阿爾塔什深厚覆蓋層高面板堆石壩防滲體系布置及關鍵施工技術

張正勇 石永剛

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610000)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程是南疆葉爾羌河干流山區下游河段的控制性水利樞紐工程，是葉爾羌河干流梯級規劃中“兩庫十四級”的第十一個梯級，在保證向塔里木河生態供水3.3億m3的前提下，工程承擔防洪、灌溉、發電等綜合利用任務。水庫總庫容22.49億m3，最大壩高164.8m，電站裝機容量755MW，為大(1)型Ⅰ等工程。樞紐擋水壩為混凝土面板砂礫石堆石壩，由于其具有高面板堆石壩、高陡邊坡、高地震烈度和深厚覆蓋層的“三高一深”的行業重難點，被譽為“新疆三峽”工程。

2 壩址區工程地質

壩址區位于中山峽谷區，河谷走向NWW，呈不對稱“U”形，相對高差400～600m，現代河床寬260～450m，兩岸基巖裸露，右岸邊坡高陡，自然坡度55°～80°，局部近直立，最大坡高610m，左岸發育高17～20m、階面寬約134m的Ⅱ級基座階地，階地以上自然坡度35°～40°，最大坡高426m。壩址區主要出露地層有石炭系及第四系，基巖巖性主要有頁巖、灰巖、泥晶灰巖、白云巖、石英砂巖等。壩址右岸基巖裂隙水水位略高于河水位；左岸基巖裂隙水水位與河水位接近。據鉆孔壓水試驗成果，壩址基巖透水率q≤10Lu的界線在兩岸埋深為基巖面以下14～90m，在河床段一般為18～58m；透水率q≤5Lu的界線埋深在兩岸為基巖面以下17～105m，局部達120.0m；在河床段埋深一般為基巖面以下7.0～70m；基巖透水率q≤3Lu的界線一般在基巖面以下40～120m；據ZK46鉆孔壓水試驗，F9斷層帶透水率為10～20Lu。

壩址區物理地質現象較為發育，壩址出露基巖主要為灰巖、白云質灰巖、石英砂巖，抗壓強度42～97MPa，屬中硬—堅硬巖，局部夾軟巖。主要有滑坡、不穩定巖體、卸荷、風化和微巖溶。壩址區各帶風化深度見表1。

表1 壩址區巖體風化深度(下限值)

壩址區河床覆蓋層最大厚度94m，總體劃分為兩大層。Ⅰ巖組：分布于現代河床覆蓋層上部，組成物以漂石、卵礫石為主，局部夾砂層透鏡體，天然干密度平均值為2.24g/cm3，相對密度平均值為0.85；Ⅱ巖組：分布于河床覆蓋層下部，組成物以砂礫石為主，具弱—微膠結現象，夾多層缺細粒充填的卵礫石層，局部夾雜塊石和孤石，厚度80～95m。河床砂卵礫石層中砂層厚度不大，一般0.3～0.5m，個別達2.0m，呈透鏡體狀(雞窩狀)分布，對壩基砂卵礫石的物理力學性質影響不大。壩址區河床覆蓋層物理力學地質建議值見表2。

表2 河床覆蓋層物理力學地質參數建議值

左岸趾板基礎位于弱風化白云質灰巖與灰巖層內，巖體呈鑲嵌碎裂結構，邊坡整體穩定。河床趾板、連接板段地基為沖積砂卵礫石層，結構密實，無不良土層分布，覆蓋層最大深度94m，向兩側覆蓋層厚度逐漸減小，一般厚約20～76m，河床覆蓋層下部為灰巖、白云質灰巖，微裂隙發育，透水率q≤5Lu界線埋深為基巖面以下10～60m。右岸趾板斜切高邊坡中下部，自然坡度50°～70°，沿線基巖裸露，為巨厚層白云質灰巖，灰巖互層，巖體呈鑲嵌碎裂結構。壩體范圍內兩岸邊坡大部分基巖裸露，巖性以中厚層狀白云質灰巖、灰巖為主，局部夾輝綠巖脈，承載力及變形指標可滿足當地材料壩的基礎要求。壩殼兩岸基巖邊坡無大的不利結構面組合，邊坡穩定。

