巴基斯坦卡洛特水电站大坝帷幕灌浆抬动控制分析

姚飞雄 侯钦礼

摘要：为控制巴基斯坦卡洛特水电站大坝帷幕灌浆过程中发生的频繁抬动，从基岩特性、设计参数和施工工艺等方面分析了缓倾角软岩互层地质特征下帷幕灌浆抬动的影响因素，并有针对性地采取了控制措施。结果表明：地质因素、灌浆压力因素、盖重因素、灌浆方法、观测方案、人为因素是发生帷幕灌浆抬动的影响因素。压水试验表明，幕体施工满足设计要求，基岩裂隙得到有效充填。

关键词：帷幕灌浆;抬动控制;卡洛特水电站;巴基斯坦

中图法分类号：TV543文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.11.011

文章编号：1006 - 0081（2021）11 - 0048 - 04

0引 言

帷幕灌浆是将浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成连续的阻水幕，以减小渗流量和降低渗透压力的灌浆工程[1]。土石坝坝基灌浆一般在心墙基座或趾板上实施，灌浆盖重小，由于帷幕灌浆一般压力较大，灌浆过程中发生抬动，可能造成灌浆注入量大，难以正常结束，或造成上部结构裂缝等，影响岩体灌浆质量及上部结构质量[2]。因此，采取适宜的抬动控制措施及工艺，是土石坝帷幕灌浆的技术难题。国内土石坝，如水布垭、紫坪铺等帷幕灌浆一般采用锚固、限压限流等措施控制抬动[3-4]。缓倾角软岩互层是卡洛特水电站大坝基岩典型的地质特征，加之灌浆盖重小，在该类地层上进行帷幕灌浆，如何控制抬动，避免结构或基岩破坏、保证正常升压灌注尤为重要。本文通过实践总结了该地质特征下帷幕灌浆抬动的影响因素以及抬动控制的一系列措施，可为同类型工程提供借鉴。

1 工程概况

卡洛特水电站是巴基斯坦境内吉拉姆（Jhelum）河规划的5个梯级电站的第4级，工程为单一发电任务的水电枢纽，水库正常蓄水位461.00 m，设计洪水位461.13 m，水库总库容1.88亿m3，正常蓄水位以下库容1.52亿m3，电站装机容量72万kW（720 MW），多年平均年发电量32.06亿kW·h[5]。该工程为Ⅱ等大（2）型工程，枢纽工程主体建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物、引水发电建筑物等组成。大坝为沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶高程469.5 m，最大坝高95.5 m（图1）。沥青混凝土心墙、心墙混凝土基座（趾板）、防渗帷幕一同构成了大坝的防渗体系，防止库水渗漏对坝体造成破坏，为大坝安全运行提供保障。

大坝基岩帷幕在混凝土基座上实施，基座为钢筋混凝土结构，梯形断面，底宽4.0 m、顶宽8.0 m、高2.0 m，基座内不设置廊道。基座一般每8 m设置一道永久横缝，横缝内嵌1 cm厚沥青木板，并设置1.2 mm厚止水铜片。基座錨杆呈梅花形布置，锚杆直径32 mm，长9 m，间距2 m×2 m，深入基岩7.4 m，上部弯折段与钢筋网焊接。

大坝坝基445 m以下布置双排帷幕灌浆孔，孔距2.5 m，排距0.8 m，上游浅排帷幕孔入岩25 m，下游深排帷幕孔入岩超35 m，合格标准为灌后基岩透水率q≤3 Lu;坝基445 m以上及两岸坝肩山体布置单排帷幕灌浆孔，孔距2 m，入岩超25 m，合格标准为灌后基岩透水率q≤5 Lu。

2 帷幕灌浆试验

为验证设计参数的适应性，探索合适的灌浆材料和施工工艺，选择了坝基386 m以下范围开展了帷幕灌浆试验，采用孔口封闭法灌浆。先期试验的34～36号坝段包含19个帷幕灌浆孔，共计135个灌段;施工过程中有11个帷幕灌浆孔的38个灌段发生了抬动，抬动最大值700 μm，最小值10 μm，有7段达到或超过抬动限定值200 μm，抬动率28.14%，超限抬动率5.19%。超限抬动孔段中，有1段复灌时注浆量异常增大，疑为基岩发生劈裂，导致复灌注浆量增加。

