孤山航電樞紐工程壩基處理及滲控方案設(shè)計(jì)

閆福根 傅興安 蔡漢生 位思佳

摘要：為解決孤山航電樞紐工程壩基基礎(chǔ)處理存在地質(zhì)條件復(fù)雜、斷層發(fā)育、固結(jié)灌漿與混凝土澆筑干擾強(qiáng)、地基處理工程量和難度大等問題，針對(duì)壩基巖體特性、呂榮線及地下水位分布以及壩高等因素，綜合確定該工程壩基固結(jié)灌漿及防滲帷幕設(shè)計(jì)方案。固結(jié)灌漿布置于重力壩壩踵區(qū)、泄水閘上下游側(cè)，孔排距為2.5 m×2.5 m，孔深為5～6 m。防滲帷幕貫穿兩岸山體、重力壩段及泄水閘壩段，采用單排帷幕，防滲標(biāo)準(zhǔn)為5 Lu，帷幕后設(shè)置排水孔，帷幕灌漿孔和排水孔孔距均為2.5 m。壩基灌后檢測(cè)結(jié)果表明：巖體聲波和透水率滿足規(guī)范要求；該方案有效地提高了壩基巖體完整性、減小了壩基變形、降低了基礎(chǔ)揚(yáng)壓力、減少了大壩滲漏量，設(shè)計(jì)方案合理可靠。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)處理； 固結(jié)灌漿； 帷幕灌漿； 滲控設(shè)計(jì)； 孤山航電樞紐工程

中圖法分類號(hào)：TV223

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.06.009

文章編號(hào)：1006-0081（2023）06-0048-05

0 引 言

孤山航電樞紐工程擋水建筑物主要有左、右岸重力壩，泄水建筑物主要有左區(qū)泄水閘和右區(qū)泄水閘，大壩建基面高程為146.8～188.0 m，址區(qū)基巖主要為寒武系中統(tǒng)岳家坪組的淺變質(zhì)巖，巖性主要為片巖類和大理巖類，大理巖類主要出露于江心洲及右岸壩肩岸坡，包括云母大理巖、炭質(zhì)大理巖等。片巖類主要分布在壩址左岸及江心洲上、下段，包括炭質(zhì)云母片巖、云母片巖、石英片巖、綠泥片巖等。左岸非溢流壩段有F106斷層通過、右岸非溢流壩段與廠房壩段間有F109斷層通過，可能出現(xiàn)沿?cái)鄬臃植嫉臐B漏通道，帷幕灌漿約8 600 m，固結(jié)灌漿約22 000 m，壩基基礎(chǔ)處理存在地質(zhì)條件復(fù)雜、斷層發(fā)育、固結(jié)灌漿與混凝土澆筑干擾強(qiáng)、地基處理工程量和難度大等重難點(diǎn)問題。

本文針對(duì)上述重難點(diǎn)問題，首先結(jié)合孤山航電樞紐工程石英絹云片巖、絹云大理巖特性，針對(duì)F106斷層破碎帶分布［1］以及巖體RDQ［2-3］對(duì)壩基整體性影響，在生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)及充分厘清固結(jié)灌漿與混凝土大壩干擾關(guān)系的基礎(chǔ)上，針對(duì)性提出壩基固結(jié)灌漿范圍、固結(jié)灌漿孔孔深、間排距、傾角等固結(jié)灌漿參數(shù)［4-5］。其次基于石英絹云片巖、絹云大理巖的滲透特征，充分考慮F106等斷層破碎帶存在的滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)以及F103斷層可能存在的繞壩滲漏問題，針對(duì)性提出壩基防滲軸線范圍和走向、帷幕灌漿標(biāo)準(zhǔn)、帷幕灌漿底線等帷幕灌漿防滲參數(shù)。

1 基礎(chǔ)處理方案設(shè)計(jì)

1.1 方案總體設(shè)計(jì)

針對(duì)孤山航電樞紐工程壩基巖體石英絹云片巖、絹云大理巖特性，F(xiàn)106斷層破碎帶分布以及巖體RDQ情況，經(jīng)分析確定基礎(chǔ)處理固結(jié)灌漿總體設(shè)計(jì)方案：固結(jié)灌漿布置于左右岸重力壩壩踵區(qū)域、左區(qū)泄水閘和右區(qū)泄水閘帷幕軸線上游側(cè)閘基礎(chǔ)、泄水閘下游側(cè)閘基礎(chǔ)以及壩基開挖后巖體裂隙集中發(fā)育區(qū)、斷層破碎帶及其兩側(cè)影響帶范圍。