3 防滲體系布置

基于壩區地質情況，結合工程擋水指標，壩體防滲體系要能夠滿足變形和強度要求。阿爾塔什面板砂礫石堆石壩基礎采用“嵌入式防滲墻+固結、帷幕灌漿”結構，壩體從上游向下游布置成“趾板、連接板+面板—墊層料區—過渡料區—砂礫石主堆石區—爆破料次堆石區”。基巖、基礎防滲、嵌入式防滲墻、趾板、連接板、面板和表止水共同構成防滲體系的第一道完整擋水隔滲防線，而壩體作為主要擋水結構物，為了實現擋水和壩體內排水通暢的雙重功能，在壩體結構設計上進行了合理分區布料，形成梯度滲透系統，以確保各層間不產生滲透破壞。壩料滲透系數從上游到下游為：墊層區(1×10-3～1×10-4cm/s)<過渡區(1×10-2～1×10-3cm/s)<砂礫石主堆石區(2.8×10-2～9.5×10-2cm/s)<爆破料次堆石區(1×10-0～1×10-1cm/s)。壩體防滲體系結構詳見圖1～圖2。

圖1 趾板基礎處理縱剖面

圖2 壩體典型剖面

4 防滲體系關鍵技術

4.1 壩基建基面處理

河床段為覆蓋層地基，覆蓋層結構總體上較均一，經設計驗證其承載力可滿足大壩要求。建基面只清除表層的松散覆蓋層，清基深度為2m。壩體填筑前用重型振動碾碾壓密實，要求表層1m深度內相對密度Dr≥0.9。

岸坡段為基巖地基，建基面只清除表層松散體；堆石體地基在趾板內坡至壩軸線范圍內的岸坡開挖成不陡于1∶0.5的坡度，若陡于1∶0.5時，設置變模區，確保堆石與岸坡接觸面變形均勻，變模區采用墊層料加少量水泥和水的碾壓干貧混凝土回填體，強度等級達到C3～C7。

4.2 防滲墻

4.2.1 防滲墻布置

在河床深覆蓋層段采用一道混凝土防滲墻防滲，防滲墻頂高程為1662.00m，主要截斷河槽中的砂卵礫石的滲漏，墻底深入基巖內0.5m，最大墻深94m，墻體寬1.2m，槽段長7.2m。防滲墻采用C30混凝土，混凝土抗滲等級采用W12。混凝土防滲墻段墻下設1排帷幕灌漿，孔距2m，帷幕灌漿最大深度為墻下69m。由于上部變形較大，防滲墻上部10m采用鋼筋混凝土防滲墻。防滲墻鋼筋設置為雙層單向鋼筋，豎直方向的受力筋采用φ25，水平方向的分布筋采用φ16，間距為200mm。

4.2.2 防滲墻施工

針對砂卵礫石的地質情況，防滲墻孔施工工藝主要采取“鉆劈法”，沖擊鉆機鉆孔成槽，為了避免塌孔現象，采用正電膠復合泥漿進行泥漿固壁，具有攜帶巖屑率大、防露失效果明顯的特點，固壁效果較好。墻體連接部位采用“接頭管法”，能夠保證施工進度，節約墻體材料，使接頭部位具有較大的鑲嵌強度，有利于墻體抗滲。墻體混凝土連續澆筑，槽孔內混凝土上升速度不得小于2m/h，并連續澆筑上升至墻頂高程不小于0.5m。

4.3 固結、帷幕灌漿

4.3.1 固結、帷幕灌漿布置

壩基固結灌漿包括左、右岸趾板基礎固結灌漿和河床段趾板和連接板基礎灌漿。左、右岸趾板為基巖灌漿，趾板設置固結灌漿孔，孔、排距為3m，灌漿深度為8m。河床段為砂礫石基礎固結灌漿，在河床趾板下游20m及河床段趾板和連接板范圍內進行固結灌漿加固處理，灌漿深度為10m，孔、排距3m，灌漿壓力控制在0.1～0.2MPa，經灌漿后波速有明顯的提高，基本消除了縱波波速2200m/s以下的低波速段。

