特高拱壩防滲帷幕幕體厚度及高壓長(zhǎng)期壓水試驗(yàn)研究

安鑫 唐應(yīng)鵬

【摘 要】錦屏一級(jí)水電站為世界第一高雙曲拱壩，壩頂高程EL1885m，最大壩高305m，在超高水頭壓力，對(duì)壩體軸線上防滲帷幕灌漿的防滲帷幕體厚度、強(qiáng)度、耐久性及抗疲勞性能指標(biāo)提出了更高的要求。通過對(duì)壩基防滲帷幕進(jìn)行高壓長(zhǎng)期壓水試驗(yàn)，采用“五點(diǎn)法”反復(fù)交變的試驗(yàn)壓力模擬大壩蓄水期間的水頭壓力，對(duì)防滲帷幕體進(jìn)行非常規(guī)壓水試驗(yàn)檢測(cè)，并結(jié)合帷幕常規(guī)質(zhì)量檢查手段和方法，對(duì)壩體防滲帷幕在高水壓力作用下的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

【Abstract】Jinping first stage hydropower station is the world's highest double-curved arch dam， with the crest elevation EL1885m and the maximum dam height 305m. At the pressure of ultra-high water head， higher requirements are put forward for the thickness， strength， durability and anti-fatigue performance indexes of the impermeable curtain grouting on the dam axis. Through dam foundation seepage prevention curtain for high pressure water pressure test for a long time， the water head pressure of the dam during the impoundment period is simulated by the "five-point method"， and the non-conventional water pressure test of the impermeable curtain body is carried out. Combined with the conventional quality inspection method of the curtain， the stability of the dam's impermeable curtain under high water pressure was evaluated comprehensively.

【關(guān)鍵詞】特高雙曲拱壩;幕體厚度;耐久性;疲勞壓水試驗(yàn);非常規(guī)壓水試驗(yàn)

【Keywords】 ultra-high double-curved arch dam; curtain thickness; durability; fatigue pressure water test; unconventional pressurized water test

【中圖分類號(hào)】TV543? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）09-0170-03

1 引言

錦屏一級(jí)水電站為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程EL1885m，最大壩高305m，水庫總庫容77.6億m3，巨大的水頭壓力，對(duì)防滲灌漿施工提出了更高的要求;壩址區(qū)內(nèi)巖性變化復(fù)雜，斷層、軟弱夾層、層間擠壓錯(cuò)動(dòng)帶等地質(zhì)缺陷發(fā)育，基礎(chǔ)處理異常艱難。因此，壩基防滲帷幕對(duì)錦屏一級(jí)水電站305m高拱壩在水壓力作用下的穩(wěn)定性具有重要作用。

鑒于壩基防滲帷幕對(duì)大壩的重要作用，對(duì)防滲帷幕進(jìn)行質(zhì)量檢查顯得尤為重要，除對(duì)防滲帷幕進(jìn)行常規(guī)質(zhì)量檢查外，還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行幕體厚度檢測(cè)以及高壓長(zhǎng)期壓水試驗(yàn)以對(duì)防滲帷幕作出全面評(píng)價(jià)。

2 研究目的

2.1 幕體厚度檢測(cè)

對(duì)帷幕幕體厚度進(jìn)行檢測(cè)以查明灌后不同地質(zhì)條件帷幕幕體的實(shí)際厚度，驗(yàn)證用灌漿方法解決基礎(chǔ)防滲問題的可能性。

2.2高壓長(zhǎng)期壓水試驗(yàn)檢測(cè)

通過對(duì)防滲帷幕進(jìn)行高壓長(zhǎng)期壓水試驗(yàn)，總結(jié)出防滲帷幕在長(zhǎng)期壓水情況下透水率的變化情況;驗(yàn)證防滲帷幕在高水頭壓力持續(xù)作用下的長(zhǎng)期有效性;為后期施工各項(xiàng)施工參數(shù)的設(shè)定提供參考依據(jù)。

3 研究方案

3.1幕體厚度檢測(cè)方案

根據(jù)左岸地質(zhì)報(bào)告和前期帷幕灌漿過程中的地質(zhì)揭示情況，設(shè)計(jì)帷幕灌漿幕體厚度檢測(cè)方案，包括檢查孔的布置形式，鉆孔施工工藝及施工參數(shù)等，最終形成整套適用于Ⅲ1巖體以及斷層、擠壓錯(cuò)動(dòng)帶等軟弱結(jié)構(gòu)面的帷幕灌漿幕體厚度檢測(cè)方案。

帷幕灌漿幕體厚度質(zhì)量檢查以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合鉆孔、取芯資料、鉆孔全景圖像等進(jìn)行綜合評(píng)定分析。

①壓水試驗(yàn)。根據(jù)壓水試驗(yàn)成果，提供檢測(cè)區(qū)不同孔深防滲帷幕幕體厚度以及剖面示意圖。②巖芯檢查。檢查孔進(jìn)行巖芯采集，觀察巖芯裂隙中水泥漿液充填、結(jié)石固結(jié)等情況。③鉆孔全景圖像。對(duì)幕體厚度檢查孔進(jìn)行鉆孔全景圖像檢查，觀察灌區(qū)巖體條件以及水泥漿液充填、結(jié)石固結(jié)等情況，并結(jié)合鉆孔取芯情況分析水泥漿液擴(kuò)散半徑。

