帷幕灌浆技术在砂砾石坝基防渗中的应用

王延立

摘 要：巴基斯坦杜伯华水电站砼重力坝位于印度河右岸支流Duber河上，最大坝高40.5 m，除右坝肩几个坝段坐落在岩石基础上外，溢流坝段、左岸电站进水口坝段均坐落在厚度达60 m的砂砾石覆盖层上。基础处理需要解决渗漏及渗透变形、地基承载力、压缩及不均匀沉降、砂层地震液化等几方面的技术问题。经过防渗处理方案比较、分析，及考虑施工成本和工期因素，最终采用帷幕灌浆防渗方案。

关键词：砂砾石覆盖层 基础处理 帷幕灌浆 杜伯华水电站

中图分类号：TV543 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（a）-0-02

1 工程概况

巴基斯坦杜伯华水电站项目位于巴基斯坦西北边界省Indus Kohistan 区，是一座高水头、长隧洞引水式水电站。主要建筑物有：砼堰（坝）、地下沉沙室、引水隧洞、调压井、压力管道和电站厂房等。电站设计水头541 m，引水隧洞长4867 m，装机容量为130 MW，年发电量约595 GW.h。大坝位于印度河右岸支流Duber 河上，坝址区河谷呈U字形，河谷底宽70～90 m，两侧谷坡坡度40～50 °河床冲积物主要为砾石、卵石、漂石、砂等，厚度大于60 m。根据泄水建筑物布置，最大坝高为40.5 m，消力池长73.5 m。除右坝肩几个坝段坐落在岩石基础上外，溢流坝段、左岸电站进水口坝段和消力池坐落在砂砾石覆盖层上。在砂砾石覆盖层上修建超过40 m高的砼重力坝，基础处理设计需要妥善处理渗漏及渗透变形、地基承载力、压缩及不均匀沉降、砂层地震液化等几方面的技术问题。

2 工程地质条件

坝址区主要由侏罗系的Kohistan 群的角闪岩类和第四系的冲积物和坡崩积物组成。角闪岩：多为大块状和块状中粒结构，坚硬-很坚硬，岩体节理微-中等发育，表部微风化。岩体呈NW-SE向展布，除在右岸公路有一小片50～60 m露头外，其它露头均在较高处，一般比河床高30 m以上。冲积物：主要分布于河床漫滩及阶地上，组成物质为砂、砂砾石、砾石、卵石、漂石等，漂石最大粒径超过5 m，一般松散-中密。坡崩积物：分布河谷斜坡及坡脚地带，由棱角、次棱角状碎石、块石组成，成分为超铁镁质岩，最大粒径大于2 m，结构松散、中密，通常覆盖于新老冲积物之上，所形成的边坡坡角为35～40 °。

根据8个孔的现场渗透试验成果分析，河流沉积物和坡积物属于强、中等透水性，渗透系数范围在10-1～10-3 cm/s之间。坝址区的砂卵砾石层共进行了13组颗分试验和1组原位密度试验，天然密度1.79 g/cm3，平均级配卵石14%～15%、砾石46%～54%、砂29%～35%、粉粒3%～4%。

据钻孔资料，河床砂卵石层中局部夹有砂层。项目前期钻孔（35 m深）未能揭穿河床覆盖层，与地震折射法确定的基岩面部分段也有较大差别。因此，工程开工后，又进行了补充勘察，补充钻探和物探结果表明，河床覆盖层厚度超过60 m，确定河谷存在深槽。

3 帷幕灌浆方案选定

项目招标文件建议坝基防渗采用砼防渗墙的方案，墙厚1.5 m。由于项目前期布置的勘探钻孔最终未能揭穿河床覆盖层，并与地震折射法确定的基岩面部分段也有较大差别。因此，工程开工后，又进行了补充勘察。钻探和物探结果表明河床覆盖层厚度超过60 m，对补勘地质资料进行分析断定河谷存在深槽。经过对砼防渗墙和帷幕灌浆两种防渗处理方案进行比较、分析，考虑到施工成本和工期因素，最终采用了帷幕灌浆防渗方案。帷幕的结构形式采用悬挂式帷幕，灌注水泥浆液，浆液中掺加一定比例的膨润土作为塑化剂来改善浆液的析水率和流动性。在两岸基岩灌浆区域，帷幕灌浆孔布置为2排，在覆盖层灌浆区域，帷幕灌浆孔布置为3排。灌浆孔距1.5 m，排距1.0 m，灌浆孔成梅花型布置。为确保坝基帷幕灌浆取得较好的效果，结合上游围堰基础的防渗处理进行灌浆试验，以确定帷幕灌浆的孔距和排距、浆液浓度及配合比、灌浆压力标准等工艺参数，并确定了检查验收标准及方法。

4 坝基帷幕灌浆设计

4.1 设计防渗方案

设计上堰坝、进水口都坐落在砂砾石覆盖层上，为降低坝底扬压力，减少枢纽整体渗漏量，枢纽采用灌浆帷幕进行垂直防渗，设计的帷幕允许渗透比降为4，帷幕厚度为6 m。坝基帷幕灌浆布置见图1：典型大坝纵断面图。

