金沙水電站大壩基礎帷幕灌漿設計與施工

肖偉 劉爍楠 李洪斌 蔡漢生

摘要：金沙水電站壩基卸荷裂隙分布范圍廣，發育深度大，且存在F9斷層帶、不整合面等地質缺陷，是產生壩基滲漏的主要通道。為解決繞壩滲漏問題，研究并提出了適于金沙水電站壩基及兩岸防滲帷幕灌漿的設計及施工技術。經壓水試驗檢查及物探聲波測試，帷幕灌漿滿足設計要求，防滲效果良好。

關鍵詞：壩基滲漏; 帷幕灌漿; 壓水試驗; 金沙水電站

中圖法分類號：TV543.5 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.03.008

文章編號：1006 - 0081（2022）03 - 0032 - 05

0 引 言

在巖石地基上筑壩時，為了防止壩基滲漏，多采用灌漿方法建造防滲帷幕，簡稱“灌漿帷幕”。利用這種防滲措施，并與排水相結合，能夠有效減少大壩基巖滲漏、降低揚壓力[1]。

防滲工程設計的合理性和施工質量往往決定了水利水電工程能否正常發揮效益，且防滲工程屬于隱蔽工程，質量控制難度大，一旦蓄水后發生大規模滲漏，將很難處理或代價巨大。因此，防滲工程是水利水電項目的關鍵工程[2-4]。為了保證防滲工程質量，在進行防滲帷幕的大面積施工前，一般均要求開展現場生產性試驗，驗證和優化設計參數，并采取灌前、灌后壓水試驗、物探聲波測試等方法進行質量檢測[5]。

根據以往工程經驗，按照規范要求的防滲帷幕布置原則與方法，對金沙水電站壩基開展了防滲帷幕設計研究及質量檢查。

1 工程概況

金沙水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，正常蓄水位為1 022.00 m。大壩為混凝土重力壩，壩軸線長392.5 m，共分15個壩段，包括溢流壩段、非溢流壩段、河床式電站廠房及安裝場壩段、縱向圍堰壩段、生態泄水孔壩段等;壩頂高程1 027 m，最大壩高66 m。大壩壩基防滲采用垂直帷幕灌漿的方式，防滲帷幕軸線總長611.0 m。

金沙水電站壩基（肩）滲控處理難度較大，河床正長巖中卸荷裂隙分布范圍廣，深處仍存在中至強透水巖體，多段壓水不起壓，防滲深度大，深孔成幕施工難。左壩肩F9斷層性狀較差，透水性較強，灌漿單耗大;局部壩段底部存在風化深槽，灌漿鉆孔易發生塌孔、掉鉆或失水等。

2 壩基工程地質條件

金沙水電站壩址屬中山峽谷地貌，山高坡陡，壩基左岸與河床基巖為華力西期正長巖，全強風化帶裂隙發育，透水性較強;其下弱、微風化帶巖體裂隙較發育，透水性弱，為相對隔水層。左壩肩發育順河向F9斷層，其構造巖膠結較差、透水性較強，有沿此斷層破碎帶產生滲漏的可能。河床以下正長巖巖體因卸荷造成的裂隙相對發育且有微張，導致較深處仍存在中至強透水巖體。

右岸壩肩基巖為丙南組[T53b]～[T73b]段，[T73b]段巖性為粉砂巖、細砂巖，裂隙不甚發育，巖體透水性較弱;[T53b]～[T63b]段巖性為細砂巖、中粒巖屑砂巖夾粉砂巖、粗礫巖，裂隙較發育，多沿裂隙有溶隙現象，透水性較強。[T53b]和[T63b]段巖體鉆孔壓水試驗有全孔不起壓的現象，巖體透水性較強。右岸壩基下尚有部分丙南組地層及不整合界線分布，不整合面上多有泥鈣質粗砂巖分布，局部透水性較強，有沿不整合面產生壩基滲漏的可能。

3 防滲帷幕設計

3.1 防滲標準

根據NB/T 35026-2014《混凝土重力壩設計規范》，帷幕防滲設計標準為：河床壩段、兩岸延伸部分灌后基巖透水率按q≤3 Lu控制。

3.2 防滲線路布置

防滲帷幕沿基礎廓道布置，出壩端后向左岸山體延伸62.5 m，向右岸山體延伸148.0 m;工程防滲帷幕軸線總長611.0 m。

3.3 防滲帷幕底線

選取帷幕最深處剖面，采用有限元方法計算滲流場。建立寬度為2 m的準三維模型，有限元網格節點數9 904個，單元7 590個。分別選擇帷幕底線高程871， 881， 891 m和911 m處進行防滲效果分析，最終確定防滲帷幕底線。

3.3.1 計算參數

上游水位采用正常蓄水位1 022.00 m，下游采用最低水位995.35 m。高程876 m以下地層滲透性概化為5 Lu，高程876～886 m之間地層滲透性概化為10 Lu，高程886 m以上至壩基間滲透性概化為20 Lu。