固結(jié)灌漿［6］一般采用梅花型布孔，孔排距2.5 m×2.5 m。緊鄰帷幕前的一排固結(jié)灌漿孔兼輔助帷幕，孔深8～10 m，其余固結(jié)孔孔深一般為5～6 m。灌漿壓力采用0.3～0.5 MPa。固結(jié)灌漿孔分兩序施工，按照“自上而下分段，孔內(nèi)循環(huán)法”灌注。灌漿材料采用等級(jí)不低于42.5級(jí)的水泥漿液，漿液水灰比采用2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1（重量比）4個(gè)比級(jí)，開灌水灰比一般為2∶1。固結(jié)灌漿孔基巖段長(zhǎng)為5 m或6 m時(shí)全孔一段灌槳，基巖段長(zhǎng)為10 m時(shí)，分兩段進(jìn)行灌注，基巖段長(zhǎng)劃分為第1段3 m，第2段7 m。

1.2 左右非溢流壩段固結(jié)灌漿布置方案

右非溢流壩段布置3排固結(jié)灌漿孔，集中在壩踵區(qū)域。第1排與第2排排距為2 m，第2排與第3排排距為5.7 m。建基面高程156.50 m和高程176.0 m固結(jié)灌漿孔采用有蓋重方式施工，其中建基面高程156.50 m固結(jié)灌漿在基礎(chǔ)廊道內(nèi)施工，孔距為2.5 m，建基面高程156.50 m固結(jié)灌漿孔距為1.25 m，采用斜孔，角度依次為6°，9°和12°。右岸壩頂部位的固結(jié)灌漿孔在右非壩段壩體混凝土澆筑至壩頂后實(shí)施，采用巖體蓋重進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿孔距為2 m，采用斜孔，角度依次為6°，9°和12°。第1排和第3排灌漿孔深為6 m，第2排兼做輔助帷幕，孔深10 m。左非壩段布置基本同右非壩段。右非壩段第2排固結(jié)灌漿沿壩軸線方面剖面布置如圖1所示。

1.3 廠房壩段固結(jié)灌漿布置方案

廠房壩段布置6排固結(jié)灌漿孔，分布于壩基上下游側(cè)，其中第1～3排布置于壩基上游側(cè)，第4～6排布置于壩基下游側(cè)，第1排與第2排固結(jié)灌漿孔排距為9.2 m，第2排與第3排，第4排與第5排以及第5排與第6排固結(jié)灌漿孔排距均為2.5 m，灌漿孔均為垂直孔，采用有蓋重施工方式。

因廠房及安裝場(chǎng)壩段均布置有結(jié)構(gòu)鋼筋，為便于固結(jié)灌漿施工，在混凝土澆筑前預(yù)埋導(dǎo)向管。緊鄰基礎(chǔ)灌漿廊道前的一排固結(jié)灌漿孔兼作輔助帷幕，孔深入巖10 m，輔助帷幕灌漿孔沿壩軸線方向剖面布置如圖2所示。

安裝場(chǎng)壩段第5排孔、廠房壩段第6排孔深入巖6 m，其余各排孔深入巖5 m。

1.4 左右泄水壩段固結(jié)灌漿布置方案

左右泄水壩段布置5排固結(jié)灌漿孔，分布于壩基上下游側(cè)，其中第1～3排布置于壩基上游側(cè)，第4～5排布置于壩基下游側(cè)，第1排與第2排排距為2.0 m，第2排與第3排排距為2.3 m，第4排與第5排排距均為2.5 m，灌漿孔均為垂直孔，采用有蓋重施工方式。

因泄水壩段底部鋼筋稠密，為便于固結(jié)灌漿施工，在混凝土澆筑前預(yù)埋導(dǎo)向管。緊鄰基礎(chǔ)灌漿廊道前的一排固結(jié)灌漿孔兼作輔助帷幕，孔深入巖10 m，其余孔深為5 m，生態(tài)放水閘壩段布置基本同泄水閘固結(jié)灌漿布置。左岸泄水壩段輔助帷幕灌漿孔沿壩軸線方向剖面布置如圖3所示。

1.5 船閘壩段固結(jié)灌漿布置方案

船閘壩段采用全斷面固結(jié)灌漿，共計(jì)布置31排固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿排距一般為2.5 m，灌漿孔均為垂直孔，采用有蓋重施工方式。

因船閘段壩段底部鋼筋稠密，為便于固結(jié)灌漿施工，在混凝土澆筑前預(yù)埋導(dǎo)向管。緊鄰基礎(chǔ)灌漿廊道前的一排固結(jié)灌漿扎兼作輔助帷幕，孔深入巖10 m；F104斷層左右各兩個(gè)灌漿孔孔深入巖8 m；其余灌漿孔孔深入巖5 m；船閘壩段輔助帷幕灌漿孔沿壩軸線方向剖面布置如圖4所示。

