摘要：块泽河水电站大坝为现浇混凝土单曲高拱坝，大坝坝基岩体为二叠系下统茅口组隐晶质灰岩、白云质灰岩夹薄层炭质灰岩，坝基岩体均一性较好。岩层中溶蚀裂隙、溶洞和缓倾向下游的水平层理为渗漏的主要通道，岩体透水性不均一。针对电站坝区岩溶岩体特性及复杂的水文地质条件，在工程中采取了相应的防渗及排水处理措施。
关键词：水文地质条件；坝基；防渗处理；排水设计
1坝区基本地质条件
块泽河水电站拦河坝为混凝土单曲拱坝，高86m（1498～1584m高程），坝区河谷狭窄，河床宽大约20m，呈U形深切，两岸谷坡陡峻，基本对称，平均坡度70°以上，河流以N51°W流经建筑物区。河水位1500m时，水面宽10～16m，正常蓄水位1580m时，谷宽70m。坝基开挖揭示，坝基（肩）岩体主要由二叠系下统茅口组（P1m）隐晶质灰岩、白云质灰岩及薄层炭质灰岩组成，产状N82°E/NW∠10°，倾向下游略偏左岸。地层连续，左、右岸岩体与河床岩体为同层，岩石致密坚硬，单轴抗压强度70～90MPa，属坚硬岩。巨厚层、中厚层状结构，局部互层结构，在薄层结构面充填泥质。
坝基岩性单一，不存在软弱岩带，结构面均为规模较小的节理裂隙和方解石脉；坝址区与坝肩存在F49断层和f5、f6、f7和f8等四条较大的溶蚀裂隙。
F49断层：产状为N45～55°E/NW∠83～88°，属高角度的压性冲断层，破碎带宽5～10m，位于坝轴线上游30m右，在块泽河边尖灭，受该断层的影响，断层范围内岩体相对破碎。该断层经计算对大坝稳定基本没有影响。
f5裂隙：距离右岸拱座26～45m，上部宽（3m）下部窄（15～40cm），产状为N85°E/NW∠85°。内充角砾岩、钙质、粘土及次生泥，甚至无充填物；裂隙两壁岩体完整，坚硬，基本无破坏；并有溶洞、钟乳石等溶蚀痕迹。f5一直发育到河床以下，推断为溶蚀裂隙。f6裂隙距离左岸拱座150m，宽30～75cm，裂隙间基本无充填物；两壁岩体光滑且完整、致密坚硬。下部深度与河床相平甚至在河床以下，产状为N22°W/SW∠85～88°。f7裂隙距离左岸拱座13m，产状变化较大，S20～70°E/SW∠72～84°，宽度不一，宽15～40cm，走向沿取水口～1584m坝上公路发展，扭曲发育，在上游取水口上部5～20cm，下游10～30cm，在距取水口40m处演变为一溶洞，直径60～80cm，从分布范围推测与下部引水隧洞进口处的溶洞连通。裂隙内充填角砾岩、钙质、粘土及次生泥，裂隙两壁岩体完整，坚硬，基本无破坏。f7下部发育到坝肩中部（1535m）基本闭合、尖灭，形成上宽下窄的现象，推断f7为带有溶蚀性质的卸荷张拉裂隙。f8裂隙位于右岸拱座内，为右式平推断层，产状为N77°W/NE∠82°，充填方解石，从上游冲沟基本顺河延伸到下游，实为张开裂隙，在建基面内已基本挖除。
f5～f8基本与河流平行并顺上下游延伸，是良好的渗水通道，对防渗极为不利。特别是f5和f7两条裂隙距离拱座很近，仍属拱端持力层，对拱坝坝肩稳定、变形、渗透均可能发生不利影响。在结构安全计算分析中采用拱梁分载法进行计算，工况计算安全系数成果表明：f7为K=3.5>3.0，f5为K=6.8>3.0，均大于规范要求。为加大安全系数，并考虑到两裂隙与拱座间岩体节理带，研究采取了传力洞（五层）的加固措施。
节理裂隙主要发育有：（1）S15～30°E/SW∠65～80°，密度为2～5条/m，密集带8～13条/m，充填黄色钙膜、方解石，为闭合微节理，结构面大部较平滑；密集带发育为溶蚀裂隙，岩体为薄层、镶嵌碎裂结构。分布普遍，产状稳定，延伸一般大于7m；（2）N30～45°E/NW∠83～88°，大部分1mm以下，闭合，1～3条/m。（3）S30～40°W/SE∠54～60°，基本倾向河床偏下游，宽度2mm左右，充填钙膜、方解石，1～3条/m，闭合，延伸远；（4）N13～16°W/NE∠66～69°，宽度1～3mm，间距大于3m；（5）N37～40°E/SE∠86～89°，宽2mm以上，微张～闭合，结构面粗糙；6）S20～30°E/NE∠8～13°，为岩石层面，垂直面间距50～100cm。