左、右岸壩基帷幕防滲深度按壩基透水率小于5Lu控制，左岸趾板下帷幕深度為52～85m，右岸趾板下帷幕深度為42～84m，雙排，帷幕孔的孔、排距2m。兩壩肩灌漿在壩頂高程處設置灌漿廊道，左壩肩廊道長15m，帷幕深度34～65m，右壩肩廊道長45m，帷幕深度30～43m，設置單排帷幕。

4.3.2 固結、帷幕灌漿施工

河床段砂礫石層固結灌漿孔采用XY-2地質回轉鉆機鉆進，鉆孔深12m，上面2.0m為蓋重，固結灌漿采用孔口封閉、孔內循環灌漿，接觸段段長為2.0m，其余段長為4.0m,配以灌漿自動記錄儀進行。固結灌漿采用一泵灌注一孔，當相互串漿時，采用群孔并聯灌注，但并聯孔數不多于2個，并控制灌漿壓力。

帷幕灌漿采用“孔口封閉”灌漿法，孔口管深入基巖2m。由兩排孔組成的帷幕，先進行下游排孔的灌漿，然后進行上游排孔的灌漿；灌漿嚴格按分序加密的原則進行。每排按分序、分段施工。帷幕灌漿孔口段鉆孔孔徑為110mm，以下孔徑為76mm；灌漿壓力為0.3～0.5MPa，下部最大壓力采用2～2.5MPa。

4.4 趾板、連接板

4.4.1 趾板、連接板布置

趾板、連接板作為一種承上啟下的防滲結構，其作用是通過設有止水的周邊縫將防滲墻與面板連為一體，形成壩基以上的防滲體，同時又與經過灌漿處理后的建基面連接，封閉地面以下的滲漏通道，從而使上、下防滲結構連為整體。除防滲作用外，還可作為基礎灌漿的蓋板和面板的基座。

大壩趾板設計總長度為1154.447m，其中422.433m為左岸邊坡趾板(趾0+000.000～趾0+386.207)，297.006m為河床段邊坡趾板(趾0+386.207～趾0+688.575)，435.118m為右岸邊坡趾板(趾0+688.575～趾1+082.288)。兩岸趾板寬度隨高程增加，依次為寬6m厚0.6m、寬8m厚0.8m和寬10m厚1.0m變化，河床部位采用3m+3m+4m寬的連接板和趾板形式，厚度為1.0m，均采用雙層雙向鋼筋，混凝土采用C30W12F300，遇趾板變厚度和過斷層處，設結構縫。

4.4.2 趾板、連接板施工

趾板及連接板根據現場實際地形條件、施工道路情況等，選擇混凝土入倉方式(反鏟入倉、溜槽入倉、泵送入倉)，并結合結構設計進行分段澆筑施工，澆筑模板采用鋼、木組合模板，止水及折角部位采用膠合板和木檁組合，岸坡趾板按照“先底部、后上部”的原則進行分層連續澆筑；澆筑前，在基巖面進行灑水濕潤，濕潤后立即澆筑。澆筑完畢后6～18h內開始灑水養護，采用灑水覆蓋型養護，養護周期為澆筑后至大壩蓄水前。

4.5 混凝土面板

4.5.1 面板布置

混凝土面板位于大壩上游迎水面，頂部與壩頂防浪墻連接，混凝土面板頂高程為1821.8m，底部與趾板連接，底部最低高程為1662.4m；混凝土面板共78塊，其中：河床部位受壓區面板寬12m、共45塊，岸坡部位受拉區面板寬6m、共27塊，右岸端頭面板寬12m、共6塊；面板厚度按照T=0.4+0.0035H計算，混凝土采用C300F300W12混凝土，水泥采用普通硅酸鹽水泥。面板鋼筋布置采用雙層雙向鋼筋，鋼筋采用HRB400，鋼筋的混凝土保護層厚度為100mm。

