两河口水电站大坝岸坡三角区帷幕灌浆设计加强方案及效果研究

朱先文，唐 瑜，郜永勤

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072；2.中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

0 前 言

随着我国西南地区水电工程高坝建设不断发展，防渗帷幕作为解决水库渗漏问题的主要工程手段得到了广泛的应用，并呈现出规模大、水头高、地质条件复杂等特点。大坝防渗帷幕为地下隐蔽工程，其有效成幕将直接关系到水库蓄水后工程的安全运行，而岩石作为帷幕灌浆浆液的载体，其属性将对帷幕的灌浆效果产生很大影响[1]。帷幕施工过程中，结合现场施工及地质条件对帷幕的布置方案、灌浆参数、灌浆材料进行分析比选，使成幕质量安全可靠是目前防渗帷幕设计及施工面临的难题之一。

两河口水电站为雅砻江中下游的“龙头”水库，该电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，为Ⅰ等大(1)型工程，采用“拦河大坝+左岸泄洪系统+右岸引水发电系统+左右岸导流洞”的枢纽建筑物总体布置格局。拦河大坝为土心墙堆石坝，最大坝高295 m，为已建和在建的同类坝型中最高坝之一，建设难度大。大坝采用“固结灌浆+帷幕灌浆+心墙盖板+接触黏土+砾石土心墙”的防渗体系，其中两岸岸坡高陡，采用1 m厚混凝土心墙盖板作为固结灌浆和帷幕灌浆的盖重。心墙盖板与基础开挖面平行，其与两岸山体内灌浆平洞构成灌浆三角区。三角区布置3排帷幕，排距1 m、孔距2 m、向上游倾角5°，与山体内灌浆帷幕通过搭接帷幕连接成封闭的防渗体系。三角区帷幕典型剖面布置见图1。

图1 三角区帷幕典型剖面

1 三角区工程地质条件

坝址区两岸基岩为两河口组中下段(T3lh2、T3lh1)，以变质砂岩夹粉砂质板岩为主，砂板岩比例分布不均，岩体风化较弱，但局部卸荷较强。相对隔水岩体(q<3 Lu)，河床部位垂直埋深160～180 m，正常蓄水位处两岸水平埋深200～250 m。

左岸帷幕灌浆三角区平洞及开挖揭示，高程2 820～2 875 m岩性为T3lh2(2)-②层薄层砂岩及T3lh2(3)层粉砂质板岩，高程2 580～2 820 m岩性为T3lh2(2)-①变质粉砂岩夹粉砂质板岩。边坡发育f4、f12顺层断层，层面裂隙及顺坡裂隙发育。岩体总体位于弱风化弱卸荷带内，岩体质量分级为Ⅳ2类，断层及其影响带为Ⅴ类，岩体透水性以弱透水为主，中等透水性次之，f4、f12断层及其影响带透水性强。

右岸帷幕灌浆三角区平洞及开挖揭示，高程2 760～2 875 m岩性为T3lh2(3)、T3lh2(4)层粉砂质板岩，发育f13顺层断层，层面裂隙及顺坡裂隙发育，岩体位于弱上风化强卸荷带内时，岩体质量分级为Ⅴ类，岩体位于强卸荷带内时，岩体透水性为弱透水-强透水性。高程2 620～2 760 m岩性为T3lh2(2)-②层薄层砂岩及T3lh2(3)层粉砂质板岩，发育f4、f12顺层断层，层面裂隙及顺坡裂隙发育，高程2 580～2 620 m岩性为T3lh2(2)-①变质粉砂岩夹粉砂质板岩，总体位于弱风化弱卸荷带内，岩体质量分级为Ⅳ2类，断层及其影响带为Ⅴ类，岩体透水性以弱透水为主，中等透水性次之，f4、f12断层及其影响带透水性强。

2 三角区帷幕设计方案

2.1 帷幕防渗标准

两河口水电站大坝防渗帷幕灌浆后岩体透水率标准为：q≤1 Lu。根据现场三角区施工情况，在主帷幕上游增设了辅助帷幕，辅助帷幕灌浆后岩体透水率标准为：q≤3 Lu，帷幕质量检查以压水试验为主。

2.2 帷幕布置

根据两河口水电站坝基水文地质条件及坝基帷幕灌浆试验，结合三维渗流计算成果，提出坝基帷幕设计方案。大坝轴线所在平面的大坝基岩地基采用灌浆帷幕形成坝基防渗面，防渗面上以基岩透水率q≤3 Lu作为相对不透水层界限，灌浆帷幕深入相对不透水层5 m。