2 防滲帷幕方案設(shè)計(jì)

2.1 方案總體設(shè)計(jì)

根據(jù)孤山航電樞紐工程壩址區(qū)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件以及建筑物對(duì)降低基礎(chǔ)揚(yáng)壓力、減少壩基滲漏量、減小基巖滲透坡降及防止沿軟弱結(jié)構(gòu)面、斷層破碎帶產(chǎn)生滲透破壞的要求，確定防滲方案為壩基及兩岸一定范圍設(shè)置灌漿帷幕進(jìn)行垂直防滲，壩基帷幕后設(shè)主排水孔。

帷幕灌漿方案。在左、右岸重力壩段及左區(qū)泄水閘、右區(qū)泄水閘壩段均布置有防滲帷幕，防滲帷幕軸線與壩軸線基本重合。左岸重力壩段以左、右岸重力壩以右的山體段基巖不滿足防滲標(biāo)準(zhǔn)，因此帷幕軸線須向兩岸延伸，左岸壩肩部位發(fā)育有F103斷層，帷幕軸線延伸至過斷層5 m后可滿足防滲要求；右岸端點(diǎn)部位須滿足相對(duì)隔水層的要求。具體措施如下：自左岸灌漿平洞布置帷幕灌漿，防滲帷幕底線高程從172.05 m經(jīng)左非壩段及左1～2號(hào)泄水閘壩段降低至高程127.80 m，后至船閘壩段、左3～7號(hào)泄水閘壩段、生態(tài)放水閘壩段、右1～9號(hào)泄水閘壩段抬升至高程135.00 m，而后至廠房壩段及安裝場(chǎng)壩段降低至高程110 m，最后經(jīng)右非壩段到右岸灌漿平洞抬升至172.05 m。防滲帷幕布置剖面如圖5所示。

2.2 帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)與底線設(shè)計(jì)

根據(jù)SL 319-2018《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，本工程最大壩高為53.25 m，帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)及相對(duì)隔水層標(biāo)準(zhǔn)：閘基及兩岸均為5 Lu。

根據(jù)帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)合本工程特點(diǎn)、地質(zhì)條件及規(guī)范要求，各部位的帷幕深度按下列原則控制：① 深入基巖相對(duì)隔水層5 m;② 滿足帷幕深度h≥1/3H+c，其中H為幕前水深，c取3～5 m;③ 斷層破碎帶及重大地質(zhì)缺陷部位可適當(dāng)加深。

根據(jù)此原則，確定主帷幕的深度如下：左、右區(qū)泄水閘壩段15～18 m，左右岸重力壩段及兩岸延伸段20～50 m。

2.3 帷幕灌漿設(shè)計(jì)

根據(jù)壩址區(qū)的工程地質(zhì)條件和其他工程經(jīng)驗(yàn)初步確定閘基及兩岸布置單排帷幕，因基巖屬裂隙性巖體，透水率不大，可灌性較差，為確保成幕，帷幕孔距一般采用2.5 m。

帷幕灌漿施工方法為自上而下分段灌漿法。閘基帷幕孔在基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)施工，左、右岸重力壩段部分帷幕孔在壩頂施工，兩岸帷幕孔在灌漿平洞內(nèi)施工。基礎(chǔ)灌漿廊道及灌漿平洞襯砌后凈斷面均為3.0 m×3.5 m。

帷幕灌漿材料為普通水泥漿，最大灌漿壓力為2.5 MPa。

2.4 灌漿平洞設(shè)計(jì)

為防止和減少繞壩滲漏，帷幕灌漿軸線須向兩岸壩肩延伸一定距離，由于兩岸地形較陡，須設(shè)置灌漿平洞。根據(jù)兩岸壩肩的地質(zhì)條件及相對(duì)隔水層深度，左岸灌漿平洞長(zhǎng)約40 m，右岸灌漿平洞長(zhǎng)約45 m。灌漿平洞縱坡坡比0.5%，坡向洞口，灌漿平洞施工在左、右岸邊坡開挖后進(jìn)行。為保證洞室及兩岸邊坡穩(wěn)定，灌漿平洞須采用全斷面襯砌，襯砌后洞室凈斷面3.0 m×3.5 m（寬×高），底部設(shè)排水溝，與上壩公路內(nèi)側(cè)邊溝連接。灌漿平洞典型斷面如圖6所示。

2.5 排水設(shè)計(jì)