4.5.2 面板施工

面板混凝土采用無軌滑模跳倉連續澆筑施工。滑模寬度為1.5m，滑模長度分為14m、7m+7m組合、7m+3m組合三種形式，由滑模面板、操作平臺、抹面平臺、遮陽棚四部分結構組成，最大重量為7.182t。滑膜由卷揚機提升，提升速度約為1.5m/h，以延長倉內升溫時間，提高低溫時段混凝土澆筑質量。經過面板混凝土配合比試驗，得出面板混凝土配合比情況(見表3)。

表3 面板混凝土配合比 單位：kg/m3

4.6 周邊縫及表止水

4.6.1 周邊縫及表止水布置

由于連接板受壩體、面板擠壓，其變形程度相對較大，特在河床連接板上布置了防滲補強土工膜。復合土工膜采用兩布一膜(400g/1mm/400g)，標稱斷裂強度20kN/m，縱向斷裂強度大于20kN/m，耐靜水壓力1.8MPa。復合土工膜鋪設范圍為：左岸超出連接板1m，右岸超出連接板4.32m，設計鋪設長度303.58m。

周邊縫及垂直縫均采用底部設置銅止水(“W”“F”型銅止水)、表層設置表面止水的處理措施。銅止水采用T2M型，銅帶材的抗拉強度應不小于205MPa，延伸率大于30%，其化學成分和物理力學性能滿足GB/T 2059—2008的規定，焊接應用黃銅焊條氣焊，銅止水異型接頭由廠家沖壓成型。面板垂直縫表面止水Ⅴ形槽深6cm，頂寬10cm，槽底放置PVC棒，Ⅴ形槽內部及外側設置鼓包形狀GB柔性嵌縫材料，外包8mmGB復合三元乙丙蓋板。GB復合三元乙丙采用鍍鋅膨脹螺栓和不銹鋼扁鋼壓條固定。防滲體、連接板、趾板、面板接縫部位的防水結構如圖3所示。

圖3 防滲墻、連接板、趾板、面板接縫

4.6.2 周邊縫及表止水施工

銅止水作為混凝土澆筑預埋件，在現場加工成型，并按要求鋪設。表止水按照“從下至上”的施工原則進行，周邊縫縫面止水施工工序為：基礎面處理→鋪設膠棒→涂刷SK底膠→刮涂GB找平密封膠→鋪裝波形橡膠止水帶→安裝扁鋼和螺栓→除塵→嵌填GB填料→鋪設GB蓋板→刮涂GB找平密封膠→安裝扁鋼和螺栓。其塑性填材以機械施工為主，由GB填料擠出機進行成型擠壓，波紋橡膠止水帶異型接頭采用廠家一次硫化成型，現場連接時采用熱硫化焊接工藝進行連接。

4.7 壩體填筑

大壩壩體由多種材料組成，由于各種壩料的性質不同、使用設備差異造成壩料不等厚填筑。壩面平起施工是規定壩料施工工序的銜接，是從關鍵施工部位保證工序施工質量的技術要求。墊層料、過渡料填筑卸料采用后退法，鋪料厚度40cm，液壓反鏟平料、SD32推土機平料，振動碾進退錯距碾壓，振動碾行走速度不大于2.0km/h，與壩軸線平行碾壓；砂礫料、堆石料填筑卸料以進占法為主，局部采用后退法，鋪料厚度80cm，SD32推土機平料，32t振動碾進退錯距碾壓，各區料應平齊上升。根據連續施工要求填筑臨時斷面，隨著填筑層的上升，形成臺階狀，平均坡不陡于1∶3。各料分區部位和同料接縫部位采用振動碾騎縫碾壓，以保證交接面的碾壓質量。

5 結 語

根據深厚覆蓋層、“U”形河床基巖、鑲嵌碎裂結構巖體等壩區內地形地質情況，采用固結、帷幕灌漿進行基礎處理，布置嵌入式防滲墻封閉壩基擋水，河床部位設計連接、趾板形式，能夠適應較大的位移變形，接縫處底部設置銅止水，表層設置表面止水，形成軟連接封閉系統，以實現在深厚覆蓋層和高壩的復雜變形情況下防滲體系的有效性。經過蓄水至1721m高程穩定后，壩基、連接板、面板等監測斷面，滲透壓力基本呈穩定狀態，整體防滲可靠。