3 抬动频发原因

3.1 地质因素

坝址区分布地层为新生界磨拉石建造的陆源碎屑沉积岩地层，基岩地层主要为上第三系中新统纳格利（Nagri）组（N1na）以及多克帕坦（Dhok Pathan）组（N1dh）地层，岩性主要为中砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩等，岩性较为复杂，勘探范围内不同岩性所占大致比例分别为：泥岩、粉砂质泥岩23.8%;泥质粉砂岩、粉砂岩32.3%;中粗砂岩38.0%;细砂岩6.2%。泥岩砂岩呈互层状产出，层间接触面主要为较平直型、波状起伏型，岩层倾角7°～10°，砂岩层中夹有透镜状分布的疏松砂岩，裂隙多为卸荷裂隙，多为陡倾角发育。

大坝基岩岩层倾角较缓，建基面开挖过程中，岩体爆破和卸荷作用使浅层岩体裂隙进一步发育，灌浆浆液容易沿层间裂隙注入或劈裂层间结合面形成新的层间裂隙，当灌浆持续注入，裂隙面持续扩大时，将引起地层抬动。

3.2 灌浆压力因素

试验中帷幕灌浆采用最大压力为1.5～2.0 MPa，大坝基岩岩性较软，当灌浆压力超过坝基岩体的承受极限时，继续升压可能劈裂岩体，引起局部的抬动。

3.3 盖重因素

卡洛特大坝无灌浆施工廊道，帷幕灌浆施工平台为宽4 m、厚2 m的混凝土基座，基本可以视为无盖重灌浆。考虑到基岩特性，无法利用坝体盖重灌浆，进一步增加了抬动频发的可能性。

3.4 灌浆方法

帷幕灌浆试验采用孔口封闭灌浆，深部岩体升压灌注时，浅部岩体也需要承受最大灌浆压力，可能因浅层岩体承压能力不足而抬动。

3.5 观测方案

一般每20～25 m布置1套抬动观测装置，抬动观测装置钻孔入岩20 m，压水和灌浆时采用千分表进行抬动观测。由于大坝心墙基座宽度一般约8 m，如果接触面灌浆压力引起基座抬动，未设抬动观测装置的基座则无法观测到抬动，则难以通过观测孔及时发现并处理。

3.6 人为因素

由于巴方工人对施工工艺理解不足，加之语言沟通不畅，致使施工方案难以落到实处。部分工人在灌浆升压过程中，未能做到逐级升压，短时间快速升至设计压力往往会导致基岩劈裂，浆液大量注入劈裂的裂隙，通过抬动基岩释放能量，导致基岩中原本存在的细小裂隙未能灌注充分。

4 抬動控制措施

针对上述原因分析，有针对性地采取了抬动控制措施，主要包括：

（1）锚固基岩，提升了基岩耐压水平。在固结灌浆孔封孔时孔内加设锚固钢筋，钢筋直径与基岩锚杆一致，锚筋长度与孔深一致，并视工期进展适当加入速凝剂。在部分陡坡坝段，除使用固结灌浆孔兼作锚固孔外，在帷幕上、下游各增加1排深12.0 m，间距2.5 m的锚固孔，进一步锚固趾板和浅层基岩。

（2）增设骑缝抬动观测，提升了抬动观测灵敏度。在抬动观测孔（入岩20 m）的基础上，增设坝段分缝处的抬动观测，每个灌浆孔灌浆过程中，有3处抬动观测点同时监测基岩抬动与趾板抬动，为灌浆压力的精细化操控提供支撑。

（3）调整灌浆压力，降低了破坏性灌浆的概率。先后调整帷幕灌浆最大压力为2.0，1.6，1.2 MPa，在后期施工中，随着坝基高程的上升，帷幕最大工作水头逐步降低，也可考虑将最大灌浆压力继续调低。

（4）调整灌浆方法，加大孔口管入岩深度，防止浅层岩体承受高压;抬动变形较多的部位，灌浆方法由孔口封闭灌浆法调整为“自上而下分段，孔内阻塞”灌浆法，目的是防止浅层岩体承受高压。

