阳江抽水蓄能电站下水库大坝坝基防渗处理技术

周 清

(广东水电二局股份有限公司，广州 511340)

1 工程概述

广东阳江抽水蓄能电站位于广东省阳春市与电白县交界处的八甲山区。阳蓄电站装机容量为2 400 MW，分两期建设，近期装机容量为1 200 MW。下水库位于阳春市八甲镇南西5 km处的高屋村石祥、更口、丰田一带，在上水库北面约3 km处，集雨面积为15.94 km2，总库容为3 105万m3。下水库建筑物包括：挡水大坝、溢洪道、由导流洞改造而成的放水底孔等。下水库挡水大坝为沥青混凝土心墙堆石坝(如图1所示)，坝顶高程为110.50 m，心墙高为45 m，坝顶总长为847.4 m，坝顶宽为7.0 m，最大坝高为55.9 m。

图1 下水库沥青混凝土心墙堆石坝横剖面示意(单位：高程m，长度mm)

下水库大坝河床坝段坝基存在洪冲积层和坡积层，坝体建在经处理的砂卵砾石覆盖层上。针对此覆盖层坝基，坝基渗漏和坝肩绕坝渗漏处理是大坝设计和施工首要考虑和需要解决的问题。

2 坝基工程地质条件

下水库坝址断面形状为宽阔的“U”型谷，谷底高程为60～65 m。白水河在坝址区流向由南向北，河水位高程约为60 m，水位随季节变化。坝址左岸山顶高程为162.5 m，山体较雄厚，北面为正涌，山脊高程为128～162 m，山坡平均坡度约为26°。左岸山头被上游两条北西向冲沟切割形成两垭口，山坡坡度为17°～35°，平均坡度约为28°。坝址右岸山脊高程为117～152 m，山坡较左岸平缓，平均坡度约为23°。

坝址地形开阔，坝址区分布有第四系人工填土层(Qs)、洪冲积层(Qpal)、坡积层(Qdl)、下伏基岩为加里东期混合岩(Mγ3)。其中人工填土层为0.5～2.2 m，洪冲积层为2.6～7.1 m，全风化层厚为3.2～30.0 m；强风化层厚为0～20.5 m。根据地质钻孔资料分析，库底洪冲积层透水性较强，在不同部位的厚度、粒径变化较大，粒径>5 mm的卵砾石含量为55%～80%，含泥量为0.6%～1.2%，砂砾卵石层天然密度平均值为2.1 g/cm3。渗透系数K平均值为5.22×10-3cm/s。砂砾卵石层满足作为土石坝坝壳填筑料的条件，全风化层满足作坝基持力层的条件[1]。

下库坝采用沥青混凝土心墙堆石坝，河床部位以洪冲积砂卵石层作建基面，挖除地表耕植土及洪冲积层顶部泥质粉细砂、砂质粉质黏土。两岸坝肩及防渗心墙建基面为全风化带，两岸坝肩地下水位低于正常蓄水位，大坝存在坝基渗漏和坝肩绕坝渗漏问题，设计以岩体透水率q≤3 Lu为相对不透水层进行防渗处理[1]。

3 坝基处理的设计

3.1 坝基开挖

坝基开挖面要求平顺连接，不得有台阶、急剧变坡；岸坡坝段坝基要求位于全风化上限以下不少于2 m，要求达到全风化硬塑土层；河床坝段坝基存在洪冲积层，要求挖除地表耕植土及洪冲积层顶部泥质粉细砂、砂质粉质粘土，即基础置于经挖除2.0～3.0 m且开挖面至洪冲积层顶面以下不小于1.5 m并碾压处理后的砂卵石层上[2]。心墙部位的洪冲积层需彻底清除，心墙底面应置于全风化层以下不小于1.0 m。

3.2 坝基防渗

基础防渗采用防渗墙与帷幕灌浆相结合的垂直防渗方式，即心墙底部至弱风化顶面之间采用防渗墙，防渗墙底深入弱风化岩0.5 m，墙厚0.8 m；防渗墙底部至相对不透水线(q=3 Lu)以下5 m之间范围、两岸延伸至地下水位与相对不透水层相交处，采用一排帷幕灌浆处理，孔距为1.5 m。

