帷幕灌漿技術在砂礫石壩基防滲中的應用

王延立

摘 要：巴基斯坦杜伯華水電站砼重力壩位于印度河右岸支流Duber河上，最大壩高40.5 m，除右壩肩幾個壩段坐落在巖石基礎上外，溢流壩段、左岸電站進水口壩段均坐落在厚度達60 m的砂礫石覆蓋層上。基礎處理需要解決滲漏及滲透變形、地基承載力、壓縮及不均勻沉降、砂層地震液化等幾方面的技術問題。經(jīng)過防滲處理方案比較、分析，及考慮施工成本和工期因素，最終采用帷幕灌漿防滲方案。

關鍵詞：砂礫石覆蓋層 基礎處理 帷幕灌漿 杜伯華水電站

中圖分類號：TV543 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-0-02

1 工程概況

巴基斯坦杜伯華水電站項目位于巴基斯坦西北邊界省Indus Kohistan 區(qū)，是一座高水頭、長隧洞引水式水電站。主要建筑物有：砼堰（壩）、地下沉沙室、引水隧洞、調壓井、壓力管道和電站廠房等。電站設計水頭541 m，引水隧洞長4867 m，裝機容量為130 MW，年發(fā)電量約595 GW.h。大壩位于印度河右岸支流Duber 河上，壩址區(qū)河谷呈U字形，河谷底寬70～90 m，兩側谷坡坡度40～50 °河床沖積物主要為礫石、卵石、漂石、砂等，厚度大于60 m。根據(jù)泄水建筑物布置，最大壩高為40.5 m，消力池長73.5 m。除右壩肩幾個壩段坐落在巖石基礎上外，溢流壩段、左岸電站進水口壩段和消力池坐落在砂礫石覆蓋層上。在砂礫石覆蓋層上修建超過40 m高的砼重力壩，基礎處理設計需要妥善處理滲漏及滲透變形、地基承載力、壓縮及不均勻沉降、砂層地震液化等幾方面的技術問題。

2 工程地質條件

壩址區(qū)主要由侏羅系的Kohistan 群的角閃巖類和第四系的沖積物和坡崩積物組成。角閃巖：多為大塊狀和塊狀中粒結構，堅硬-很堅硬，巖體節(jié)理微-中等發(fā)育，表部微風化。巖體呈NW-SE向展布，除在右岸公路有一小片50～60 m露頭外，其它露頭均在較高處，一般比河床高30 m以上。沖積物：主要分布于河床漫灘及階地上，組成物質為砂、砂礫石、礫石、卵石、漂石等，漂石最大粒徑超過5 m，一般松散-中密。坡崩積物：分布河谷斜坡及坡腳地帶，由棱角、次棱角狀碎石、塊石組成，成分為超鐵鎂質巖，最大粒徑大于2 m，結構松散、中密，通常覆蓋于新老沖積物之上，所形成的邊坡坡角為35～40 °。

根據(jù)8個孔的現(xiàn)場滲透試驗成果分析，河流沉積物和坡積物屬于強、中等透水性，滲透系數(shù)范圍在10-1～10-3 cm/s之間。壩址區(qū)的砂卵礫石層共進行了13組顆分試驗和1組原位密度試驗，天然密度1.79 g/cm3，平均級配卵石14%～15%、礫石46%～54%、砂29%～35%、粉粒3%～4%。

據(jù)鉆孔資料，河床砂卵石層中局部夾有砂層。項目前期鉆孔（35 m深）未能揭穿河床覆蓋層，與地震折射法確定的基巖面部分段也有較大差別。因此，工程開工后，又進行了補充勘察，補充鉆探和物探結果表明，河床覆蓋層厚度超過60 m，確定河谷存在深槽。

3 帷幕灌漿方案選定

項目招標文件建議壩基防滲采用砼防滲墻的方案，墻厚1.5 m。由于項目前期布置的勘探鉆孔最終未能揭穿河床覆蓋層，并與地震折射法確定的基巖面部分段也有較大差別。因此，工程開工后，又進行了補充勘察。鉆探和物探結果表明河床覆蓋層厚度超過60 m，對補勘地質資料進行分析斷定河谷存在深槽。經(jīng)過對砼防滲墻和帷幕灌漿兩種防滲處理方案進行比較、分析，考慮到施工成本和工期因素，最終采用了帷幕灌漿防滲方案。帷幕的結構形式采用懸掛式帷幕，灌注水泥漿液，漿液中摻加一定比例的膨潤土作為塑化劑來改善漿液的析水率和流動性。在兩岸基巖灌漿區(qū)域，帷幕灌漿孔布置為2排，在覆蓋層灌漿區(qū)域，帷幕灌漿孔布置為3排。灌漿孔距1.5 m，排距1.0 m，灌漿孔成梅花型布置。為確保壩基帷幕灌漿取得較好的效果，結合上游圍堰基礎的防滲處理進行灌漿試驗，以確定帷幕灌漿的孔距和排距、漿液濃度及配合比、灌漿壓力標準等工藝參數(shù)，并確定了檢查驗收標準及方法。

4 壩基帷幕灌漿設計

4.1 設計防滲方案

設計上堰壩、進水口都坐落在砂礫石覆蓋層上，為降低壩底揚壓力，減少樞紐整體滲漏量，樞紐采用灌漿帷幕進行垂直防滲，設計的帷幕允許滲透比降為4，帷幕厚度為6 m。壩基帷幕灌漿布置見圖1：典型大壩縱斷面圖。