為有效降低壩基揚(yáng)壓力［7-9］，在壩基帷幕后設(shè)置排水孔，排水孔設(shè)置在基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)帷幕下游側(cè)，距離帷幕灌漿軸線170 cm，孔距2.5 m，孔深一般13～15 m，頂角15°左右。對(duì)穿過軟弱結(jié)構(gòu)面、斷層破碎帶、夾泥裂隙等地質(zhì)缺陷部位的排水孔，采取孔內(nèi)保護(hù)。孔內(nèi)保護(hù)一般采用MY8型硬質(zhì)塑料濾水管外包土工布。排水孔孔口均安裝孔口裝置，采用FDD-91型孔口保護(hù)裝置。在基礎(chǔ)廊道內(nèi)均設(shè)有排水溝，縱向圍堰壩段內(nèi)設(shè)有集水井，積水匯至集水井內(nèi)，集中抽排。排水帷幕布置典型斷面如圖7所示。

3 結(jié) 論

（1） 針對(duì)孤山航電樞紐工程壩基巖體石英絹云片巖、絹云大理巖特性，F(xiàn)106斷層破碎帶分布以及巖體RQD情況，經(jīng)分析確定基礎(chǔ)處理采用固結(jié)灌漿方案。固結(jié)灌漿布置于左右岸重力壩壩踵區(qū)域、左區(qū)泄水閘和右區(qū)泄水閘帷幕軸線上游側(cè)閘基礎(chǔ)、泄水閘下游側(cè)閘基礎(chǔ)、以及壩基開挖后巖體裂隙集中發(fā)育區(qū)、斷層破碎帶及其兩側(cè)影響帶范圍。固結(jié)灌漿一般采用梅花型布孔，孔排距2.5 m×2.5 m。緊鄰帷幕前的一排固結(jié)灌漿孔兼輔助帷幕孔，孔深8～10 m，其余固結(jié)孔孔深一般為5～6 m。灌漿壓力采用0.3～0.5 MPa。

（2） 根據(jù)孤山航電樞紐工程壩址區(qū)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件以及建筑物對(duì)降低基礎(chǔ)揚(yáng)壓力、減少壩基滲漏量、減小基巖滲透坡降及防止沿軟弱結(jié)構(gòu)面、斷層破碎帶產(chǎn)生滲透破壞的要求，確定防滲方案為在壩基及兩岸一定范圍設(shè)置灌漿帷幕進(jìn)行垂直防滲，在壩基帷幕后設(shè)主排水孔。帷幕灌漿采用單排，貫穿兩岸山體、重力壩段及泄水閘壩段，防滲標(biāo)準(zhǔn)為5 Lu，帷幕后設(shè)置排水孔，帷幕灌漿孔和排水孔孔距均為2.5 m。帷幕灌漿孔深左、右區(qū)泄水閘壩段15～18 m，左右岸重力壩段及兩岸延伸段20～50 m。排水孔孔深一般為13～15 m，頂角15°左右。

（3） 工程實(shí)踐表明，壩基巖體灌后聲波及透水率（檢查孔透水率q≤5 Lu）均滿足標(biāo)準(zhǔn)，說明本文提出的基礎(chǔ)處理及防滲帷幕方案合理可靠，滿足工程要求，工程目前已投產(chǎn)發(fā)電。

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（編輯：李 晗）

Design on dam foundation treatment and seepage control of

Gushan Navigation and Hydropower Project

YAN Fugen，F(xiàn)U Xing′an，CAI Hansheng，WEI Sijia

（Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：

In order to solve the complex geological conditions，fault development，strong interference between consolidation grouting and concrete pouring，the volume and difficulty of foundation treatment and other important and difficult problems，the dam foundation treatment was carried out according to rock mass characteristics of dam foundation，distribution of Lurong line and groundwater level and dam height.The design scheme of dam foundation consolidation and seepage control curtain grouting were determined comprehensively for Gushan Navigation and Hydropower Project.The consolidation grouting holes were arranged in dam heel of gravity dam，and upstream and downstream sides of discharging sluice，with the hole distance was 2.5 m×2.5 m and hole depth was 5～6 m.The anti-seepage curtain grouting holes were arranged through both mountain side，gravity dam and discharging sluice section.A single row of curtain grouting was used with the anti-seepage standard of 5 Lu.Drainage holes were arranged behind the curtain grouting holes.The distance between curtain grouting and drainage holes was 2.5 m.The acoustic wave and permeability of the rock mass after grouting meet the standard，which shows that the scheme effectively improves the integrity of the rock mass of the dam foundation，reduces the deformation of the dam foundation，the uplift pressure of the foundation，and the leakage of the dam.The results show that the design scheme is reasonable and reliable．

Key words：

foundation treatment； consolidation grouting； curtain grouting；seepage control design；Gushan Navigation and Hydropower Project