由于河床部位以砂卵砾石层作建基面，两岸坝肩及防渗心墙建基面为全风化带，因此，设计采用混凝土防渗墙与帷幕灌浆共同防渗。大坝防渗墙与溢洪道连接部位在溢流堰两侧边墩增设防渗刺墙，防渗刺墙厚1 600 mm，与两侧库周防渗墙搭接，形成封闭的防渗体系[3]。施工时，先防渗墙后帷幕，最后浇筑心墙部位混凝土垫层及心墙支座，防渗墙混凝土为C25W6F50。

4 坝基处理的施工

4.1 坝基开挖

4.1.1岸坡开挖

大坝岸坡110.5 m以上按设计边坡开挖，及时做好截水沟及马道的排水沟。大坝岸坡坡积层厚度约为 2 m，开挖深度为3～5 m，开挖上下高差大。左岸根据XL4分级道路，在边坡装载渣料。右岸结构较多，在坡面设置4道临时堆渣平台，平台宽度不少于4 m。利用PC220挖掘机，推土机将渣料从110.3 m平台翻至100.3 m平台，再从100.3 m平台翻至90.3 m平台、90.3 m平台翻至80.3 m平台，逐级翻渣至坝基平台。在坝基原地面高程配合推土机、装载机、反铲挖掘机、自卸车等设备装渣转运，严格按照从上至下的开挖顺序逐级开挖、渣料翻转。在开挖过程中，预留0.2～0.3 m的保护层，施工时逐层控制，每开挖出一段10 m长的边坡，即进行人工修坡。

4.1.2坝基开挖

根据坝基实际地形，坝基开挖深度在1.9～5.3 m之间，主要为坝基全强风化层及洪冲积层(主要为砂砾石)。从右岸至左岸开挖，先上游再下游，由上至下，从右至左，有序开挖。

坝基淤泥开挖主要在大坝左右岸坡低处。开挖淤泥前，先进行降水施工。在基坑四周设置环状排水沟，左岸坝基淤泥开挖设置长排水沟，排水沟深度低于淤泥开挖层高度0.5 m以上，将地下水引排至右岸处理[3]。

在实际开挖过程中主要是利用分层下卧平推法来处理基坑覆盖层，同时运用机械设备如装载机、反铲机等来实施挖装，或是联合使用推土机来进行推集挖装，自卸汽车运至土石料转运场。此外工作人员严格根据设计要求使用反铲挖掘机挖掘土方边坡，在此过程中需要预留一定的修坡空间，结合采取人工方式来辅助修坡作业的进行[4]。

坝基开挖按设计要求完成后(见图2)，经参建各方验收确认符合设计要求，再对砂卵石层坝基作进一步的碾压压实处理。

4.1.3 心墙基础开挖

心墙基槽上部宽约22.7 m，下部宽13.6 m，设计坡比为1∶1，基槽底部最低高程为55.2 m。开挖时，先按照设计放出基槽边线，利用PC220反铲挖掘机配合20 t自卸车出渣，基槽开挖完成后在槽边利用反铲挖机挖出截排水沟，槽顶截水沟距离基槽边不小于2 m，设置一定坡度排水，截排水沟内回填石渣[5]。基槽内每隔50 m设置1处集水井，井内设置抽水泵，施工时抽排积水。

4.1.4开挖爆破控制

基础岸坡部分石方主要使用控制爆破作业来进行开挖，遵循由上至下、从外到内的原则开展作业。严格根据钻孔、爆破、出渣的顺序组织每区、层的作业，构成多工作面流水作业[6]。开挖采用分层、分台阶自上而下，边线预裂、深孔梯段爆破施工方法，并随各台阶土方开挖同步进行，先由反铲清挖台阶面上的覆盖土层，平整出钻孔平台。施工中采取非电毫秒微差起爆网络爆破、边坡预裂的方法进行施工。

4.2 混凝土防渗墙施工

混凝土防渗墙施工工艺流程：施工准备→测量放样→导墙施工→成槽机成槽→双轮铣铣槽→成槽验收→刷壁→吊装接头板→吊装钢筋笼→安放混凝土导管→浇筑混凝土→拔出导向板→下一槽段施工。

4.2.1防渗墙施工槽孔布置

下水库大坝混凝土防渗墙轴线长为886.2 m(坝0+6.55～坝0+892.75)，墙体嵌入基岩深度为进入弱风化层0.5 m。混凝土防渗墙与帷幕灌浆接触部位设2 m深接触带，上部伸入混凝土防渗墙1 m，下部伸入弱风化基岩1 m。防渗墙墙体采用C25混凝土，墙厚0.8 m，防渗等级为W6，抗冻等级为F50。

