粘土心墙坝基础断层的防渗处理

艾尼·努尔塔扎

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000）

粘土心墙坝基础断层的防渗处理

艾尼·努尔塔扎

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000）

大坝河床段基础进行开挖时，位于大坝的左岸发现顺河向F34断层，针对其存在的危害问题，根据有关设计及施工规范，按照上截下排的渗流控制原则，该工程采取了相应的工程技术处理措施，从而稳妥、可靠地解决了大坝基础F34断层防渗漏问题。

断层渗漏；混凝土塞；反滤保护

1 工程概况

北疆某水利工程具有灌溉、发电、防洪等综合效益，水库总库容14.16亿m3，电站装机容量256 MW，控制灌溉面积27.92万hm2。根据GB50201-94《防洪标准》和SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，工程属大（1）型Ⅰ等工程。

2 坝址区工程地质

坝址区岸坡陡峻,河谷狭窄呈“V”型,坡度75°～80°。河床基岩多裸露，覆盖层厚度0.5～2.0 m。两坝肩为沟梁相间的梳状地形,冲沟走向与河谷近直交,规模大小不一，地形凌乱。坝址区岩层陡立，走向与河谷近正交，与坝轴线交角15°～20°，岩层为C1d1～C1d2，岩性为相间分布的凝灰岩、泥晶灰岩夹少量凝灰质砂岩，层理明显，以中厚～厚层状为主，局部为块状。心墙基础处在同一岩组上，岩体完整性较好，岩性为第6层（C1d6）泥晶灰岩（局部夹凝灰岩），左坝肩岩层产状 80°～90°NW∠15°～20°右坝肩岩层产状 290°～295°NE∠80°～90°。泥晶灰岩呈灰黑色，主要由微晶～粉晶碳酸盐矿物组成，属坚硬岩。第六层（C1d6）两侧为第五层（C1d5）和第七层（C1d7）的灰绿凝灰岩，主要由玻屑和火山灰组成，岩性坚硬。

3 F34断层构造及存在的危害

心墙基础开挖后，基槽最低岩面高程716 m，顺河向最大底宽73.8 m，两岸坡度约34°。2003年5月上旬对河床段进行开挖时，发现F34断层，断层产状 30～40°SE∠85°，影响带宽 3～4 m，桩号为0＋139～0＋092，高程为 717.6～725.6 m，从坝轴线上游8 m处一直延伸到坝体下游爆破料区，为顺河向断层。断层边缘的摩擦破碎影响带内岩石完整性较差，断层内的充填物为粘土质断层泥，此中加杂少量的糜棱岩和角砾岩，常规压水其透水率最大为 0.015 L/（min·m·m），小于设计灌浆标准，断层内的冲填物强度较低，透水率较小。

F34断层是顺河方向的断层，如不采取严格的工程措施进行处理，将会减少防渗体的渗径，在水压力的作用下，有可能产生接触冲刷、渗漏管涌及溶蚀等问题，逐渐形成为一渗水通道，成为影响大坝安全运行的隐患。因此，必须慎重研究和处理不留后患。

4 F34断层处理

4.1 混凝土塞施工

在坝基岩石开挖完成后，将断层表层的破碎部分挖除1.5～2.0 m左右。根据实际情况，在断层两侧用手风钻钻孔，深度为3 m，钻孔的方向尽可能与岩层垂直，然后，对钻孔进行冲洗。注入配置好的M10砂浆后，将加工好的φ25的锚杆插入孔底，采用钢筋楔子将其固定。断层清理验收后，立即回填与盖板同标号的C20混凝土。为保证混凝土的浇筑质量，施工过程中，施工人员及时清除断层内的积水和软化的断层夹泥。

4.2 深孔固结灌浆及增加的帷幕灌浆施工

充分利用断层内充填物的不透水的性质，在断层的边缘增加深孔固结灌浆孔，封闭断层。灌浆孔的孔距为2 m，较坝基固结灌浆孔孔距小，所增加的固结灌浆孔孔深为15 m，钻进过程采用短进尺，有针对性的对存在的不连续面进行灌浆，同时又不至于破坏原来断层内的充填物的原始结构，而增加新的渗透通道。具体为：第一段为接触段，段长为1 m，灌浆压力为0.5 MPa，第二段段长2 m，灌浆压力为0.8 MPa，第三段段长3 m，灌浆压力1.0 MPa；第四段段长为4 m，灌浆压力为1.2 MPa。第五段为5 m，灌浆压力为1.3 MPa。

增加的帷幕灌浆孔，深度为50 m。为保证帷幕灌浆的质量，施工前，先在帷幕灌浆条带上布置2 m×3 m、深入基岩2 m的浅孔固结灌浆孔，全孔一次灌浆，待凝7 d，形成的结石可以增加表层岩层的整体性。封闭表层岩石的渗漏通道，使帷幕灌浆能够在一定的盖重下进行，帷幕灌浆压力能够达到设计值的同时，避免表面漏浆或者盖板抬动，进而增加帷幕灌浆的效果和扩散半径。灌浆参数：第一段灌浆压力为0.8 MPa，第二段为1.3 MPa，第三段灌浆压力为1.5 MPa，依次类推第十段段灌浆压力为2.5 MPa。

4.3 防渗体下游反滤保护施工

从防渗体混凝土盖板的下游边缘起，67 m河床段坝基断层采取了反滤保护，坝基用50 cm的反滤料覆盖，反滤料的上方再用50 cm的过渡料覆盖，覆盖后再按大坝设计分区相应标准填筑坝料。覆盖顶高程至722.4～724.8 m。覆盖填筑前对建基面采用人工进行了认真清理，将松动岩石及风化岩石清理干净，并经验收合格后开始填筑。覆盖填筑分两部分进行，先对下基坑路部分进行填筑，两岸坡部位的填筑保持与坝壳砂卵石料同层升高。基坑路部分反滤保护层填筑时，先进行局部坑凹部位回填找平，人工薄层摊铺，层厚20 cm，2.5 t振动夯板压实。找平后采用推土机、18 t光面振动碾进行大面积依次摊铺回填压实反滤料和过渡料；岸坡部位回填时，人工配合装载机摊铺，先填反滤料，再填过渡料，视岸坡情况采用2.5 t振动夯板或18 t光面振动碾压实。过度料填筑时，严格控制超径和分离集中。填筑过程中严格检查和控制厚度，以保证碾压密实。为防止断层内的渗水影响反滤保护填筑质量，在下游设置一集水井。

5 F34断层处理效果分析

2003年9 月，断层的处理全部完成，先后经历2004，2005年两次洪水的考验，断层上游的最高水头达到407 m以上。根据埋于坝基中的渗压计所测得数据，帷幕上游的水位大都保持在751.2 m高程左右，而断层下游的水位保持在726.4 m高程左右（经分析，此水位的形成大部分可能为地下水或施工废水汇集于心墙下游坝基所致），变化幅度很小，坝后也未出现渗水；观测位移的仪器也未发现有害位移。目前看F34断层的处理收到了很好的效果。

6 结语

针对北疆某水利工程粘土心墙坝基础顺河向F34断层存在的危害问题，通过采取浅层开挖后回填C20混凝土形成混凝土塞，同时增加深孔固结和防渗帷幕灌浆孔以及设置下游反滤保护的工程技术措施，充分利用断层充填物的工程性质，消除了大坝工程基础可能产生接触冲刷、渗漏管涌及溶蚀等安全隐患问题，保证了粘土心墙坝的安全运行。同时，根据大坝安全监测人员的若干年的监测数据，也充分证明了所采取的工程技术措施的科学性和安全性，提高了工程寿命。

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2012-04-20