3.2 高壓長(zhǎng)期壓水試驗(yàn)方案

在帷幕洞布置帷幕灌漿灌后高壓長(zhǎng)期壓水試驗(yàn)孔，試驗(yàn)孔施工完成后對(duì)試驗(yàn)孔采用多級(jí)壓力進(jìn)行長(zhǎng)期壓水。

4 研究手段和成果

4.1 幕體厚度檢測(cè)

4.1.1 檢查孔布置及分段

由于帷幕0～30m鉆孔段灌漿壓力較低（1.5～5.0MPa），對(duì)漿液擴(kuò)散影響較大，帷幕幕體厚度檢測(cè)重點(diǎn)在鉆孔0～30m左右孔段，檢查孔深度確定為38m。

各幕體厚度測(cè)試區(qū)檢查孔均布置在帷幕線上、下游，帷幕線上游布置2排，下游布置2排，每排檢查孔間距2m。檢查孔1與檢查孔2、檢查孔3與檢查孔4的孔底間距均為2m，同時(shí)檢查孔2和檢查孔3孔底距帷幕孔均為2m。每個(gè)測(cè)試區(qū)檢查孔數(shù)最少布置12個(gè)。

因帷幕灌漿平洞底板布置有孔深6～8m的固結(jié)灌漿和淺孔搭接灌漿，檢查孔壓水試驗(yàn)從8m以下孔深起，壓水試驗(yàn)段長(zhǎng)均為5m，第一段為鉆進(jìn)至入基巖8m后起算為5m，第二段為5m，第三段及以下均為5m。

4.1.2 幕體厚度檢測(cè)成果

為了查明灌后不同地質(zhì)條件帷幕幕體的實(shí)際厚度，分別對(duì)左岸1601m、1670m以及1730m高程進(jìn)行了帷幕灌漿幕體厚度檢測(cè)。對(duì)左岸1601m、 1670m以及1730m高程的檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)、鉆孔取芯以及全景圖像檢測(cè)，通過對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析得出1601m高程在孔深38m處幕體厚度為11.25m，漿液擴(kuò)散半徑達(dá)到4.00m;1670m、1730m高程在孔深38m處幕體厚度為10.92m，漿液擴(kuò)散半徑達(dá)到4.24m。帷幕厚度檢查各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 高壓長(zhǎng)期壓水試驗(yàn)

4.2.1 檢查孔布置

高壓長(zhǎng)期壓水試驗(yàn)在左岸1670m高程選取4個(gè)試驗(yàn)孔，壓水7段;左岸1785m高程選取2個(gè)試驗(yàn)孔，壓水3段。

4.2.2 試驗(yàn)方法

①左岸1670m高程 。每個(gè)試驗(yàn)孔在選取試驗(yàn)段時(shí)應(yīng)避開孔口（0～10m）段，試驗(yàn)段長(zhǎng)均為5m。壓水壓力使用兩個(gè)壓力比級(jí)，先將壓力穩(wěn)定在3MPa（1倍的水頭），連續(xù)壓水24h，再將壓力升到并穩(wěn)定在4MPa（1.33倍的水頭），連續(xù)壓水360h（15d）后結(jié)束。②左岸1785m高程。每個(gè)試驗(yàn)孔在選取試驗(yàn)段時(shí)應(yīng)避開孔口（0～10m）段，試驗(yàn)段長(zhǎng)均為5m。采用三級(jí)壓力進(jìn)行長(zhǎng)期壓水，壓力分別為1MPa、2MPa、3MPa，先將壓力穩(wěn)定在1MPa，連續(xù)壓水48h（2d），再將壓力升到并穩(wěn)定在2.0MPa，連續(xù)壓水48h（2d），再將壓力升到并穩(wěn)定在3.0MPa，連續(xù)壓水168h（7d），再將壓力降至并穩(wěn)定在2.0MPa，連續(xù)壓水48h（2d），再將壓力降至并穩(wěn)定在1.0MPa，連續(xù)壓水48h（2d）結(jié)束。

壓水過程中使用自動(dòng)記錄儀進(jìn)行壓水試驗(yàn)的全程記錄，同時(shí)用手工記錄作為補(bǔ)充，每隔10min測(cè)記一次，現(xiàn)場(chǎng)記錄與資料整理應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確、真實(shí)、齊全、整潔，以便分析指導(dǎo)后序工作的順利進(jìn)行，并為驗(yàn)收工作做好準(zhǔn)備。

4.3 試驗(yàn)成果

①在高壓長(zhǎng)期壓水作用下，帷幕的防滲能力隨著時(shí)間的延續(xù)以及壓力的增大而衰減，透水率隨時(shí)間的延續(xù)而增大。②每段的壓水呂榮值均大于1（設(shè)計(jì)q≤1），此次高壓長(zhǎng)期壓水不合格。