坝址区灰岩抗风化能力较强，风化作用主要沿结构面进行和扩展，岩体风化程度因岩性、岩体结构、地形地貌的不同而呈现不均一性，宏观上具有由表至里、由强渐弱的分布规律。表层岩体即为弱风化，厚5～10m，河床部位厚3～5m。
在坝址区内岩体卸荷表现不强烈，属弱卸荷，两岸谷坡卸荷深度一般8～10m，河床部位较少分布。
2坝区岩体的水文地质条件
2.1地下水类型
岩体的水理特性受岩性、构造、气候和地形等因素控制。坝区地下水类型按赋水条件可分为孔隙潜水、碳酸盐岩岩溶水和风化裂隙水。
2.1.1碳酸盐岩岩溶水
坝区内岩溶主要沿节理方向发育，岩溶通道在平面方向上以顺河方向和垂直河流方向为主，在铅垂面上以垂直方向为主。受块泽河最低侵蚀基准面控制，岩溶发育较深，地下水汇集在较大的岩溶通道后以泉的形式出露在河边陡崖脚下。
左岸山体地下水位由于小断裂及溶洞的因素，距河床200m范围内出现地下水凹槽，最低水位基本与河水位相平；右岸地下水位在距河床60m范围内基本与河水位相平，60m以外水力坡降抬高，两岸往山体方向水力坡度逐渐增大。地下水主要靠大气降雨补给，其升降与降雨过程一致，无滞后现象，地下水动态属气象型，季节变动带在15～30m。
构造裂隙有利于岩溶发育，坝基岩溶裂隙水多沿构造溶蚀裂隙涌出。坝基节理裂隙比较发育，但绝大多数胶结密实，地下水的运动条件较差，不利于发育，地下水主要在岩溶裂隙及构造裂隙中运动，其次是沿断层破碎带的溶蚀裂隙涌出。透水性有随深度增加逐渐减弱的趋势，也有透水性骤然增大的现象，说明岩层透水性由于岩溶作用及构造影响具有不均一性，在强透水带内局部岩层完整性较好的地段，其透水性弱，而弱透水带内因局部有断层及岩溶分布，又出现局部的较强透水岩带。
2.1.2孔隙潜水
主要埋藏于河床覆盖层中，自下而上分为三层。第三层由于结构松散，孔隙大，储水条件好，因此透水性强。此层孔隙水主要受河水、岩溶水和大气降水补给，并与河水具有统一的水力联系。第二层为静水环境沉积而成的湖积物，泥质含量相当高，为相对隔水层，透水性弱，坝基开挖揭示，该层泥质土已固结成块，基本不透水。第一层为透水性较强的卵砾石夹砂层，由于上覆相对隔水的泥质土，使第一层地下水排泄不畅，形成一定的承压水头。
2.1.3风化裂隙水
坝区两岸谷坡及河床下部有一定的风化、卸荷带，由此产生的裂隙比较密集、均匀，赋存于其中的水通常形成潜水，它主要受气候的影响，由大气补给，雨季水量丰富，旱季干涸。
2.2地下水运动特征
坝区基岩含水性不均一，地下水主要受大气降水补给。因岩溶分布高程不同和岩体富水性、透水性不均一，坝区左、右两岸地下水水力坡度差异大。
块泽河为深切河流，两岸谷坡陡峻，地下水在其渗流场中一般作层流或紊流运动。两岸基岩岩溶水直接补给河流或以泉的形式排出，风化裂隙水含水层厚度不大，规模有限，故大多就地补给，就地排泄，径流途径短。
3坝区岩体渗透特性
岩体的渗透特性取决于岩溶的分布规律和裂隙的发育程度、分布情况以及裂隙的张开和闭合状况，裂隙的特征又取决于岩性、构造、应力等环境。大坝建成蓄水后地下水的渗流条件将发生变化，86m的静水头产生的静水压力以及地下水流产生的动水压力将在一定程度上影响应力环境和岩体的渗透性能。
坝区岩体的渗透性能主要是通过钻孔压水试验了解的。在勘探阶段有9个钻孔共104段试验段与正在进行的帷幕灌浆钻孔20个共204段试验段，分布在河床、两岸勘探平洞和灌浆廊道中。从表1中可以初步得出岩石质量RQD值与吕荣值Lu的大致对应关系。
表1钻孔RQD值与Lu值对应关系