两岸山体内每隔60 m布置一条灌浆平洞，三角区帷幕布置于心墙盖板之下。三角区帷幕布置为3排，孔距2 m、排距1 m，帷幕底线深入下层灌浆平洞以下8 m。三角区帷幕最大深度为68 m，采用向上游倾斜5°布置。

2.3 灌浆参数

根据试验及现场施工情况确定大坝三角区帷幕灌浆压力，如表1所示。

表1 坝基三角区帷幕灌浆压力设计值

3 基于灌浆施工加强方案

3.1 三角区灌浆特殊情况及原因分析

两河口工程大坝三角区帷幕施工过程中，频繁出现灌浆抬动、劈裂、串浆等现象，且三角区水泥灌浆后一次检查合格率较低，约为25%。针对三角区灌浆特殊情况，经初步研究认为灌浆压力、地质条件、灌浆材料是导致三角区合格率低的主要原因。

首先，三角区灌浆压力低于深孔帷幕与搭接帷幕，是造成浆液不能完全填充岩石裂隙的原因之一。鉴于大坝三角区灌浆盖重薄，若进一步提高三角区的灌浆压力，灌浆抬动、劈裂等现象将进一步加剧，对已灌浆岩体造成二次破坏，其合格率将进一步降低，因此三角区帷幕灌浆压力和压水检查压力不宜提高。

其次，三角区侧向埋深浅且顺坡裂隙、陡缓倾角卸荷裂隙发育。其中，大坝左岸三角区主要有两组优势裂隙，分别为N55°～90°W/SW(NE)∠55°～85°陡倾角裂隙及N40°～75°E/NW(SE)∠65°～85°中陡倾角裂隙，且两组裂隙相互切割；大坝右岸三角区主要有两组优势裂隙，分别为N75°～90°W/SW(NE)∠75°～80°陡倾角裂隙及N0°～30°E/SE∠40°～60°中等倾角裂隙，此外还有贯穿三角区帷幕并顺层发育的f4和f12断层。由于钻孔角度与陡倾裂隙交角较小，浆液扩散范围受其影响较大，且有倾坡外裂隙和顺层断层发育，是造成灌浆难度大的主要地质原因。

最后，灌后检查孔不合格段的透水率普遍在1～3 Lu范围间，说明水泥灌浆对中缓倾角裂隙和较为宽大裂隙填充效果好，水泥灌浆起到了一定的防渗效果。但经现场化学灌浆对比分析可知：以水泥浆液为主的颗粒悬浮液在裂隙充填过程中，受裂隙宽度影响充填效果稍差，以环氧树脂为主的真溶液化学浆液在该类微细裂隙内的渗透性较好，微细裂隙内其整体填充效果也优于水泥浆液。因此，经化学灌浆后，灌后质量检查能达到1 Lu的设计标准。

3.2 三角区灌浆设计加强方案

基于两河口工程重要性及可研阶段审定的防渗控制标准，因三角区帷幕灌浆出现3.1节所述情况，结合施工情况及地质条件分析影响成幕的因素，为构建安全完善的防渗体系，设计对三角区灌浆进行了加强方案研究。主要具体方案如下：

(1)为增加基础防渗的渗径，在三角区主帷幕上游增设两排辅助帷幕，辅助帷幕垂直盖板并向上游倾斜5°，辅助帷幕排距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)为防止抬动和灌浆劈裂对已灌浆岩体产生二次破坏，加深孔口管深度，适当降低三角区帷幕灌浆压力，以不抬动灌浆为原则，动态调整设计压力。

(3)对水泥灌浆超过一检不合格且透水率大于3 Lu部位先用水泥灌浆补灌处理；对水泥灌浆一检不合格且透水率小于3 Lu部位采用化学灌浆补强。

通过以上加强方案，经现场实施后，灌浆效果显著。压水检查合格率达100%，灌后质量检查能达到1 Lu的设计标准。

4 结 语

在分析两河口坝基基本地质条件、坝基防渗标准的基础上，本文提出了大坝三角区帷幕灌浆的设计方案，即主要采用增加帷幕厚度的方式保证基础防渗安全。基于动态设计的理念、对于三角区灌浆异常部位及时调整帷幕设计参数和灌浆工艺，采取增设辅助帷幕、减低灌浆压力、化学灌浆补强等加强措施。两河口水电站三角区渗控设计与工程实践解决了砂板岩相间、裂隙发育的复杂坝基渗控设计难题，供同行参考与借鉴。