4.4 不合格原因分析

根據(jù)高壓長(zhǎng)期壓水成果以及左岸地質(zhì)情況分析可以看出，在微風(fēng)化和弱風(fēng)化的大理巖中，大部分巖體完整。以左岸1670m高程為例，試驗(yàn)資料表明在最大壓力3MPa的情況下有新的裂隙產(chǎn)生，原有裂隙一般是閉合的或者被鐵質(zhì)和鈣質(zhì)充填，但也會(huì)被擴(kuò)張;在4MPa壓力下，局部裂隙規(guī)模部分被擴(kuò)大或巖體中已膠結(jié)的裂隙被重新破裂及擴(kuò)張，造成壓水流量大增后并沒有減小，說明吸水量未達(dá)到飽和或者是部分已達(dá)到飽和并且還有新的裂隙。

5 關(guān)鍵性技術(shù)問題研究

5.1 歷史資料研讀與分析是基礎(chǔ)

歷史資料研讀與分析的重點(diǎn)是掌握地質(zhì)構(gòu)造缺陷部位、防滲帷幕質(zhì)量檢查未達(dá)標(biāo)部位及滲流、滲壓異常部位的具體地質(zhì)條件及灌漿施工情況，分析灌漿施工中對(duì)帷幕質(zhì)量的不利因素及影響，以及滲流量、壩基揚(yáng)壓力異常部位的成因等，據(jù)此確定帷幕檢測(cè)的重點(diǎn)及鉆孔檢查的布置，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作的進(jìn)行。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)鉆孔檢查的布置原則

現(xiàn)場(chǎng)鉆孔檢查具有直觀、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，根據(jù)歷史資料研讀與分析確定的重點(diǎn)部位進(jìn)行鉆孔壓水檢查和測(cè)試，是帷幕幕體厚度檢測(cè)和高壓長(zhǎng)期壓水檢測(cè)研究的內(nèi)容。本次檢查孔布置原則如下：①已按施工圖完成防滲帷幕的水泥灌漿;②完成灌后檢測(cè)工作并滿足設(shè)計(jì)要求;③代表Ⅲ1巖體以及斷層、擠壓錯(cuò)動(dòng)帶等軟弱結(jié)構(gòu)面。

5.3 檢查孔參數(shù)

檢查孔的布置形式、施工參數(shù)直接關(guān)系到帷幕幕體厚度檢測(cè)和高壓長(zhǎng)期壓水檢測(cè)成果的準(zhǔn)確性及代表性，根據(jù)工程地質(zhì)及特點(diǎn)分析研究出合適的檢查孔的布置形式及施工參數(shù)可以減少鉆孔檢查工程量，并使帷幕質(zhì)量得到全面評(píng)價(jià)。

5.3.1 幕體厚度檢測(cè)

幕體厚度檢查孔孔深及傾角如圖1和表1所示。

5.3.2 高壓長(zhǎng)期壓水

1670m高程帷幕洞共布置3個(gè)高壓長(zhǎng)期壓水試驗(yàn)孔。分別布置于帷幕灌漿洞樁號(hào)K0+100.00、K0+300、 K0+500，孔深均25m，孔向9度，每個(gè)試驗(yàn)孔取3個(gè)試驗(yàn)段，壓水壓力使用兩個(gè)壓力比級(jí)，先將壓力穩(wěn)定在3MPa（1倍的水頭），連續(xù)壓水24h，再將壓力升到并穩(wěn)定在4MPa（1.33倍的水頭），連續(xù)壓水360h（15d）后結(jié)束。

1785m高程帷幕洞長(zhǎng)期壓水共布置壓水孔2個(gè)（Z1785-1和Z1785-2），分別布置于帷幕洞樁號(hào)K0+478.5m和K0+501.5m處，長(zhǎng)期壓水段次合計(jì)3段，其余段次不進(jìn)行壓水試驗(yàn)。Z1785-1號(hào)孔頂角為9度，偏向上游側(cè)，Z1785-2號(hào)孔為鉛垂孔。具體參數(shù)如表2所示。

6 結(jié)語

①對(duì)防滲帷幕進(jìn)行帷幕幕體厚度檢測(cè)和高壓長(zhǎng)期壓水檢測(cè)查明灌后不同地質(zhì)條件帷幕幕體的實(shí)際厚度，驗(yàn)證防滲帷幕在高水頭壓力持續(xù)作用下的長(zhǎng)期有效性，對(duì)防滲帷幕作出全面評(píng)價(jià)。②帷幕幕體厚度和高壓長(zhǎng)期壓水試驗(yàn)研究是防滲帷幕質(zhì)量檢測(cè)的重要工作，研讀與分析初期工程與防滲帷幕相關(guān)的地質(zhì)、設(shè)計(jì)、施工、檢查資料以及監(jiān)測(cè)資料，是確定帷幕檢測(cè)重點(diǎn)的基礎(chǔ)，也是保證帷幕檢測(cè)工作準(zhǔn)確進(jìn)行的關(guān)鍵。③現(xiàn)場(chǎng)鉆孔檢查工作應(yīng)重點(diǎn)突出，可按照資料分析確定的重點(diǎn)，由難到易，推理論證，動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，以減少鉆孔檢查工程量。