兩河口水電站大壩岸坡三角區(qū)帷幕灌漿設計加強方案及效果研究

朱先文，唐 瑜，郜永勤

(1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

0 前 言

隨著我國西南地區(qū)水電工程高壩建設不斷發(fā)展，防滲帷幕作為解決水庫滲漏問題的主要工程手段得到了廣泛的應用，并呈現(xiàn)出規(guī)模大、水頭高、地質(zhì)條件復雜等特點。大壩防滲帷幕為地下隱蔽工程，其有效成幕將直接關(guān)系到水庫蓄水后工程的安全運行，而巖石作為帷幕灌漿漿液的載體，其屬性將對帷幕的灌漿效果產(chǎn)生很大影響[1]。帷幕施工過程中，結(jié)合現(xiàn)場施工及地質(zhì)條件對帷幕的布置方案、灌漿參數(shù)、灌漿材料進行分析比選，使成幕質(zhì)量安全可靠是目前防滲帷幕設計及施工面臨的難題之一。

兩河口水電站為雅礱江中下游的“龍頭”水庫，該電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，為Ⅰ等大(1)型工程，采用“攔河大壩+左岸泄洪系統(tǒng)+右岸引水發(fā)電系統(tǒng)+左右岸導流洞”的樞紐建筑物總體布置格局。攔河大壩為土心墻堆石壩，最大壩高295 m，為已建和在建的同類壩型中最高壩之一，建設難度大。大壩采用“固結(jié)灌漿+帷幕灌漿+心墻蓋板+接觸黏土+礫石土心墻”的防滲體系，其中兩岸岸坡高陡，采用1 m厚混凝土心墻蓋板作為固結(jié)灌漿和帷幕灌漿的蓋重。心墻蓋板與基礎開挖面平行，其與兩岸山體內(nèi)灌漿平洞構(gòu)成灌漿三角區(qū)。三角區(qū)布置3排帷幕，排距1 m、孔距2 m、向上游傾角5°，與山體內(nèi)灌漿帷幕通過搭接帷幕連接成封閉的防滲體系。三角區(qū)帷幕典型剖面布置見圖1。

圖1 三角區(qū)帷幕典型剖面

1 三角區(qū)工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)兩岸基巖為兩河口組中下段(T3lh2、T3lh1)，以變質(zhì)砂巖夾粉砂質(zhì)板巖為主，砂板巖比例分布不均，巖體風化較弱，但局部卸荷較強。相對隔水巖體(q<3 Lu)，河床部位垂直埋深160～180 m，正常蓄水位處兩岸水平埋深200～250 m。

左岸帷幕灌漿三角區(qū)平洞及開挖揭示，高程2 820～2 875 m巖性為T3lh2(2)-②層薄層砂巖及T3lh2(3)層粉砂質(zhì)板巖，高程2 580～2 820 m巖性為T3lh2(2)-①變質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)板巖。邊坡發(fā)育f4、f12順層斷層，層面裂隙及順坡裂隙發(fā)育。巖體總體位于弱風化弱卸荷帶內(nèi)，巖體質(zhì)量分級為Ⅳ2類，斷層及其影響帶為Ⅴ類，巖體透水性以弱透水為主，中等透水性次之，f4、f12斷層及其影響帶透水性強。

右岸帷幕灌漿三角區(qū)平洞及開挖揭示，高程2 760～2 875 m巖性為T3lh2(3)、T3lh2(4)層粉砂質(zhì)板巖，發(fā)育f13順層斷層，層面裂隙及順坡裂隙發(fā)育，巖體位于弱上風化強卸荷帶內(nèi)時，巖體質(zhì)量分級為Ⅴ類，巖體位于強卸荷帶內(nèi)時，巖體透水性為弱透水-強透水性。高程2 620～2 760 m巖性為T3lh2(2)-②層薄層砂巖及T3lh2(3)層粉砂質(zhì)板巖，發(fā)育f4、f12順層斷層，層面裂隙及順坡裂隙發(fā)育，高程2 580～2 620 m巖性為T3lh2(2)-①變質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)板巖，總體位于弱風化弱卸荷帶內(nèi)，巖體質(zhì)量分級為Ⅳ2類，斷層及其影響帶為Ⅴ類，巖體透水性以弱透水為主，中等透水性次之，f4、f12斷層及其影響帶透水性強。

2 三角區(qū)帷幕設計方案

2.1 帷幕防滲標準

兩河口水電站大壩防滲帷幕灌漿后巖體透水率標準為：q≤1 Lu。根據(jù)現(xiàn)場三角區(qū)施工情況，在主帷幕上游增設了輔助帷幕，輔助帷幕灌漿后巖體透水率標準為：q≤3 Lu，帷幕質(zhì)量檢查以壓水試驗為主。

2.2 帷幕布置

根據(jù)兩河口水電站壩基水文地質(zhì)條件及壩基帷幕灌漿試驗，結(jié)合三維滲流計算成果，提出壩基帷幕設計方案。大壩軸線所在平面的大壩基巖地基采用灌漿帷幕形成壩基防滲面，防滲面上以基巖透水率q≤3 Lu作為相對不透水層界限，灌漿帷幕深入相對不透水層5 m。