3.3.2 計算成果

準三維有限元滲流計算得到帷幕底線高程為871 m的巖體內滲流場等勢線見圖1，底線高程為881， 891 m和911 m的巖體內滲流場分布規律基本相似。

計算結果表明：帷幕底端附近，滲流場水頭分布相對密集，壩基帷幕防滲效果比較顯著。帷幕底線高程從871 m抬高至881， 891 m和911 m時，計算模型2 m寬度范圍的滲流量從0.55 m3/h逐漸增加到0.83 m3/h，因此帷幕深淺對滲漏量的影響明顯。為保證滲控體系的長期有效性及大壩的安全，防滲帷幕最深處底線高程確定為871 m。

3.3.3 帷幕底線設計

結合滲流計算成果，帷幕底線按深入3 Lu線以下5 m、且不小于0.4倍水頭控制，斷層及其影響帶、局部透水性較強部位適當加深。各部位防滲帷幕設計底線高程如下：第1排帷幕底線在廠房壩段最深處為高程871 m，向左岸以34.6°的斜線形式升至高程924 m;由高程924 m水平延伸至廠房安裝場2號壩段后，升至高程1 012 m處左岸帷幕端點;向右以33.7°的斜線形式抬升至縱向圍堰壩段右側高程940 m。然后按高程940 m延伸至帷幕右岸端點。

安裝場壩段、廠房壩段、河床溢流壩段縱向圍堰壩段、右岸溢流壩段第2排帷幕在河床部位深度為第1排帷幕深度的2/3;生態泄水孔壩段以右兩排帷幕等深，底線為高程940 m。帷幕底線布置如圖2所示。

3.4 帷幕孔布置

左岸非溢流壩段及左岸壩肩山體采用單排布孔，孔距2 m，均為豎直孔，最大孔深67 m。安裝場壩段、廠房壩段、河床溢流壩段、縱向圍堰壩段、右岸溢流壩段、右岸非壩段及上體段采用雙排布孔，孔距2.5 m，排距0.4 m。安裝場左岸端部有7孔為斜孔，其它段均為豎直孔，最大孔深90 m。

4 帷幕灌漿施工

（1） 現場灌漿試驗。為確定適合本工程的灌漿參數及施工工藝，制定灌漿施工難題的處理預案，選擇5號壩段開展帷幕灌漿生產性試驗。試驗區長40.2 m，寬3.0 m，灌漿孔間距2.5 m，排距0.4 m，分三序施工。經試驗，最終確定了帷幕灌漿孔的布置方式、灌漿分段、灌漿壓力、漿液配比等試驗參數及灌漿工藝。

（2） 施工方式。河床壩段帷幕均在基礎灌漿廊道內施工;左岸非溢流壩段、右岸非溢流壩段帷幕在壩頂施工;左、右壩肩帷幕在壩肩公路上施工;左、右岸山體段帷幕在灌漿平洞內施工。各部位帷幕灌漿孔均分三序施工，先下游排、后上游排。

（3） 鉆孔孔斜控制。帷幕灌漿鉆孔最大孔深達90 m，需采取可靠的孔斜控制措施，重點控制鉆孔前20 m以內的偏差。如發現鉆孔偏斜超過規定時，應及時糾偏;糾偏無效時，重新鉆孔?？仔笨刂拼胧┲饕▏栏窨刂崎_孔角度，確保鉆機平穩、不偏移，盡量使用長鉆具，第2段變徑時增加導向管，動態控制鉆進壓力、轉速、沖洗液排量等，鉆進深部時減壓或負壓鉆進。

（4） 灌漿方法。灌漿孔的第一段采用常規“阻塞灌漿法”進行灌漿，在建基面處用止漿塞阻塞。第二段及以下各段采用“小口徑鉆孔、孔口封閉、自上而下分段、孔內循環法”灌注。帷幕灌漿孔孔口管段為Φ91 mm，以下各段鉆孔為Φ56 mm;先導孔的孔口管段為Φ110 mm，以下各段為Φ76 mm。

（5） 漿液和變換。帷幕灌漿采用普通水泥漿材灌注，水灰比（重量比）采用3.0∶1.0，2.0∶1.0，1.0∶1.0， 0.7∶1.0， 0.5∶1.0五個比級，開灌水灰比一般采用3.0∶1.0。

（6） 灌漿壓力。帷幕灌漿最大灌漿壓力為3.0 MPa（第4段及以下），各灌段灌漿壓力詳見表1，表中灌漿壓力指安裝在孔口回漿管上壓力表所示的壓力值。

（7） 灌漿結束標準。灌漿段在最大設計壓力下，注入率≤1 L/min后，繼續灌注30 min即可結束灌漿。

（8） 灌漿孔封孔。帷幕灌漿封孔采用“全孔灌漿封孔法”。封孔灌漿壓力采用該灌漿孔的最大灌漿壓力。使用新鮮的普通水泥漿液封孔，水灰比0.5∶1.0。

帷幕灌漿累計基巖長度33 386.51 m，平均單位耗灰量為323.57 kg/m，其中Ⅰ，Ⅱ， Ⅲ序孔單位耗灰量分別為596.1， 357.6 kg/m和144.2 kg/m，Ⅲ序孔單位耗灰量相對較小。各單元單位耗灰量和灌前平均透水率總體逐序遞減，符合灌漿一般規律。

