夹岩水利枢纽工程上游围堰基础防渗设计研究

2019-07-08李明卫文志颖

水利水电快报 2019年6期

张飞，李明卫，文志颖

（1.贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳 550002；2.贵州省水利投资（集团）有限责任公司，贵州贵阳 550081）

1 工程概况

夹岩水利枢纽工程（以下简称“夹岩工程”）上游围堰为土工膜心墙土石围堰，最大堰高44.5 m，4级建筑物，按10 a一遇洪水标准设计，相应流量1 570 m3/s。围堰堰顶宽15.0 m，长149.5 m，迎水面坡比为1∶2.0，坡面采用块石进行护坡、防冲，背水面坡比为1∶1.75，最大围堰底宽179.30 m。

围堰布置于大坝趾板上游480 m处，紧邻峡谷出口，左岸为潘家岩脚崩塌堆积体，崩塌堆积体地形坡度55°，厚15～20 m；右岸为陡壁，基岩裸露。围堰河床高程1 209.5 m，河床宽58 m。河床冲洪积深10～13 m，主要由砾（卵）石组成，呈现松散-稍密状态，颗粒级配差，差异性大，透水性强。下伏基岩为T1f2-4薄至中厚层泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩，为中硬岩夹软质岩类；右岸高程1 222 m以上出露为T1yn1-1薄层泥质灰岩，属软质岩类。强风化下限河床为基岩面以下5～8 m，两岸坡基岩面以下法向厚8～12 m，岩层倾上游，倾角21°～29°，为横向河谷［1］。

2 土石围堰基础防渗方案

2.1 防渗方法

目前土石围堰覆盖层基础处理主要有以下方法［2］。

（1）塑性混凝土防渗墙。这种防渗墙是覆盖层地基处理的主要方法之一。防渗墙设计的关键问题是确定其深度及厚度［3］。在确定深度时，需考虑防渗墙底部与基岩或相对不透水层之间接触带的渗透稳定和渗流控制以及防渗墙体本身的支撑条件、允许应力和不均匀沉降的要求。主要根据防渗要求、抗渗耐久性、墙体应力应变及施工设备等因素确定其厚度。虽然塑性混凝土防渗墙造价高、施工技术要求高，但渗流控制效果好。

（2）帷幕灌浆防渗。不少工程采用帷幕灌浆法处理覆盖层地基，但该法对覆盖层的组成及成因具有较强针对性，对不同的覆盖层灌浆浆液种类选择不同［4］：砾石覆盖层需采用黏土水泥浆液；砂层覆盖层的成孔条件和可灌性较差，需采用化学灌浆。当覆盖层同时含有砾石层和砂层时，两者的扩散半径不一致，抗渗性存在差异。灌浆帷幕一般允许渗透坡降为3～4，对于覆盖层上的土石围堰而言，帷幕厚度大、灌浆孔数多、灌浆量大，且施工工期长。

（3）高压喷射防渗。高压喷射灌浆是近30多年发展起来的一项地基防渗和加固处理技术，在覆盖层土石围堰堰基处理方面也得到了广泛应用，且处理效果比较理想。但在设计前必须选择代表性覆盖层进行高喷试验，高喷灌浆孔的孔距、灌浆方法与型式直接关系到工程造价和墙体质量［5-6］。

除此以外，堰基的防渗处理还可采用截水槽或混凝土沉井防渗等方法。

2.2 防渗方案选择

根据围堰基础地质条件，基础防渗可采用混凝土防渗墙和高压喷射灌浆。混凝土防渗墙施工速度较慢、造价高，且施工技术要求高，但适用各种地质条件且防渗效果较好。与混凝土防渗墙相比，高喷灌浆施工速度快，高压喷射灌浆防渗适用于软弱土层，如第四纪的冲（淤）积层、残积层以及人工填土等，但对粒径过大、含量过多的砾卵石以及有大量纤维质的腐殖土地层不适用。