兩岸山體內(nèi)每隔60 m布置一條灌漿平洞，三角區(qū)帷幕布置于心墻蓋板之下。三角區(qū)帷幕布置為3排，孔距2 m、排距1 m，帷幕底線深入下層灌漿平洞以下8 m。三角區(qū)帷幕最大深度為68 m，采用向上游傾斜5°布置。

2.3 灌漿參數(shù)

根據(jù)試驗及現(xiàn)場施工情況確定大壩三角區(qū)帷幕灌漿壓力，如表1所示。

表1 壩基三角區(qū)帷幕灌漿壓力設計值

3 基于灌漿施工加強方案

3.1 三角區(qū)灌漿特殊情況及原因分析

兩河口工程大壩三角區(qū)帷幕施工過程中，頻繁出現(xiàn)灌漿抬動、劈裂、串漿等現(xiàn)象，且三角區(qū)水泥灌漿后一次檢查合格率較低，約為25%。針對三角區(qū)灌漿特殊情況，經(jīng)初步研究認為灌漿壓力、地質(zhì)條件、灌漿材料是導致三角區(qū)合格率低的主要原因。

首先，三角區(qū)灌漿壓力低于深孔帷幕與搭接帷幕，是造成漿液不能完全填充巖石裂隙的原因之一。鑒于大壩三角區(qū)灌漿蓋重薄，若進一步提高三角區(qū)的灌漿壓力，灌漿抬動、劈裂等現(xiàn)象將進一步加劇，對已灌漿巖體造成二次破壞，其合格率將進一步降低，因此三角區(qū)帷幕灌漿壓力和壓水檢查壓力不宜提高。

其次，三角區(qū)側(cè)向埋深淺且順坡裂隙、陡緩傾角卸荷裂隙發(fā)育。其中，大壩左岸三角區(qū)主要有兩組優(yōu)勢裂隙，分別為N55°～90°W/SW(NE)∠55°～85°陡傾角裂隙及N40°～75°E/NW(SE)∠65°～85°中陡傾角裂隙，且兩組裂隙相互切割；大壩右岸三角區(qū)主要有兩組優(yōu)勢裂隙，分別為N75°～90°W/SW(NE)∠75°～80°陡傾角裂隙及N0°～30°E/SE∠40°～60°中等傾角裂隙，此外還有貫穿三角區(qū)帷幕并順層發(fā)育的f4和f12斷層。由于鉆孔角度與陡傾裂隙交角較小，漿液擴散范圍受其影響較大，且有傾坡外裂隙和順層斷層發(fā)育，是造成灌漿難度大的主要地質(zhì)原因。

最后，灌后檢查孔不合格段的透水率普遍在1～3 Lu范圍間，說明水泥灌漿對中緩傾角裂隙和較為寬大裂隙填充效果好，水泥灌漿起到了一定的防滲效果。但經(jīng)現(xiàn)場化學灌漿對比分析可知：以水泥漿液為主的顆粒懸浮液在裂隙充填過程中，受裂隙寬度影響充填效果稍差，以環(huán)氧樹脂為主的真溶液化學漿液在該類微細裂隙內(nèi)的滲透性較好，微細裂隙內(nèi)其整體填充效果也優(yōu)于水泥漿液。因此，經(jīng)化學灌漿后，灌后質(zhì)量檢查能達到1 Lu的設計標準。

3.2 三角區(qū)灌漿設計加強方案

基于兩河口工程重要性及可研階段審定的防滲控制標準，因三角區(qū)帷幕灌漿出現(xiàn)3.1節(jié)所述情況，結(jié)合施工情況及地質(zhì)條件分析影響成幕的因素，為構(gòu)建安全完善的防滲體系，設計對三角區(qū)灌漿進行了加強方案研究。主要具體方案如下：

(1)為增加基礎防滲的滲徑，在三角區(qū)主帷幕上游增設兩排輔助帷幕，輔助帷幕垂直蓋板并向上游傾斜5°，輔助帷幕排距1 m、孔距2 m、深度15～30 m，按“孔底段透水率不大于3 Lu”控制深度。

(2)為防止抬動和灌漿劈裂對已灌漿巖體產(chǎn)生二次破壞，加深孔口管深度，適當降低三角區(qū)帷幕灌漿壓力，以不抬動灌漿為原則，動態(tài)調(diào)整設計壓力。

(3)對水泥灌漿超過一檢不合格且透水率大于3 Lu部位先用水泥灌漿補灌處理；對水泥灌漿一檢不合格且透水率小于3 Lu部位采用化學灌漿補強。

通過以上加強方案，經(jīng)現(xiàn)場實施后，灌漿效果顯著。壓水檢查合格率達100%，灌后質(zhì)量檢查能達到1 Lu的設計標準。

4 結(jié) 語

在分析兩河口壩基基本地質(zhì)條件、壩基防滲標準的基礎上，本文提出了大壩三角區(qū)帷幕灌漿的設計方案，即主要采用增加帷幕厚度的方式保證基礎防滲安全。基于動態(tài)設計的理念、對于三角區(qū)灌漿異常部位及時調(diào)整帷幕設計參數(shù)和灌漿工藝，采取增設輔助帷幕、減低灌漿壓力、化學灌漿補強等加強措施。兩河口水電站三角區(qū)滲控設計與工程實踐解決了砂板巖相間、裂隙發(fā)育的復雜壩基滲控設計難題，供同行參考與借鑒。