圖1 杜伯華大壩典型總斷面圖

4.2 灌漿帷幕的布置

灌漿帷幕底線根據(jù)設計圖紙確定。巖石灌漿若孔底段巖石透水率大于5 Lu，將根據(jù)工程師的指令決定是否進行加深。在河床段，壩基礎下部的覆蓋層深度超過60 m，在此情況下，帷幕灌漿的最大深度應延伸至壩基河床覆蓋層最深高程處。

根據(jù)設計圖紙，在覆蓋層灌漿區(qū)域，帷幕灌漿孔布置為3排，孔距1.5 m，排距1.0 m，灌漿孔成梅花型布置；在兩岸基巖灌漿區(qū)域，帷幕灌漿孔布置為2排，孔距1.5 m，排距1.0 m，設計的灌漿孔為錯開的梅花形布置。

在灌漿區(qū)設置變形抬動觀測孔2個，安裝抬動觀測儀器。

4.3 灌漿工藝

采用自下而上純壓式灌漿工藝進行灌漿，對于覆蓋層灌漿，灌漿在預埋的灌漿花管內(nèi)進行。在覆蓋層灌漿區(qū)域，三排灌漿孔中先施工下游排，再施工上游排，最后施工中間排；在兩岸壩肩巖石基礎灌漿區(qū)域，先施工下游排，然后施工上游排，每排灌漿孔內(nèi)均按三序進行施工。

圖2 大壩基礎帷幕灌漿布置圖

5 帷幕灌漿實施

5.1 上游圍堰灌漿效果評價

通過對上游圍堰灌漿資料和檢查孔結果的分析，表明采用灌漿工藝對砂卵石深厚覆蓋層構筑防滲體的方案是可行的，上游圍堰灌漿結果基本達到了設計指標，滿足設計要求。

此外，基坑開挖過程中和開挖后圍堰的運行結果表明，堰后滲水量很小，為基坑開挖和大壩施工創(chuàng)造了良好的條件。采用灌漿方案構筑防滲體的效果是令人滿

意的。

5.2 壩基帷幕灌漿施工

從上游圍堰帷幕灌漿的所取得的成果來看，在大壩帷幕灌漿中采用預埋花管灌漿工藝是可行的。但是大壩灌漿作為永久工程，對帷幕體的厚度、密實性、耐久性及防滲性能的要求要遠高于圍堰灌漿，為保證大壩灌漿的質量和效果，根據(jù)圍堰灌漿施工的經(jīng)驗，對壩基灌漿的一些施工參數(shù)進行調整。

5.2.1 灌漿孔的布置

通過對圍堰灌漿結果的分析，圍堰灌漿中排內(nèi)不同次序孔和排間的灌漿注入量遞減不顯著，這表明圍堰灌漿2 m的灌漿孔孔距偏大。

在大壩的覆蓋層灌漿中，為保證灌漿質量和效果，適當縮小孔距，以不大于1.5 m為宜。

5.2.2 灌漿壓力

在圍堰灌漿中，因為沒有足夠的蓋重，為防止地層發(fā)生抬動，上部灌漿采用了較小的灌漿壓力。從上游圍堰灌漿的數(shù)據(jù)來看，孔深15 m以上部位的吸漿量較小，但檢查孔注水試驗的滲透系數(shù)較大；因此，在大壩的灌漿中，灌漿孔上部的灌漿壓力易適當提高，以保證上部的灌漿質量。

5.2.3 灌漿段長的劃分

為保證灌漿效果，灌漿段長按33 cm控制，即每一灌漿段只包含一環(huán)出漿

孔眼。

5.2.4 生產(chǎn)性灌漿試驗

為確保大壩灌漿施工參數(shù)的正確，在大壩灌漿正式開始前在廊道內(nèi)帷幕灌漿軸線上的適當部位預先進行生產(chǎn)性灌漿試驗，進一步驗證和確定相關施工技術參數(shù)，以保證大壩灌漿帷幕的成功。

6 帷幕灌漿特點

（1）灌漿帷幕對于地基變形適應性較好，施工中靈活性較大，適用于深厚砂礫石層處理，易于在水下施工。

（2）砂礫石上層及顆粒較細的砂層不易灌漿，遇有復雜地質情況時，整體性較難保證，灌漿操作技術要求高。

（3）正確選擇基礎處理措施并進行防滲設計，必須掌握筑壩地區(qū)砂礫石層的地質與水文地質條件。特別是要探清砂礫石層的分布、各層顆粒級配與滲透性質，充分應用物探方法了解地層與水文地質特點，并利用物探方法檢驗防滲處理的質量。

7 結語

巴基斯坦杜伯華項目大壩位于強地震區(qū)，大壩河床砂礫層最大深度超過60 m，為減少滲漏和防止?jié)B透變形，對壩基采取防滲處理是必要的。結合項目工期緊張，通過對砼防滲墻方案和帷幕灌漿方案進行對比，壩基防滲措施采用懸掛式灌漿帷幕，其優(yōu)點是強震區(qū)對地基變形適應性好，造價低；同時可在廊道內(nèi)灌漿，不占直線

工期。

在壩基帷幕灌漿正式施工前，結合上游圍堰基礎的防滲處理進行灌漿試驗，以確定帷幕鉆孔的孔距和排距、漿液濃度及配合比、灌漿壓力標準等工藝參數(shù)，并確定了檢查驗收標準及方法。堰壩灌漿時發(fā)現(xiàn)壩基地質條件與圍堰部位地質條件有一定的差異，更為復雜，因此對堰壩防滲灌漿施工工藝參數(shù)進行了調整，灌漿結果表明，灌漿取得了較好的效果。