凝土防滲墻，最大深度106.0m，墻厚1.0m。河床部位為懸掛式防滲墻，墻下設灌漿帷幕;左、右岸為封閉防滲墻。
　　大壩防滲系統由粘土心墻、壩基垂直防滲墻和灌漿帷幕、兩岸基巖帷幕組成。
　　3.1.2 混凝土防滲墻
　　壩基河床覆蓋層深厚，最大厚度148.6m，壩軸線處一般為120～130m。采用混凝土防滲墻是最為有效和經濟的防滲措施。根據國內防滲墻施工能力和本工程施工進度要求，本工程防滲墻深度為106.m，防滲墻封閉范圍為1306.00～1220.00m高程，防滲墻厚度1.0m，混凝土防滲墻實際承擔的最大滲透坡將為74。
　　三維應力應變計算表明，防滲墻的應力主要是由防滲墻兩側地基土的拖曳力和蓄水后上游水荷載引起的，防滲墻最大主應力為33.9Mpa，位于防滲墻底部右側與基巖接觸部位;在壩軸向河谷段右端基巖鼓包處出現了較大拉應力，最大值為-7.7MPa。根據計算分析和材料配比試驗，結合國內已建工程經驗，確定防滲墻設計參數如下：28天彈模不宜超過30000Mpa，180天彈模不宜超過35000Mpa，抗滲等級W12，抗凍等級F100，墻體滲透系數小于1.0×10-7cm/s。
　　3.1.2 墻下灌漿帷幕
　　防滲墻底端至基巖40～50m深的覆蓋層地基采用帷幕灌漿處理，防滲墻底端置于覆蓋層①層之中，經分析該層帷幕灌漿具有較好的可灌性，根據施工安排，帷幕灌漿須全部在灌漿廊道內進行。經三維滲流分析，確定采用3排帷幕，防滲帷幕采用均厚式帷幕，排距1.5m，帷幕厚度3~3.5m。防滲墻內預埋一排灌漿管灌漿，呈梅花形布置，上、下游各設一排灌漿，距離防滲墻軸線距離均為1.5m。各排灌漿孔均進入基巖，中心一排深入基巖深度根據地質條件情況按小于5Lu確定，其它排帷幕進入基巖深度2m。
　　3.2 心墻基礎開挖及處理
　　左岸心墻基礎為強風化、強卸荷閃長巖，天然坡度較陡。心墻防滲體與基巖接觸面需緊密結合，表層強風化巖石予以挖除。為適應地形，1340.00m高程以上基巖開挖坡比1:1，1340.00m高程以下基巖開挖坡比1:0.65。為防止基巖表層裂隙滲水、心墻與基巖接觸面產生接觸沖刷，在左岸心墻基礎設混凝土蓋板，最小厚度40cm。
　　右岸心墻基礎為覆蓋層，地形坡度相對較緩，為減少右岸心墻基礎覆蓋層開挖和心墻填筑量、節省投資，右岸心墻基礎建在覆蓋層上，同時挖除表層崩坡積、③-2礫石砂層和含漂(塊)卵(碎)礫石土層。河床部位心墻基礎表層砂層予以挖除，換填礫石料。
　　為提高左岸心墻基礎基巖不透水性、完整性，減小滲流坡降，減小滲漏損失;為降低由于河床和右岸心墻基礎覆蓋層不均勻變形或變形過大而引起的壩基灌漿廊道和混凝土防滲墻開裂、壩基灌漿廊道間相對位移過大的風險，在左岸心墻基巖基礎、河床和右岸心墻覆蓋層基礎固結灌漿處理，灌漿孔梅花形布置，間、排距3m，各部位深度為8m、10m或12m不等。
　　3.3壩基砂層處理
　　壩基砂類土體主要有③-2亞層、②-3亞層。其中③-2亞層埋深淺，分布范圍小，承載及抗變形能力低，難以滿足大壩基礎的要求，壩基開挖
　　將之清除。②-3亞層初判可能液化，砂層分析及處理措施主要圍繞②-3亞層展開。
　　3.3.1 壩基砂層液化分析
　　(1)天然地基液化分析
　　按《水利水電工程地質勘察規范》(GB 50287-99)，對②-3亞層的液化進行初判和復判。
　　初判：存在液化的可能性，需進行復判。
　　復判：②-3亞層的相對含水量為0.88，液性指數為0.74，3組相對密度成果為0.77～0.98，綜合判定②-3亞層在自然條件下為不液化砂土，復判標準與成果詳見表1。
