孤山航电枢纽工程坝基处理及渗控方案设计

闫福根 傅兴安 蔡汉生 位思佳

摘要：为解决孤山航电枢纽工程坝基基础处理存在地质条件复杂、断层发育、固结灌浆与混凝土浇筑干扰强、地基处理工程量和难度大等问题，针对坝基岩体特性、吕荣线及地下水位分布以及坝高等因素，综合确定该工程坝基固结灌浆及防渗帷幕设计方案。固结灌浆布置于重力坝坝踵区、泄水闸上下游侧，孔排距为2.5 m×2.5 m，孔深为5～6 m。防渗帷幕贯穿兩岸山体、重力坝段及泄水闸坝段，采用单排帷幕，防渗标准为5 Lu，帷幕后设置排水孔，帷幕灌浆孔和排水孔孔距均为2.5 m。坝基灌后检测结果表明：岩体声波和透水率满足规范要求；该方案有效地提高了坝基岩体完整性、减小了坝基变形、降低了基础扬压力、减少了大坝渗漏量，设计方案合理可靠。

关键词：基础处理； 固结灌浆； 帷幕灌浆； 渗控设计； 孤山航电枢纽工程

中图法分类号：TV223

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.06.009

文章编号：1006-0081（2023）06-0048-05

0 引 言

孤山航电枢纽工程挡水建筑物主要有左、右岸重力坝，泄水建筑物主要有左区泄水闸和右区泄水闸，大坝建基面高程为146.8～188.0 m，址区基岩主要为寒武系中统岳家坪组的浅变质岩，岩性主要为片岩类和大理岩类，大理岩类主要出露于江心洲及右岸坝肩岸坡，包括云母大理岩、炭质大理岩等。片岩类主要分布在坝址左岸及江心洲上、下段，包括炭质云母片岩、云母片岩、石英片岩、绿泥片岩等。左岸非溢流坝段有F106断层通过、右岸非溢流坝段与厂房坝段间有F109断层通过，可能出现沿断层分布的渗漏通道，帷幕灌浆约8 600 m，固结灌浆约22 000 m，坝基基础处理存在地质条件复杂、断层发育、固结灌浆与混凝土浇筑干扰强、地基处理工程量和难度大等重难点问题。

本文针对上述重难点问题，首先结合孤山航电枢纽工程石英绢云片岩、绢云大理岩特性，针对F106断层破碎带分布［1］以及岩体RDQ［2-3］对坝基整体性影响，在生产性灌浆试验及充分厘清固结灌浆与混凝土大坝干扰关系的基础上，针对性提出坝基固结灌浆范围、固结灌浆孔孔深、间排距、倾角等固结灌浆参数［4-5］。其次基于石英绢云片岩、绢云大理岩的渗透特征，充分考虑F106等断层破碎带存在的渗透破坏风险以及F103断层可能存在的绕坝渗漏问题，针对性提出坝基防渗轴线范围和走向、帷幕灌浆标准、帷幕灌浆底线等帷幕灌浆防渗参数。

1 基础处理方案设计

1.1 方案总体设计

针对孤山航电枢纽工程坝基岩体石英绢云片岩、绢云大理岩特性，F106断层破碎带分布以及岩体RDQ情况，经分析确定基础处理固结灌浆总体设计方案：固结灌浆布置于左右岸重力坝坝踵区域、左区泄水闸和右区泄水闸帷幕轴线上游侧闸基础、泄水闸下游侧闸基础以及坝基开挖后岩体裂隙集中发育区、断层破碎带及其两侧影响带范围。

固结灌浆［6］一般采用梅花型布孔，孔排距2.5 m×2.5 m。紧邻帷幕前的一排固结灌浆孔兼辅助帷幕，孔深8～10 m，其余固结孔孔深一般为5～6 m。灌浆压力采用0.3～0.5 MPa。固结灌浆孔分两序施工，按照“自上而下分段，孔内循环法”灌注。灌浆材料采用等级不低于42.5级的水泥浆液，浆液水灰比采用2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1（重量比）4个比级，开灌水灰比一般为2∶1。固结灌浆孔基岩段长为5 m或6 m时全孔一段灌桨，基岩段长为10 m时，分两段进行灌注，基岩段长划分为第1段3 m，第2段7 m。

1.2 左右非溢流坝段固结灌浆布置方案

右非溢流坝段布置3排固结灌浆孔，集中在坝踵区域。第1排与第2排排距为2 m，第2排与第3排排距为5.7 m。建基面高程156.50 m和高程176.0 m固结灌浆孔采用有盖重方式施工，其中建基面高程156.50 m固结灌浆在基础廊道内施工，孔距为2.5 m，建基面高程156.50 m固结灌浆孔距为1.25 m，采用斜孔，角度依次为6°，9°和12°。右岸坝顶部位的固结灌浆孔在右非坝段坝体混凝土浇筑至坝顶后实施，采用岩体盖重进行固结灌浆，固结灌浆孔距为2 m，采用斜孔，角度依次为6°，9°和12°。第1排和第3排灌浆孔深为6 m，第2排兼做辅助帷幕，孔深10 m。左非坝段布置基本同右非坝段。右非坝段第2排固结灌浆沿坝轴线方面剖面布置如图1所示。