根据下水库大坝的地层特点、地质情况和基岩强度，采取不同的防渗墙成槽方法。成槽分别采用铣槽机成槽、冲击钻成槽和人工开挖成槽施工，总共158个槽段，其中20#槽(人工开挖成槽)最浅，为7.2 m，106#槽(铣槽机成槽)最深，为46.70 m。混凝土防渗墙施工分两期进行(见图3)，先施工Ⅰ期槽，再进行Ⅱ期槽施工。

图3 防渗墙施工槽孔划分布置示意

4.2.2铣槽机成槽

铣槽机成槽施工分两期进行，槽段之间采用套铣法施工。成槽配备1台液压抓斗式成槽机(XG600D)和1台双轮铣槽机(BC-40型)施工。岩层以上采用液压抓斗成槽，抓斗式成槽机带自动测斜仪和纠偏装置，成槽速度快、精度高，成槽速度为6 m/h；进入强风化及强度较高的岩层后，采用双轮铣进行成槽。

4.2.3冲击钻成槽

冲击钻成槽采用钻劈法施工。槽孔分两期施工，先施工一期槽孔，相邻的一期槽孔施工结束后，再施工中间的二期槽孔。每个槽段按5个孔布置，其中主孔3个、副孔2个，先施工主孔，完成主孔后再通过液压抓斗抓取副孔，钻(抓)取全风化层，孤石、坚硬的强风化层、基岩采用冲击钻机完成。

4.2.4人工开挖成槽

在两岸坝肩地质较好，槽身较浅的槽段采用人工开挖成槽的方法。其原理在于工作人员使用风钻、风镐或是铁镐钻孔并进行爆破完成挖掘工作，利用提升架将其中的杂质清理干净，运用钢筋混凝土进行护壁处理，孔内通风采用小型鼓风机和空压机送风结合[7]。人工挖孔防渗墙分两序施工，槽孔套接采用圆弧连接并对接缝混凝土凿毛。槽孔施工工艺流程：平整场地→放线→定槽位→槽段开挖→安装模板浇灌第1节护壁→拆模后继续下挖，支模，浇护壁混凝土→养护→拆模→循环作业→达到设计要求岩层现场，参建各方确认基岩面深度→终孔验收→清孔→钢筋笼下设→混凝土浇筑。

4.2.5防渗墙施工控制重点

覆盖层坝基混凝土防渗墙施工主要存在造孔垂直度控制、槽壁稳定、成槽工艺控制、墙段连接、墙体混凝土浇筑等一系列技术难题。为保证大坝防渗安全和质量，防渗墙施工重点做好以下方面控制。

1)成槽垂直度问题

下水库坝基最大防渗墙深度达46.7 m，Ⅱ期铣槽容易出现偏槽现象，设计要求成槽倾斜不大于1/300墙高，成槽垂直度控制难度较大。主要控制措施如下：

① 成槽前，工作人员需要细致检验护壁泥浆，确保其达到规定标准要求后方可开展成槽作业。在此环节，需要结合具体地质条件与挖槽状况对泥浆性能实施调整，并且确保槽内泥浆面比地下水位高出0.5 m以上，同时比导墙顶面低0.3 m以内。

② 在实际作业环节，需要密切检测孔斜情况，一旦出现偏差过大的情况，需要立即利用铣头上的液压纠偏板予以处理[8]。

③ 对坚硬岩石旋挖钻机破岩施工，需要对钻孔偏斜情况进行动态观测，一旦超出限值需要马上停止施工，采用双轮铣进行铣削，岩面线平整后再重新引孔。

④ 为保证Ⅱ期槽成槽垂直度，在Ⅰ期槽浇筑前，采取接头定位板，并且在开孔作业过程中使用大扭矩、低转速的铣切技术。

2)槽壁稳定问题

由地质资料知，地下防渗墙上半部位于砂卵砾石层和全风化层，在成槽过程中容易出现塌孔现象。控制措施如下：① 导墙可起到成槽导向、标高与槽段控制、承重与避免槽口坍塌的作用，是混凝土防渗墙施工中的重要环节，采用“┓┏”型，稳定性较好。② 为保证防渗墙槽孔及其基础稳定，本工程防渗墙使用优质膨润土、水以及外加剂，经过严格配比且通过验证后，进行规范配备[9]，具体性能指标见表1。