坝区内岩体由于受岩溶的不规则分布和岩层结构、风化卸荷的改造影响，造成透水性明显差异。在不出现岩溶的正常状况下，两坝肩浅部卸荷岩体松弛，透水性强，透水率Lu均大于10Lu，弱风化带透水率一般5～10Lu，为弱～中等透水带；微风化～新鲜岩体内，透水性减弱，一般为1～5Lu（局部在1Lu以下）的弱透水带，新鲜岩体透水率一般0～3Lu，在压水试验中甚至出现水倒流而压不进的现象。在河谷布置的3个钻孔（勘探深度100～128m），只有右河床1#钻孔在第28.4～53.5m连续4段小于1Lu，左河床与中部都大于1Lu，未揭露到连续小于1Lu的相对抗水层。但因岩溶的不规则分布，使坝区岩体渗透变得更加复杂化，左坝肩在距拱座140～150m与45～55m及9～13m处因有溶蚀大裂隙和溶洞，地下水水力坡度出现凹槽现象，右坝肩在距拱座26～50m处出现f5，地下水水力坡度也出现凹槽现象。
由上可见，坝区岩体渗透特性具有以下四个特点：
（1）规律性和突变性：一般岩体透水性随岩层垂直深度和水平厚度的增加逐渐减弱，由于岩溶不规律发育，透水性又产生突变。在强透水带内，局部地段岩层完整性较好而透水性弱，而弱透水带内因岩溶、断层影响，出现强透水段。所以岩层的透水性既有一般规律，又因岩溶影响具有不均一性。
（2）各向异性：在节理统计中，坝区顺河向的裂隙分布密度大，密集带发育为较大溶蚀裂隙；垂直河流方向的裂隙分布密度很小，且大多为微节理。可推测坝区平行河流方向的裂隙渗透性强，垂直河流方向的裂隙渗透性弱。
（3）分散性：从剖面上看，可分为风化带潜水、风化裂隙水和岩溶水；从平面上看，除却溶洞与溶蚀裂隙的影响，岩体渗透特性能自上而下逐渐减弱，由河床至坝肩山体内逐渐减小。
（4）渗透性与岩体的应力有着密切的联系。随着深度增加，岩体自重应力增大，而裂隙开度逐渐变小，岩体渗透性能减弱。
4坝区岩体渗透系数的确定
坝区岩体渗透系数的确定主要参考钻孔压水试验、岩层透水性、地下水运动条件、岩溶等性态，但由于岩体渗透性的不均一性，所取Kcp必需视强、弱、微透水、中等透水与岩溶（裂隙）等不同情况下而取相应的数值。同时可溶岩地区影响渗透系数的因素很多，地下水运行条件复杂，如只按压水试验成果取值，可能实际渗漏量会比理论计算值大的多。
5防渗处理措施
坝区水文地质条件复杂，岩体的富水性和透水性不仅受岩性、岩溶和构造的控制，还受气候、地形地貌、风化和卸荷等因素的影响。坝基浅部岩体内裂隙较发育，第（1）组顺河节理密集带与第（6）组水平层面是坝基渗漏主要通道，及河床中、左岸128m内找不到小于1Lu的相对抗水层。两坝肩最主要的渗漏问题是溶蚀裂隙f5～f8与溶洞形成的渗水通道的封堵。根据以上的工程地质和水文地质条件，在工程中采取了以下的防渗及排水措施。技施阶段的设计成果为左右两坝肩采用悬挂式防渗帷幕。
5.1防渗设计
(1)帷幕的布置。在大坝基础范围内，帷幕中心线基本平行拱坝轴线，左、右岸在不同高程分别伸入拱座山体内，形成防渗帷幕。帷幕中心线即为基础廊道(灌浆平洞)的中心线，灌浆孔为倾向上游87°的斜孔，孔距为2米，孔位距坝体横缝不小于0.5米。
(2)帷幕控制标准及排数。根据坝高，按照拱坝规范确定帷幕控制标准：透水率要求ω≤3Lu；帷幕采用单排孔，孔距为2m。溶蚀裂隙f5～f8与溶洞及节理密集带做加密布孔或增加帷幕排数，如灌砂浆封堵不住，可扩大孔径直接灌入混凝土后再进行灌浆。
(3)孔深确定。孔深根据渗透地质剖面并按经验公式H/3+（8～25）确定（式中H为上游水深）。拱冠剖面帷幕在基岩内最大深度为65m。
(4)帷幕衔接。左、右岸帷幕均分别在1584.00、1535.00、1520.00m高程灌浆廊道内进行，上下层帷幕的连接采用在廊道上游侧设置浅孔，浅孔深度11m，孔距2m；且在上层帷幕下部孔与下层帷幕上部孔重叠5m，灌浆压力为1.5～2.0MPa。
(5)帷幕次序。灌浆帷幕分三序钻孔并按次序进行灌浆：Ⅰ序孔孔距8m，Ⅱ序孔孔距4m，Ⅲ序孔孔距2m。
(6)灌浆压力。根据地质情况和承受水头的大小综合考虑，分区设计，各次序各灌浆段的设计灌浆压力见表2；对断层破碎带及结构面发育的地方如灌性不好，可采用高压或打斜孔灌浆，灌浆压力为5MPa左右。
表2帷幕灌浆的灌浆压力
5.2排水设计
基础排水按工程部位分为大坝基础排水系统和抗力体排水系统两部分组成。大坝基础排水系统由排水幕、坝内集水井和深井泵组成；抗力体排水系统利用灌浆廊道支洞，采用自流式排水。