为确保大坝填筑节点工期满足设计要求，围堰基础防渗选择施工速度更快的高喷灌浆。同时为减少投资、降低施工难度，结合左岸岸坡地质条件，左岸岸坡防渗采用帷幕灌浆，左岸岸坡与河床链接部位防渗采用控制灌浆。

3 围堰基础防渗设计

3.1 防渗分区

根据围堰基础覆盖层的组成不同，将围堰基础防渗分成3个区域，分区示意见图1。区域1为河床底部，覆盖层主要由砾（卵）石组成；区域2为河床与左岸岸坡连接部位，覆盖层主要由砂岩、泥质砂岩滑塌体等组成；区域3为左岸岸坡，覆盖层主要由灰岩崩塌体组成。

图1 围堰基础防渗分区示意

3.2 防渗设计

围堰基础区域1防渗采用高喷灌浆，高喷灌浆采用旋喷方式、二管法和双排灌浆，间排距1 m。高喷灌浆示意见图2，灌浆深度为1.5～29.0 m。通过现场高喷试验确定如下相关设计参数。

（1）浆液高喷灌浆浆液的水灰比可为1∶1（密度约1.5 g/cm3）。

（2）泥浆的搅拌时间，使用高速搅拌机不应小于30 s，使用普通搅拌机不应少于90 s。水泥浆自制备至用完的时间不应超过4 h。

（3）高喷灌浆气压为0.6～0.8 MPa，气体流量为0.8～1.2 L/min，灌浆压力为25～40 MPa，浆夜流量为70～100 L/min。

（4）灌浆提升速度覆盖层为8～15 cm/min，抛填料层为5～10 cm/min。

（5）灌浆旋喷转速为12～15 r/min。

（6）经压水试验确定透水率不大于5 Lu作为防渗下限。

图2 高喷灌浆示意（单位：cm）

围堰基础区域2防渗采用控制灌浆，灌浆孔双排布置，孔距1.5 m，排距1.0 m，控制灌浆示意见图3。控制灌浆深度12～25 m。参考类似工程项目，控制灌浆相关设计参数如下。

（1）浆液参考水灰比为1∶1，0.7∶1，0.5∶1，最终根据现场生产性试验成果，并经监理人批准的水灰比施灌，灌浆浆液应由稀到浓逐级变换。

（2）一序孔灌浆压力初压建议值0.5 MPa，终压不小于1 MPa；二序孔灌浆压力初压建议值0.3 MPa，终压不小于1.2 MPa。

图3 控制灌浆示意（单位：cm）

（3）透水率不大于5 Lu作为防渗下限。

围堰基础区域3防渗采用帷幕灌浆，灌浆孔单排布置，间距1.5 m，帷幕灌浆示意见图4。帷幕深度10～19 m。参考类似工程项目帷幕灌浆相关设计参数如下［7］。

（1）浆液参考水灰比为2∶1，1∶1，0.7∶1，0.5∶1，最终根据现场生产性试验成果，并经监理人批准的水灰比施灌，灌浆浆液应由稀到浓逐级变换。

（2）灌浆压力初压建议值0.5 MPa，终压不小于1MPa。

（3）透水率不大于5 Lu作为防渗下限。

图4 帷幕灌浆示意（单位：cm）

围堰右岸岸坡右岸高程1 222 m以上基岩裸露，基岩基础不做防渗处理。

4 围堰基础防渗效果检验

4.1 防渗施工效果

围岩基础灌浆完成后，施工单位根据相关要求对高喷灌浆段进行注水试验，从而得出该防渗段最大渗透系数为1.776×10-6cm/s，最小值为4.4×10-7cm/s。对控制灌浆与帷幕灌浆防渗段进行检查孔取芯及压水试验，检查孔取芯样品较完整，最大透水率4.54 Lu，最小透水率1.8 Lu。灌浆施工满足设计要求，围岩基础防渗设计施工效果良好。