表1 泥浆性能指标

3)成槽工艺控制

① 双轮铣成槽施工

根据槽段成槽划分，实施分幅作业。使用液压抓斗三抓成槽法来进行土层开挖，也就是每个槽段实施作业过程中，按照从旁到内的原则抓取土体，防止抓斗两边受力不同而影响槽壁垂直程度。经过数次开挖，保证达到岩层标高[10]。对于岩层主要使用双轮铣成槽施工，即利用切割轮内的切齿来完成岩石的切削，使其充分混合膨润土悬浮液，并且可将岩石渣土切割为70～80 mm甚至更小的碎块，使用与切割轮邻近的离心泵抽吸其中的悬浮液与碎块，保证开挖槽的清洁。

② 冲击钻成槽施工

采用冲击钻与旋挖机及液压抓斗相结合的“两钻一抓”成槽方式，分两序进行施工，首先采用旋挖机钻取主孔，完成主孔后再通过液压抓斗抓取副孔，旋挖机和液压抓斗只钻(抓)取全风化层，基岩部分利用冲击钻进行成槽施工。

4)槽段接头施工

保证混凝土防渗墙各墙段之间有效连接是防渗墙施工的关键，也是防渗墙质量控制的重点，本工程防渗墙根据不同成槽方法相应采用了成熟且先进的接头施工法。

① 双轮铣Ⅱ序槽段套铣接头施工

双轮铣防渗墙成槽接头形式采用“铣接法”，即在两个Ⅰ序槽中间进行Ⅱ序槽成槽施工时，铣掉Ⅰ序槽端头的部分混凝土，Ⅱ序槽混凝土浇筑后与Ⅰ序槽混凝土结合形成一道水密性较好的接头。在Ⅱ期槽浇筑前，采用钢丝刷对Ⅰ期槽段端部砼进行刷壁，确保接头质量良好，满足地下连续墙槽段接缝防渗要求。

② 接头管接头施工

冲击钻成槽采用接头管作为连续墙的接头处理方法。接头在Ⅰ序槽施工结束后，将钢制接头管设置于一期槽两端孔位置下方，并且利用拔管机来稳固孔口。实施浇筑作业过程中，工作人员应根据混凝土初凝时间以及液面上升高度与速度来拔出接头管。混凝土浇筑后接头管部位形成二期槽端孔，待二期槽成槽后连接成墙。接头管分节制作，插销连接，采用液压拔管机起拔，一、二期槽孔接头套接孔的两次孔位中心在任意深度的偏差值不大于设计墙厚的1/3[11]。

③ 成槽后认真清孔，并进行换浆，确保成槽后的泥浆指标和沉渣厚度满足设计和规范要求。

5)墙体混凝土浇筑注意事项

① 严格检查和控制防渗墙混凝土拌合物的施工性能始终处于良好状态；② 防渗墙混凝土采用直升导管法进行泥浆下浇筑工艺；③ 根据槽段的长度，每个单槽浇筑时，需设2套导管；④ 严格控制埋管深度，专人测量监控，埋管深度控制在2～6 m间，最后一次灌注量，保证混凝土浇灌至导墙顶部以上0.5 m。

4.3 帷幕灌浆施工

大坝帷幕灌浆线总长935.8 m(坝0-43.05～坝0+892.75)，共划分31个单元，共布置637孔(13个加密孔)。帷幕钻孔采用HGY-200、YX-2等型号地质钻机造孔，终孔孔径不小于56 mm。帷幕灌浆最深(基岩以下)为25.87 m。帷幕灌浆采用强度等级为42.5级的水泥。灌浆水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1共6个比级，开灌水灰比为5∶1。帷幕的防渗标准要求透水率q<3 Lu。

4.3.1施工流程

总体施工程序为：工作面清理→孔位放样→抬动观测孔→帷幕Ⅰ序孔(先导孔)→帷幕Ⅱ序孔→帷幕Ⅲ序孔→帷幕检查孔→加密补灌(如需补灌)→补灌后检查→场地清理。

4.3.2施工次序

帷幕灌浆分三序施工，先进行Ⅰ序孔灌浆，再进行Ⅱ序孔灌浆，最后进行Ⅲ序孔灌浆(见图4)，且各次序孔在岩石中钻孔灌浆的间隔高差不小于15 m。

图4 帷幕灌浆分序示意

4.3.3灌浆压力及分段

本工程帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆，灌浆分段和灌浆压力按不同成槽方法和槽段，经试验确定。