图1 杜伯华大坝典型总断面图

4.2 灌浆帷幕的布置

灌浆帷幕底线根据设计图纸确定。岩石灌浆若孔底段岩石透水率大于5 Lu，将根据工程师的指令决定是否进行加深。在河床段，坝基础下部的覆盖层深度超过60 m，在此情况下，帷幕灌浆的最大深度应延伸至坝基河床覆盖层最深高程处。

根据设计图纸，在覆盖层灌浆区域，帷幕灌浆孔布置为3排，孔距1.5 m，排距1.0 m，灌浆孔成梅花型布置；在两岸基岩灌浆区域，帷幕灌浆孔布置为2排，孔距1.5 m，排距1.0 m，设计的灌浆孔为错开的梅花形布置。

在灌浆区设置变形抬动观测孔2个，安装抬动观测仪器。

4.3 灌浆工艺

采用自下而上纯压式灌浆工艺进行灌浆，对于覆盖层灌浆，灌浆在预埋的灌浆花管内进行。在覆盖层灌浆区域，三排灌浆孔中先施工下游排，再施工上游排，最后施工中间排；在两岸坝肩岩石基础灌浆区域，先施工下游排，然后施工上游排，每排灌浆孔内均按三序进行施工。

图2 大坝基础帷幕灌浆布置图

5 帷幕灌浆实施

5.1 上游围堰灌浆效果评价

通过对上游围堰灌浆资料和检查孔结果的分析，表明采用灌浆工艺对砂卵石深厚覆盖层构筑防渗体的方案是可行的，上游围堰灌浆结果基本达到了设计指标，满足设计要求。

此外，基坑开挖过程中和开挖后围堰的运行结果表明，堰后渗水量很小，为基坑开挖和大坝施工创造了良好的条件。采用灌浆方案构筑防渗体的效果是令人满

意的。

5.2 坝基帷幕灌浆施工

从上游围堰帷幕灌浆的所取得的成果来看，在大坝帷幕灌浆中采用预埋花管灌浆工艺是可行的。但是大坝灌浆作为永久工程，对帷幕体的厚度、密实性、耐久性及防渗性能的要求要远高于围堰灌浆，为保证大坝灌浆的质量和效果，根据围堰灌浆施工的经验，对坝基灌浆的一些施工参数进行调整。

5.2.1 灌浆孔的布置

通过对围堰灌浆结果的分析，围堰灌浆中排内不同次序孔和排间的灌浆注入量递减不显著，这表明围堰灌浆2 m的灌浆孔孔距偏大。

在大坝的覆盖层灌浆中，为保证灌浆质量和效果，适当缩小孔距，以不大于1.5 m为宜。

5.2.2 灌浆压力

在围堰灌浆中，因为没有足够的盖重，为防止地层发生抬动，上部灌浆采用了较小的灌浆压力。从上游围堰灌浆的数据来看，孔深15 m以上部位的吸浆量较小，但检查孔注水试验的渗透系数较大；因此，在大坝的灌浆中，灌浆孔上部的灌浆压力易适当提高，以保证上部的灌浆质量。

5.2.3 灌浆段长的划分

为保证灌浆效果，灌浆段长按33 cm控制，即每一灌浆段只包含一环出浆

孔眼。

5.2.4 生产性灌浆试验

为确保大坝灌浆施工参数的正确，在大坝灌浆正式开始前在廊道内帷幕灌浆轴线上的适当部位预先进行生产性灌浆试验，进一步验证和确定相关施工技术参数，以保证大坝灌浆帷幕的成功。

6 帷幕灌浆特点

（1）灌浆帷幕对于地基变形适应性较好，施工中灵活性较大，适用于深厚砂砾石层处理，易于在水下施工。

（2）砂砾石上层及颗粒较细的砂层不易灌浆，遇有复杂地质情况时，整体性较难保证，灌浆操作技术要求高。

（3）正确选择基础处理措施并进行防渗设计，必须掌握筑坝地区砂砾石层的地质与水文地质条件。特别是要探清砂砾石层的分布、各层颗粒级配与渗透性质，充分应用物探方法了解地层与水文地质特点，并利用物探方法检验防渗处理的质量。

7 结语

巴基斯坦杜伯华项目大坝位于强地震区，大坝河床砂砾层最大深度超过60 m，为减少渗漏和防止渗透变形，对坝基采取防渗处理是必要的。结合项目工期紧张，通过对砼防渗墙方案和帷幕灌浆方案进行对比，坝基防渗措施采用悬挂式灌浆帷幕，其优点是强震区对地基变形适应性好，造价低；同时可在廊道内灌浆，不占直线

工期。

在坝基帷幕灌浆正式施工前，结合上游围堰基础的防渗处理进行灌浆试验，以确定帷幕钻孔的孔距和排距、浆液浓度及配合比、灌浆压力标准等工艺参数，并确定了检查验收标准及方法。堰坝灌浆时发现坝基地质条件与围堰部位地质条件有一定的差异，更为复杂，因此对堰坝防渗灌浆施工工艺参数进行了调整，灌浆结果表明，灌浆取得了较好的效果。