1.3 厂房坝段固结灌浆布置方案

厂房坝段布置6排固结灌浆孔，分布于坝基上下游侧，其中第1～3排布置于坝基上游侧，第4～6排布置于坝基下游侧，第1排与第2排固结灌浆孔排距为9.2 m，第2排与第3排，第4排与第5排以及第5排与第6排固结灌浆孔排距均为2.5 m，灌浆孔均为垂直孔，采用有盖重施工方式。

因厂房及安装场坝段均布置有结构钢筋，为便于固结灌浆施工，在混凝土浇筑前预埋导向管。紧邻基础灌浆廊道前的一排固结灌浆孔兼作辅助帷幕，孔深入岩10 m，辅助帷幕灌浆孔沿坝轴线方向剖面布置如图2所示。

安装场坝段第5排孔、厂房坝段第6排孔深入岩6 m，其余各排孔深入岩5 m。

1.4 左右泄水坝段固结灌浆布置方案

左右泄水坝段布置5排固结灌浆孔，分布于坝基上下游侧，其中第1～3排布置于坝基上游侧，第4～5排布置于坝基下游侧，第1排与第2排排距为2.0 m，第2排与第3排排距为2.3 m，第4排与第5排排距均为2.5 m，灌浆孔均为垂直孔，采用有盖重施工方式。

因泄水坝段底部钢筋稠密，为便于固结灌浆施工，在混凝土浇筑前预埋导向管。紧邻基础灌浆廊道前的一排固结灌浆孔兼作辅助帷幕，孔深入岩10 m，其余孔深为5 m，生态放水闸坝段布置基本同泄水闸固结灌浆布置。左岸泄水坝段辅助帷幕灌浆孔沿坝轴线方向剖面布置如图3所示。

1.5 船闸坝段固结灌浆布置方案

船闸坝段采用全断面固结灌浆，共计布置31排固结灌浆，固结灌浆排距一般为2.5 m，灌浆孔均为垂直孔，采用有盖重施工方式。

因船闸段坝段底部钢筋稠密，为便于固结灌浆施工，在混凝土浇筑前预埋导向管。紧邻基础灌浆廊道前的一排固结灌浆扎兼作辅助帷幕，孔深入岩10 m；F104断层左右各两个灌浆孔孔深入岩8 m；其余灌浆孔孔深入岩5 m；船闸坝段辅助帷幕灌浆孔沿坝轴线方向剖面布置如图4所示。

2 防渗帷幕方案设计

2.1 方案总体设计

根据孤山航电枢纽工程坝址区的工程地质和水文地质条件以及建筑物对降低基础扬压力、减少坝基渗漏量、减小基岩渗透坡降及防止沿软弱结构面、断层破碎带产生渗透破坏的要求，确定防渗方案为坝基及两岸一定范围设置灌浆帷幕进行垂直防渗，坝基帷幕后设主排水孔。

帷幕灌浆方案。在左、右岸重力坝段及左区泄水闸、右区泄水闸坝段均布置有防渗帷幕，防渗帷幕轴线与坝轴线基本重合。左岸重力坝段以左、右岸重力坝以右的山体段基岩不满足防渗标准，因此帷幕轴线须向两岸延伸，左岸坝肩部位发育有F103断层，帷幕轴线延伸至过断层5 m后可满足防渗要求；右岸端点部位须满足相对隔水层的要求。具体措施如下：自左岸灌浆平洞布置帷幕灌浆，防滲帷幕底线高程从172.05 m经左非坝段及左1～2号泄水闸坝段降低至高程127.80 m，后至船闸坝段、左3～7号泄水闸坝段、生态放水闸坝段、右1～9号泄水闸坝段抬升至高程135.00 m，而后至厂房坝段及安装场坝段降低至高程110 m，最后经右非坝段到右岸灌浆平洞抬升至172.05 m。防渗帷幕布置剖面如图5所示。

2.2 帷幕防渗标准与底线设计

根据SL 319-2018《混凝土重力坝设计规范》的规定，本工程最大坝高为53.25 m，帷幕防渗标准及相对隔水层标准：闸基及两岸均为5 Lu。

根据帷幕防渗标准、结合本工程特点、地质条件及规范要求，各部位的帷幕深度按下列原则控制：① 深入基岩相对隔水层5 m;② 满足帷幕深度h≥1/3H+c，其中H为幕前水深，c取3～5 m;③ 断层破碎带及重大地质缺陷部位可适当加深。

根据此原则，确定主帷幕的深度如下：左、右区泄水闸坝段15～18 m，左右岸重力坝段及两岸延伸段20～50 m。

2.3 帷幕灌浆设计

根据坝址区的工程地质条件和其他工程经验初步确定闸基及两岸布置单排帷幕，因基岩属裂隙性岩体，透水率不大，可灌性较差，为确保成幕，帷幕孔距一般采用2.5 m。

帷幕灌浆施工方法为自上而下分段灌浆法。闸基帷幕孔在基础灌浆廊道内施工，左、右岸重力坝段部分帷幕孔在坝顶施工，两岸帷幕孔在灌浆平洞内施工。基础灌浆廊道及灌浆平洞衬砌后净断面均为3.0 m×3.5 m。