　　(2)建壩后液化分析
　　采用簡化總應力法、二(三)維有限元分析法、總應力有限元法分析建壩后②-3粉細砂及粉土層的液化性。分析結果表明，設計工況與復核工況均不發生發生液化。遭遇100年超越概率2%地震時，下游壓重區與大壩基礎以下砂層液化安全率大于1。
　　3.3.2 壩基砂層處理設計
　　通過上述砂層液化分析及以往壩坡穩定分
　　析結論，壩基砂層處理的原因不是砂層液化，而是控制壩體沉降及滿足壩坡穩定要求。
　　預可、可研及招標階段根據《水電樞紐工程
　　等級劃分及設計安全標準(DL5180-2003)》6.0.4和6.0.6規定，瀘定粘土心墻壩按Ⅷ度設防，按50年超越概率10%的地震峰值加速度246.0cm/s2進行抗震設計，按50年超越概率5%的地震峰值加速度325.0cm/s2進行抗震穩定復核。
　　技施階段對壩基砂層處理進行了優化，開展了現場振沖生產性試驗，鉆孔過程中塌孔嚴重，成孔難度大，考慮到振沖施工難度大、工期緊、費用高，取消了振沖碎石樁處理方案。為了提高壩坡和壩基的抗滑穩定性，提高②-3粉細砂及粉土層的上覆土體重量，在上游圍堰外設置壓重，
　　壩基②-3亞層粉細砂及粉土層地震液化經驗判別表
　　表1

	判別方法	判 別 標 準	壩基土體基本特性	判定	綜合判定
初 判	地層年代	第四紀晚更新世（Q3）或以前，不液化；全新世（Q4），可能液化	Q3（埋深27~39m以下）	不液化	可能液化
	顆粒大小 （粘粒含量）	土中粘粒大于5mm質量百分含量Pc≥70％可判為不液化；土中粘粒大于5mm質量百分含量大于30％其中粘粒小于0.005mm質量百分含量，相應于地震烈度8°分別不小于18％時，可判為不液化	粘粒含量多小于18％	可能液化
	剪切波	土層的剪切波速度大于公式計算的上限剪切波速度時，可判為不液化	剪切波速度為260～350m/s	可能液化
復 判	液性指數	液性指數IＬ≥ 0.75時，可能液化，否則不液化	液性指數IＬ=0.74	不液化	不液化
	相對密度	地震烈度8°時，（Dr）cr大于75%不液化	相對密度（Dr）cr=77%～98%	不液化
	相對含水量	相對含水量Wu≥ 0.9時，可能液化，否則不液化，塑性指數Ｉp≥ 7～10時不液化，Ip≤ 7～10時可能液化	相對含水量Wu=0.88	不液化
	現場標準 貫入試驗	現場標貫N６３.５擊數大于液化臨界Ncr值時不液化，否則液化	標貫N６３.５擊數為3.36～35.7（變幅大），標準值fk 12.12	標貫深度 已超過15m 結果供參考
	振動液化 試驗	地震設防烈度下，抗液化安全系數 K=τL／τav＞1.0時不液化；否則可液化	地震加速度246.0cm/s2時Kmin=1.46；325.0cm/s2時Kmin=1.09；	不液化

　　上游壓重平臺高程1340.00m，順河向最大長度150.0m;同時下游堆石區范圍增大，在可研設計斷面下游壩腳設置堆石Ⅱ區，平臺頂高程1346.00m，順河向最大長度130.0m。
　　4 結語
　　瀘定工程大壩河床覆蓋層深厚，最大深度148.6m，層次結構復雜，本工程通過分析研究，針對壩基不同工程特性采取了混凝土垂直防滲墻、灌漿帷幕、固結灌漿、挖除、置換和壓重等處理方式，技術可行并可節省投資、縮短工期。特別是混凝土防滲墻最大深度106.0m，是目前國內已建工程最深的防滲墻，本工程防滲墻的實施為深厚覆蓋層防滲處理奠定了堅實的基礎。