夾巖水利樞紐工程上游圍堰基礎(chǔ)防滲設(shè)計(jì)研究

張 飛，李明衛(wèi)，文志穎

（1.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002；2.貴州省水利投資（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550081）

1 工程概況

夾巖水利樞紐工程（以下簡(jiǎn)稱“夾巖工程”）上游圍堰為土工膜心墻土石圍堰，最大堰高44.5 m，4級(jí)建筑物，按10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，相應(yīng)流量1 570 m3/s。圍堰堰頂寬15.0 m，長149.5 m，迎水面坡比為1∶2.0，坡面采用塊石進(jìn)行護(hù)坡、防沖，背水面坡比為1∶1.75，最大圍堰底寬179.30 m。

圍堰布置于大壩趾板上游480 m處，緊鄰峽谷出口，左岸為潘家?guī)r腳崩塌堆積體，崩塌堆積體地形坡度55°，厚15～20 m；右岸為陡壁，基巖裸露。圍堰河床高程1 209.5 m，河床寬58 m。河床沖洪積深10～13 m，主要由礫（卵）石組成，呈現(xiàn)松散-稍密狀態(tài)，顆粒級(jí)配差，差異性大，透水性強(qiáng)。下伏基巖為T1f2-4薄至中厚層泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，為中硬巖夾軟質(zhì)巖類；右岸高程1 222 m以上出露為T1yn1-1薄層泥質(zhì)灰?guī)r，屬軟質(zhì)巖類。強(qiáng)風(fēng)化下限河床為基巖面以下5～8 m，兩岸坡基巖面以下法向厚8～12 m，巖層傾上游，傾角21°～29°，為橫向河谷［1］。

2 土石圍堰基礎(chǔ)防滲方案

2.1 防滲方法

目前土石圍堰覆蓋層基礎(chǔ)處理主要有以下方法［2］。

（1）塑性混凝土防滲墻。這種防滲墻是覆蓋層地基處理的主要方法之一。防滲墻設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題是確定其深度及厚度［3］。在確定深度時(shí)，需考慮防滲墻底部與基巖或相對(duì)不透水層之間接觸帶的滲透穩(wěn)定和滲流控制以及防滲墻體本身的支撐條件、允許應(yīng)力和不均勻沉降的要求。主要根據(jù)防滲要求、抗?jié)B耐久性、墻體應(yīng)力應(yīng)變及施工設(shè)備等因素確定其厚度。雖然塑性混凝土防滲墻造價(jià)高、施工技術(shù)要求高，但滲流控制效果好。

（2）帷幕灌漿防滲。不少工程采用帷幕灌漿法處理覆蓋層地基，但該法對(duì)覆蓋層的組成及成因具有較強(qiáng)針對(duì)性，對(duì)不同的覆蓋層灌漿漿液種類選擇不同［4］：礫石覆蓋層需采用黏土水泥漿液；砂層覆蓋層的成孔條件和可灌性較差，需采用化學(xué)灌漿。當(dāng)覆蓋層同時(shí)含有礫石層和砂層時(shí)，兩者的擴(kuò)散半徑不一致，抗?jié)B性存在差異。灌漿帷幕一般允許滲透坡降為3～4，對(duì)于覆蓋層上的土石圍堰而言，帷幕厚度大、灌漿孔數(shù)多、灌漿量大，且施工工期長。

（3）高壓噴射防滲。高壓噴射灌漿是近30多年發(fā)展起來的一項(xiàng)地基防滲和加固處理技術(shù)，在覆蓋層土石圍堰堰基處理方面也得到了廣泛應(yīng)用，且處理效果比較理想。但在設(shè)計(jì)前必須選擇代表性覆蓋層進(jìn)行高噴試驗(yàn)，高噴灌漿孔的孔距、灌漿方法與型式直接關(guān)系到工程造價(jià)和墻體質(zhì)量［5-6］。

除此以外，堰基的防滲處理還可采用截水槽或混凝土沉井防滲等方法。

2.2 防滲方案選擇

根據(jù)圍堰基礎(chǔ)地質(zhì)條件，基礎(chǔ)防滲可采用混凝土防滲墻和高壓噴射灌漿?；炷练罎B墻施工速度較慢、造價(jià)高，且施工技術(shù)要求高，但適用各種地質(zhì)條件且防滲效果較好。與混凝土防滲墻相比，高噴灌漿施工速度快，高壓噴射灌漿防滲適用于軟弱土層，如第四紀(jì)的沖（淤）積層、殘積層以及人工填土等，但對(duì)粒徑過大、含量過多的礫卵石以及有大量纖維質(zhì)的腐殖土地層不適用。

為確保大壩填筑節(jié)點(diǎn)工期滿足設(shè)計(jì)要求，圍堰基礎(chǔ)防滲選擇施工速度更快的高噴灌漿。同時(shí)為減少投資、降低施工難度，結(jié)合左岸岸坡地質(zhì)條件，左岸岸坡防滲采用帷幕灌漿，左岸岸坡與河床鏈接部位防滲采用控制灌漿。

3 圍堰基礎(chǔ)防滲設(shè)計(jì)

3.1 防滲分區(qū)

根據(jù)圍堰基礎(chǔ)覆蓋層的組成不同，將圍堰基礎(chǔ)防滲分成3個(gè)區(qū)域，分區(qū)示意見圖1。區(qū)域1為河床底部，覆蓋層主要由礫（卵）石組成；區(qū)域2為河床與左岸岸坡連接部位，覆蓋層主要由砂巖、泥質(zhì)砂巖滑塌體等組成；區(qū)域3為左岸岸坡，覆蓋層主要由灰?guī)r崩塌體組成。