1)冲击钻及铣槽机成槽段：第1段长1 m(混凝土1 m)，在钻穿混凝土后，对接触部位单独灌浆并待凝24 h；待凝结束后继续钻取基岩1 m，作为第2段；第3段长3 m，第4、5段长5 m，第6段及以下各段长5～10 m。

2)人工挖孔成槽段：第1段长1 m(混凝土1 m，基岩1 m)；第2段长3 m，第3、4段长5 m，第5段及以下各段长5 m。

3)灌浆压力控制。Ⅰ序孔压力值选择0.3～0.5 MPa、0.3～0.5 MPa、0.7 MPa、1.0 MPa、1.5 MPa、2.0 MPa，Ⅱ序孔、Ⅲ序孔压力值在Ⅰ序孔的基础上适当增加0.1～0.2 MPa。

4)灌浆结束和封孔。在最大设计压力下，灌浆孔段注入率不大于1.0 L/min时，再延续灌注30 min，结束灌浆。灌浆孔和检查孔封孔采用“全孔灌浆封孔法”，即用0.5∶1的浓浆置换出孔内稀浆，待浓浆浆液溢出孔口时，改用纯压方式，即孔口卡塞，封孔灌浆压力采用该灌浆孔的最大灌浆压力，持续灌浆时间达30 min以上，结束灌浆封孔。

4.4 坝体与溢洪道连接处及库周连接施工

大坝防渗墙与溢洪道连接部位在溢流堰两侧边墩增设防渗刺墙，防渗刺墙厚1 600 mm，与两侧库周防渗墙搭接，形成封闭的防渗体系[12]。溢流堰基础靠上游5 m部位设1排帷幕灌浆，灌至3 Lu以下5 m，两侧刺墙与大坝和库周防渗相接。

5 坝基防渗效果

5.1 防渗墙质量检查情况

为保证防渗墙的施工质量，按设计和规范等要求对防渗墙进行了以下相关的检查和检验。

1)混凝土试块抗压和抗渗检查

大坝防渗墙共158个槽段，抗压试验162组，抗压强度和抗渗试验结果均达到了设计要求。

2)防渗墙钻孔注水试验及取芯检查

选取8个防渗墙槽段进行钻孔压(注)水试验及芯样室内物理力学性能试验和芯样室内物理力学性能检验，钻孔压(注)水试验结果均小于1×10-7cm/s，室内物理力学性能试验结果均大于C25，满足设计要求。

3)墙体实体质量检查

实际所取芯样完好无损，形状为短柱状。根据开挖情况表明防渗墙墙体良好结合，且芯样强度达到标准要求，整体防渗墙性能达标。

经过严格的施工和质量过程控制，下水库大坝完成的防渗墙墙体质量、抗压强度、抗渗指标及接缝质量各项指标均符合设计要求。

5.2 帷幕灌浆质量检查情况

帷幕灌浆单元工程完成14 d后，按不少于总孔数的10%布置检查孔，检查孔布置在灌浆有疑问、吸浆量大和地质条件有缺陷的部位，采用“单点法”进行压水试验。大坝帷幕灌浆共完成31个单元，通过检查孔压水试验，灌浆效果明显，透水率(q)值均满足规范要求，达到了设计预期目的。

5.3 监测情况

下水库自2021年9月下旬开始下闸蓄水，水位随后缓慢上升，2022年5月30日后库水位首次上升至90 m高程以上，至今监测到的最高库水位为99.28 m。下库下游侧除生态放水外基本无水。下水库大坝渗流渗压监测数据显示，大坝心墙运行状态良好，无明显渗漏情况，库岸及库周各渗流测点未发现异常渗流情况，坝后渗流量基本稳定保持在设计范围内。经监测，堆石体变形已基本趋稳，当前库水位(90.87 m)下大坝运行状态良好。

6 结语

1)下水库大坝自2021年9月下闸蓄水以来运行状况良好，坝基处理较为成功。

2)大坝河床部位、两岸坝肩及防渗心墙建基面分别座落在砂卵砾石层、全风化带的岩土体上，坝基处理采取了挖除、保留及采用相应的混凝土防渗墙、帷幕灌浆等工程防渗技术措施，在加快进度的同时节省了工程投资。

3)建议后续对坝基和坝体沉降作进一步分析研究，以作为类似覆盖层坝基处理设计和施工参考。