夾巖水利樞紐工程上游圍堰基礎防滲設計研究

張 飛，李明衛，文志穎

（1.貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002；2.貴州省水利投資（集團）有限責任公司，貴州 貴陽 550081）

1 工程概況

夾巖水利樞紐工程（以下簡稱“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級建筑物，按10 a一遇洪水標準設計，相應流量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，坡面采用塊石進行護坡、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，左岸為潘家巖腳崩塌堆積體，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，呈現松散-稍密狀態，顆粒級配差，差異性大，透水性強。下伏基巖為T1f2-4薄至中厚層泥質粉砂巖夾粉砂質泥巖，為中硬巖夾軟質巖類；右岸高程1 222 m以上出露為T1yn1-1薄層泥質灰巖，屬軟質巖類。強風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 土石圍堰基礎防滲方案

2.1 防滲方法

目前土石圍堰覆蓋層基礎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。防滲墻設計的關鍵問題是確定其深度及厚度［3］。在確定深度時，需考慮防滲墻底部與基巖或相對不透水層之間接觸帶的滲透穩定和滲流控制以及防滲墻體本身的支撐條件、允許應力和不均勻沉降的要求。主要根據防滲要求、抗滲耐久性、墻體應力應變及施工設備等因素確定其厚度。雖然塑性混凝土防滲墻造價高、施工技術要求高，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，但該法對覆蓋層的組成及成因具有較強針對性，對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，需采用化學灌漿。當覆蓋層同時含有礫石層和砂層時，兩者的擴散半徑不一致，抗滲性存在差異。灌漿帷幕一般允許滲透坡降為3～4，對于覆蓋層上的土石圍堰而言，帷幕厚度大、灌漿孔數多、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多年發展起來的一項地基防滲和加固處理技術，在覆蓋層土石圍堰堰基處理方面也得到了廣泛應用，且處理效果比較理想。但在設計前必須選擇代表性覆蓋層進行高噴試驗，高噴灌漿孔的孔距、灌漿方法與型式直接關系到工程造價和墻體質量［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

根據圍堰基礎地質條件，基礎防滲可采用混凝土防滲墻和高壓噴射灌漿。混凝土防滲墻施工速度較慢、造價高，且施工技術要求高，但適用各種地質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，如第四紀的沖（淤）積層、殘積層以及人工填土等，但對粒徑過大、含量過多的礫卵石以及有大量纖維質的腐殖土地層不適用。

為確保大壩填筑節點工期滿足設計要求，圍堰基礎防滲選擇施工速度更快的高噴灌漿。同時為減少投資、降低施工難度，結合左岸岸坡地質條件，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 圍堰基礎防滲設計

3.1 防滲分區

根據圍堰基礎覆蓋層的組成不同，將圍堰基礎防滲分成3個區域，分區示意見圖1。區域1為河床底部，覆蓋層主要由礫（卵）石組成；區域2為河床與左岸岸坡連接部位，覆蓋層主要由砂巖、泥質砂巖滑塌體等組成；區域3為左岸岸坡，覆蓋層主要由灰巖崩塌體組成。

圖1 圍堰基礎防滲分區示意

3.2 防滲設計

圍堰基礎區域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。通過現場高噴試驗確定如下相關設計參數。

（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）泥漿的攪拌時間，使用高速攪拌機不應小于30 s，使用普通攪拌機不應少于90 s。水泥漿自制備至用完的時間不應超過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）灌漿旋噴轉速為12～15 r/min。

（6）經壓水試驗確定透水率不大于5 Lu作為防滲下限。

圖2 高噴灌漿示意（單位：cm）

圍堰基礎區域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。參考類似工程項目，控制灌漿相關設計參數如下。

（1）漿液參考水灰比為1∶1，0.7∶1，0.5∶1，最終根據現場生產性試驗成果，并經監理人批準的水灰比施灌，灌漿漿液應由稀到濃逐級變換。

（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。

圍堰基礎區域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。參考類似工程項目帷幕灌漿相關設計參數如下［7］。

（1）漿液參考水灰比為2∶1，1∶1，0.7∶1，0.5∶1，最終根據現場生產性試驗成果，并經監理人批準的水灰比施灌，灌漿漿液應由稀到濃逐級變換。

（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，基巖基礎不做防滲處理。

4 圍堰基礎防滲效果檢驗

4.1 防滲施工效果

圍巖基礎灌漿完成后，施工單位根據相關要求對高噴灌漿段進行注水試驗，從而得出該防滲段最大滲透系數為1.776×10-6cm/s，最小值為4.4×10-7cm/s。對控制灌漿與帷幕灌漿防滲段進行檢查孔取芯及壓水試驗，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。灌漿施工滿足設計要求，圍巖基礎防滲設計施工效果良好。

4.2 防滲運行效果

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月圍堰滲壓計數據收集統計如下。

（1）圍堰軸線方向滲壓計水位高程在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）各支滲壓計實測滲透水位月變化量均較小，未見異常。以上監測數據表明，圍堰基礎防滲體系正常，圍堰成功經受住2018年度汛的考驗。

5 結語

（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。針對圍堰基礎覆蓋層的不同特性，采用不同的灌漿技術是圍堰基礎灌漿防滲設計的關鍵。

（2）根據夾巖工程上游土石圍堰基礎覆蓋層的特性，基礎防滲設計采用高噴灌漿、控制關鍵與帷幕灌漿聯合防滲，在滿足防滲要求的前提下，3種防滲技術的結合應用，加快了夾巖工程上游土石圍堰建成速度，且建設成本得以降低，可為今后在同等或相似條件下的圍堰基礎防滲提供參考。