圖1 圍堰基礎(chǔ)防滲分區(qū)示意

3.2 防滲設(shè)計(jì)

圍堰基礎(chǔ)區(qū)域1防滲采用高噴灌漿，高噴灌漿采用旋噴方式、二管法和雙排灌漿，間排距1 m。高噴灌漿示意見圖2，灌漿深度為1.5～29.0 m。通過現(xiàn)場(chǎng)高噴試驗(yàn)確定如下相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。

（1）漿液高噴灌漿漿液的水灰比可為1∶1（密度約1.5 g/cm3）。

（2）泥漿的攪拌時(shí)間，使用高速攪拌機(jī)不應(yīng)小于30 s，使用普通攪拌機(jī)不應(yīng)少于90 s。水泥漿自制備至用完的時(shí)間不應(yīng)超過4 h。

（3）高噴灌漿氣壓為0.6～0.8 MPa，氣體流量為0.8～1.2 L/min，灌漿壓力為25～40 MPa，漿夜流量為70～100 L/min。

（4）灌漿提升速度覆蓋層為8～15 cm/min，拋填料層為5～10 cm/min。

（5）灌漿旋噴轉(zhuǎn)速為12～15 r/min。

（6）經(jīng)壓水試驗(yàn)確定透水率不大于5 Lu作為防滲下限。

圖2 高噴灌漿示意（單位：cm）

圍堰基礎(chǔ)區(qū)域2防滲采用控制灌漿，灌漿孔雙排布置，孔距1.5 m，排距1.0 m，控制灌漿示意見圖3?？刂乒酀{深度12～25 m。參考類似工程項(xiàng)目，控制灌漿相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）漿液參考水灰比為1∶1，0.7∶1，0.5∶1，最終根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)成果，并經(jīng)監(jiān)理人批準(zhǔn)的水灰比施灌，灌漿漿液應(yīng)由稀到濃逐級(jí)變換。

（2）一序孔灌漿壓力初壓建議值0.5 MPa，終壓不小于1 MPa；二序孔灌漿壓力初壓建議值0.3 MPa，終壓不小于1.2 MPa。

圖3 控制灌漿示意（單位：cm）

（3）透水率不大于5 Lu作為防滲下限。

圍堰基礎(chǔ)區(qū)域3防滲采用帷幕灌漿，灌漿孔單排布置，間距1.5 m，帷幕灌漿示意見圖4。帷幕深度10～19 m。參考類似工程項(xiàng)目帷幕灌漿相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下［7］。

（1）漿液參考水灰比為2∶1，1∶1，0.7∶1，0.5∶1，最終根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)成果，并經(jīng)監(jiān)理人批準(zhǔn)的水灰比施灌，灌漿漿液應(yīng)由稀到濃逐級(jí)變換。

（2）灌漿壓力初壓建議值0.5 MPa，終壓不小于1MPa。

（3）透水率不大于5 Lu作為防滲下限。

圖4 帷幕灌漿示意（單位：cm）

圍堰右岸岸坡右岸高程1 222 m以上基巖裸露，基巖基礎(chǔ)不做防滲處理。

4 圍堰基礎(chǔ)防滲效果檢驗(yàn)

4.1 防滲施工效果

圍巖基礎(chǔ)灌漿完成后，施工單位根據(jù)相關(guān)要求對(duì)高噴灌漿段進(jìn)行注水試驗(yàn)，從而得出該防滲段最大滲透系數(shù)為1.776×10-6cm/s，最小值為4.4×10-7cm/s。對(duì)控制灌漿與帷幕灌漿防滲段進(jìn)行檢查孔取芯及壓水試驗(yàn)，檢查孔取芯樣品較完整，最大透水率4.54 Lu，最小透水率1.8 Lu。灌漿施工滿足設(shè)計(jì)要求，圍巖基礎(chǔ)防滲設(shè)計(jì)施工效果良好。

4.2 防滲運(yùn)行效果

圍堰于2017年11月3日完成閉氣，11月31日填筑完成。2018年汛期最大洪峰流量出現(xiàn)在6月，洪峰流量為580 m3/s，最高堰前水位為1 234.72 m，2018年6月圍堰滲壓計(jì)數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)如下。

（1）圍堰軸線方向滲壓計(jì)水位高程在1 211.65～1 217.73 m之間，水位月際變化量在-0.49～-0.05 m。

（2）上下游方向滲壓計(jì)水位高程在1 209.76～1 214.43 m之間，水位月際變化量在-0.2～0.01 m之間。

（3）各支滲壓計(jì)實(shí)測(cè)滲透水位月變化量均較小，未見異常。以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，圍堰基礎(chǔ)防滲體系正常，圍堰成功經(jīng)受住2018年度汛的考驗(yàn)。

5 結(jié)語

（1）高噴灌漿、控制灌漿及帷幕灌漿是水利水電工程中普遍采用的防滲技術(shù)。針對(duì)圍堰基礎(chǔ)覆蓋層的不同特性，采用不同的灌漿技術(shù)是圍堰基礎(chǔ)灌漿防滲設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

（2）根據(jù)夾巖工程上游土石圍堰基礎(chǔ)覆蓋層的特性，基礎(chǔ)防滲設(shè)計(jì)采用高噴灌漿、控制關(guān)鍵與帷幕灌漿聯(lián)合防滲，在滿足防滲要求的前提下，3種防滲技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，加快了夾巖工程上游土石圍堰建成速度，且建設(shè)成本得以降低，可為今后在同等或相似條件下的圍堰基礎(chǔ)防滲提供參考。