帷幕灌浆材料为普通水泥浆，最大灌浆压力为2.5 MPa。

2.4 灌浆平洞设计

为防止和减少绕坝渗漏，帷幕灌浆轴线须向两岸坝肩延伸一定距离，由于两岸地形较陡，须设置灌浆平洞。根据两岸坝肩的地质条件及相对隔水层深度，左岸灌浆平洞长约40 m，右岸灌浆平洞长约45 m。灌浆平洞纵坡坡比0.5%，坡向洞口，灌浆平洞施工在左、右岸边坡开挖后进行。为保证洞室及两岸边坡稳定，灌浆平洞须采用全断面衬砌，衬砌后洞室净断面3.0 m×3.5 m（宽×高），底部设排水沟，与上坝公路内侧边沟连接。灌浆平洞典型断面如图6所示。

2.5 排水设计

为有效降低坝基扬压力［7-9］，在坝基帷幕后设置排水孔，排水孔设置在基础灌浆廊道内帷幕下游侧，距离帷幕灌浆轴线170 cm，孔距2.5 m，孔深一般13～15 m，顶角15°左右。对穿过软弱结构面、断层破碎带、夹泥裂隙等地质缺陷部位的排水孔，采取孔内保护。孔内保护一般采用MY8型硬质塑料滤水管外包土工布。排水孔孔口均安装孔口装置，采用FDD-91型孔口保护装置。在基础廊道内均设有排水沟，纵向围堰坝段内设有集水井，积水汇至集水井内，集中抽排。排水帷幕布置典型断面如图7所示。

3 结 论

（1） 针对孤山航电枢纽工程坝基岩体石英绢云片岩、绢云大理岩特性，F106断层破碎带分布以及岩体RQD情况，经分析确定基础处理采用固结灌浆方案。固结灌浆布置于左右岸重力坝坝踵区域、左区泄水闸和右区泄水闸帷幕轴线上游侧闸基础、泄水闸下游侧闸基础、以及坝基开挖后岩体裂隙集中发育区、断层破碎带及其两侧影响带范围。固结灌浆一般采用梅花型布孔，孔排距2.5 m×2.5 m。紧邻帷幕前的一排固结灌浆孔兼辅助帷幕孔，孔深8～10 m，其余固结孔孔深一般为5～6 m。灌浆压力采用0.3～0.5 MPa。

（2） 根据孤山航电枢纽工程坝址区的工程地质和水文地质条件以及建筑物对降低基础扬压力、减少坝基渗漏量、减小基岩渗透坡降及防止沿软弱结构面、断层破碎带产生渗透破坏的要求，确定防渗方案为在坝基及两岸一定范围设置灌浆帷幕进行垂直防渗，在坝基帷幕后设主排水孔。帷幕灌浆采用单排，贯穿两岸山体、重力坝段及泄水闸坝段，防渗标准为5 Lu，帷幕后设置排水孔，帷幕灌浆孔和排水孔孔距均为2.5 m。帷幕灌浆孔深左、右区泄水闸坝段15～18 m，左右岸重力坝段及两岸延伸段20～50 m。排水孔孔深一般为13～15 m，顶角15°左右。

（3） 工程实践表明，坝基岩体灌后声波及透水率（检查孔透水率q≤5 Lu）均满足标准，说明本文提出的基础处理及防渗帷幕方案合理可靠，满足工程要求，工程目前已投产发电。

参考文献：

［1］ 李冬梅，任建江，严新军.碾压混凝土重力坝破碎基岩固结灌浆处理研究［J］.水利水电技术，2011，42（3）：66-69.

［2］ 赫修忠，李清江，崔玉國，等.利用RQD对岩体完整质量评价的操作方法［J］.吉林地质，2009，28（1）：87-88.

［3］ 杜时贵，杨树峰，程俊杰，等.岩石质量指标RQD与工程岩体分类［J］.工程地质学报，2000（3）：351-356.

［4］ 吴小毛.大坝坝基固结灌浆施工技术探讨［J］.河南水利与南水北调，2016（10）：56-57.

［5］ 李汴楠，周永兵，李剑锋，等.复杂地质情况固结灌浆施工技术［J］.云南水力发电，2022，38（12）：175-180.

［6］ 杨尚东.武川水库大坝枢纽工程固结灌浆试验分析［J］.内蒙古水利，2019（1）：36-37.

［7］ 刘超.泸定水电站坝基帷幕补强灌浆效果分析及后续工作研究协调会议举行［J］.水力发电，2018（10）：50.

［8］ 袁胜利.水利工程中帷幕灌浆施工技术的有效运用［J］.四川建材，2020（11）：118，135.

［9］ 彭坤.水库除险加固工程大坝帷幕灌浆施工与质量控制分析［J］.湖南水利水电，2020（5）：55-57.

（编辑：李 晗）

Design on dam foundation treatment and seepage control of

Gushan Navigation and Hydropower Project

YAN Fugen，FU 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