（5）设置抬动分级警报，避免发生超限抬动。派有经验的专业人员检查抬动监测孔的有效性，灌浆、压水过程中应全程进行抬动观测，做到“一人一表、全程值守、反馈及时、记录准确”。当抬动达到50 μm时，观测人员发出初步预警，灌浆作业人员减缓升压速度;当抬动达到100 μm时，观测人员发出升级预警，灌浆作业人员观察压力、流量变化，必要时采取降压、限流、加浓、间歇等措施防止抬动扩大。

（6）组织施工队伍进行多次技能培训，特别是对抬动观测仪器架设、数值监测和压力控制等技能进行重点培训，制作工艺明白卡，提升作业人员技能水平，力争做到精细化灌浆。

（7）成立灌浆小组，对灌浆施工进行扁平化管理，小组成员每日召开碰头会，对当天发现的抬动、外漏等具体技术问题进行逐一处理;每周召开周例会，对影响灌浆施工的各方面事项进行决策。

5 抬动控制成果

（1）采取上述抬动控制措施后，继续进行386 m以下区域的帷幕灌浆试验，剩余49个帷幕灌浆孔，共计366个灌段，发生抬动的有50个灌段，其中达到或超过200 μm限值的灌段有2段，抬动率为13.66%，超限抬动率为0.54%，较采取措施前均大幅降低。

（2）灌后质量检查，试验区11个坝段完成检查孔14个，采用单点法压水85段，合格83段，不合格2段。不合格的2段分布在入岩15 m以内，后续对该区域进行了针对性加密补灌，复查合格。具体压水情况见表1。

（3）帷幕灌浆检查孔孔内摄像和取芯可以看到基岩裂隙中充填了致密的水泥结石，见图2～3。从抬动频率、压水检查结果和裂隙充填情况看出，上述抬动控制措施效果明显，大坝基础帷幕灌浆效果较好。

6 结 语

卡洛特水电站大坝基岩特性和坝型特点决定了大坝帷幕灌浆过程中将会频繁发生抬动，帷幕灌浆试验也验证了这一事实。本文从基岩特性、设计参数和施工工艺等方面分析了产生抬动的原因，有针对性地采取控制措施，有效防止了破坏性抬动的发生，降低了抬动频次，为灌浆顺利施工打下了良好的基础。结果表明：压水试验表明幕体施工满足设计要求，基岩裂隙得到有效充填。大坝防渗体系的整体性能将在水库蓄水后进一步验证。

参考文献：

[1] DL/T 5148-2012 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].

[2] 孙钊. 大坝基岩灌浆[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2004.

[3] 廖仁强，程少荣，郭晓刚. 水布垭高面板坝趾板基础灌浆升压试验研究[J]. 人民长江， 2003，34（6）： 15-16，25，62.

[4] 徐庆伟. 紫坪铺水利枢纽工程帷幕灌浆施工[J]. 四川水力发电， 2006，25（1）： 28-32，44，142.

[5] 施华堂，杨启贵，肖碧，等. 卡洛特水电站缓倾软岩坝基灌浆设计及工艺探索[J]. 人民长江，2019，50（12）：142 -147.

（编辑：江 文）

Analysis of uplift control during curtain grouting of Karot Hydropower Station

YAO Feixiong1，HOU Qinli2

（1. China Three Gorges International Corporation， Beijing 101100， China;   2. Changjiang International Engineering Co.， Ltd.， Beijing  100055， China）

Abstract：In order to avoid frequent uplift during curtain grouting of Karot Hydropower Station in Pakistan， we analyzed the influence factors of uplifting during curtain grouting in the light of the geological characteristics of interbedded soft rock with slow dip angle from the aspects of bedrock characteristics， design parameters， construction technologies. Also，some corresponding uplift control measures were taken. The results showed that the uplift during curtain grouting was influenced by geological factors， grouting pressure， cover weight， grouting methods， observation schemes and human factors. The packer test proved that the curtain construction met the design requirements and bedrock cracks were effectively filled.

Key words： curtain grouting; uplift control; Karot Hydropower Station; Pakistan