5 風化深槽帷幕灌漿處理

風化深槽部位帷幕灌漿鉆孔時，發生了塌孔、掉鉆和失水等問題。經研究及現場生產性試驗驗證，采用濃漿開灌、低壓、限流、間歇灌漿、待凝、復灌、縮短段長等措施，可解決風化深槽帷幕灌漿問題。

根據灌前壓水試驗鉆孔掉鉆和失水嚴重程度，及灌前壓水注入率大小，采用不同開灌水灰比，具體如表2所示，并在灌漿過程中根據具體情況采用延續灌漿或變換漿液濃度方法灌注。

6 帷幕灌漿效果分析

對于混凝土重力壩，防滲帷幕灌漿效果合格的主要檢查標準為：① 幕體的防滲性及透水率達到規定要求;② 幕后揚壓力觀測值達到規定要求;③ 如兩個條件均滿足要求時，則認為灌漿帷幕質量合格。滲透性能檢查主要以孔壓水試驗為主。水庫蓄水后，根據壩址區及兩岸布設的觀測孔水位及滲壓監測成果，推算幕后揚壓力是否達到設計要求，也可作為判斷防滲帷幕灌漿質量的依據。近年來由于物探技術的高速發展，在大壩基巖灌漿質量檢查中被廣泛應用，取得了有益的成果且具備了成熟的經驗[1]。因此，金沙水電站帷幕灌漿質量檢查主要以孔壓水試驗為主，結合物探測試等進行綜合評定。

（1） 檢查孔布置。壓水質量檢查孔數不少于灌漿總孔數的10%，與相鄰灌漿孔等深。質量檢查孔壓水試驗采用單點法，自上而下分段阻塞進行。壓水試驗段長一般第1段為2 m，第2段為3 m，以下其余各段為5 m。

（2） 檢查合格標準。質量檢查合格標準為透水率q≤3 Lu。其中第1段（接觸段）及其下一段的合格率為100%，以下各段合格率為90%以上。不合格孔段透水率q≤4.5 Lu，且不集中。對比灌前、灌后物探測試，按灌后基巖波速值提高率≥3%控制。

（3） 檢查結果。壓水檢查成果如表3所示，物探聲波測試成果如表4所示。

（4） 灌漿效果分析。由表3的帷幕灌漿灌后壓水檢查成果可知，除11號壩段出現不合格孔段外，其他各壩段單元壓水檢查透水率均滿足小于3 Lu的設計要求;11號壩段為帷幕灌漿生產性試驗部位，最大透水率小于4.5 Lu，且不集中，合格率90%以上，因此評定11壩段帷幕灌漿合格。由表4的壩基帷幕聲波檢測成果可知，帷幕單孔聲波、跨孔聲波灌后提高率均大于3%。

截至2021年9月，大壩基礎廊道帷幕后各測壓管實測滲壓水頭為6.48～38.18 m;3，6， 8， 9號壩段帷幕后滲壓計測得滲壓水頭為10.81～49.18 m。經計算，壩基揚壓力折減系數均大于0.35。大壩基礎部位的總滲漏量為3.639 L/s，小于抽排設計流量的23.600 L/s。

壓水檢查及物探測試成果表明，帷幕灌漿均滿足設計及規范要求。根據監測成果可知，壩基帷幕整體防滲效果較好，滿足滲控設計要求。

7 結 語

（1） 金沙水電站帷幕灌漿Ⅰ， Ⅱ， Ⅲ序孔單位耗灰量、灌前透水率總體逐序遞減，符合灌漿一般規律。壓水透水率及灌漿單位注入量的大小均與地質條件相吻合。

（2） 風化深槽部位采用濃漿開灌、低壓、限流、間歇灌漿、待凝、復灌、縮短段長等措施后，灌漿效果良好。

（3） 經壓水試驗及物探測試，驗證得到帷幕灌漿壓水檢查透水率、聲波檢測結果均滿足設計要求。

（4） 根據滲流監測可知，壩基揚壓力折減系數均達到設計要求，帷幕整體防滲效果較好。

參考文獻：

[1] 孫釗.大壩基巖灌漿[M]. 北京：中國水利水電出版社，2004.

[2] 王漢輝， 鄒德兵， 夏傳星，等. 水利水電工程中防滲帷幕布置原則與方法[J]. 水利與建筑工程學報， 2010， 8（6）：117-120，130.

[3] 袁素梅，左鳳霞，王建勇，等.大興水利樞紐工程大壩基礎防滲帷幕灌漿設計與施工[J]. 水利水電工程設計， 2019，38（3）：36-38， 64.

[4] 李國良，唐存軍.大朝山水電站大壩基礎防滲帷幕灌漿設計與施工[J]. 云南水力發電，2001，17（4）：45-51.

[5] SL 62-2014 水工建筑物水泥灌漿施工技術規范[S].

（編輯：高小雲）

3430501908294