瓜峪水库搭接帷幕灌浆设计

瓜峪水库搭接帷幕灌浆设计姬建闯【摘要】瓜峪水库坝址位于碳酸盐岩峡谷区，两岸山体陡峭.坝肩帷幕灌浆深达81.80m,共分上、中、下三层，各层主帷幕钻孔均垂直向下，有效地解决了倾斜钻孔(以往较多工程采用)时孔位误差偏大的问题.搭接帷幕设计时，对传统搭接方式进行了优化,将灌浆平洞纳入整个防渗体系,使其与主帷幕和搭接帷幕协同起来，共同防渗.此外，对搭接帷幕施工顺序及灌浆压力进行了认真地分析研究，最终拟定了合理的搭接方案，将多层主帷幕可靠连接起来,使其浑然一体，形成了一道强有力的防渗屏障.【期刊名称】《吉林水利》【年(卷)，期】2016(000)010【总页数】4页(P14-16,20)【关键词】瓜峪水库;帷幕灌浆;搭接帷幕【作者】姬建闯【作者单位】山西省水利水电勘测设计研究院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TV441:TV223.4+3近些年来，随着科学技术的发展，筑坝技术水平不断提高，越来越多的高坝逐渐呈现在人们的视野之中。坝体高度的增加迫使两岸及坝基帷幕灌浆的深度越来越大。这样一来，对帷幕灌浆的钻孔就提出了更高标准的要求。钻孔越深，地质条件就会越复杂，钻机客观存在的机械误差也会越来越大，最终很可能导致钻孔实际位置偏离设计位置较多，帷幕底部将变得参差不起，不能起到应有的防渗效果。因此，《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）规定〃当坝肩及两岸帷幕深度较深时，应分层设置灌浆隧洞”。近年来，通过不断地工程实践，帷幕灌浆的搭接技术已经日趋完善。在此基础上，本文针对瓜峪水库的具体情况，进行了帷幕灌浆设计，并对帷幕灌浆的搭接设计做了重点地分析研究，提出了合理的设计方案，有效地解决了搭接处的帷幕削弱问题。瓜峪水库位于山西省河津市境内汾河支流瓜峪河上，水库控制流域面积145km2，坝型为堆石混凝土重力坝，最大坝高68.5m，水库总库容250万m3。大坝坝址位于瓜峪河碳酸盐岩峡谷区，距峡谷区出口约3.62km。坝址区河道呈“S”型，坝址选在云头堡左侧河流顺直地段，云头堡是右岸宏厚山体的一个凸出山梁，左岸为凹岸，两岸山顶高程逐步抬高至850m以上。坝轴线处河谷宽约20m，两岸自然坡度50°一70°为典型的〃峡谷”地貌。轴处出露地层有:寒武系中统张夏组（U2z）灰色中厚-巨厚层状灰岩及白云质灰岩，分布于坝基及坝肩下部；寒武系上统崮山组（U3g）上部灰色中厚-厚层白云质灰岩，下部黄灰色薄板状泥灰岩、夹薄层白云质灰岩，分布于坝肩上部；寒武系上统长山组（U3c）上部中厚层白云岩，下部灰黄色薄板状白云质泥灰岩，分布于坝肩顶部。第四系上更新统洪积（Q2pl）低液限粘土，厚0"5m,分布于右坝肩顶部。坝址岩层产状N25°E/NW匕5°,倾向下游，无断裂构造，地质构造以高倾角长大裂隙密集带及节理裂隙为主。物理地质现象主要是基岩风化、边坡卸荷及岩溶。地下水类型主要为碳酸岩类裂隙岩溶地下水，一般富水性好，地下水主要由两岸向河谷、边山方向径流、排泄。河谷为干谷，仅在陡坎下冲刷坑中常年有积水，平时无流水，雨季有洪水。3.1帷幕灌浆范围工程勘察地质资料表明，坝址处地下水位比坝基低20m左右，为减少坝基渗漏，降低渗透压力，提高坝基抗滑稳定，性，在坝轴线上游2.2m处坝基设置防渗帷幕，帷幕伸入地下水位以下1-2m。帷幕灌浆设计底高程617m，坝基最大灌浆深度为21.5m。为减少左、右岸绕坝渗漏，在大坝左、右坝肩设置防渗帷幕，左坝肩帷幕灌浆范围为大坝0-004.00-大坝0+031.00，右坝肩帷幕灌浆范围为大坝0+055.00-大坝0+095.00，左、右坝肩灌浆顶高程为707.00m，底高程为617.00m，坝肩最大灌浆深度达81.80m。坝肩及坝基帷幕灌浆孔均设一排，孔距2.0m。施工时帷幕灌浆按分序加密的原则分三序进行。3.2帷幕灌浆分层坝肩帷幕灌浆最深处可达81.80m，为了能够有效地保证帷幕灌浆质量，将帷幕灌浆分三层进行，然后再对上下层帷幕搭接部位进行特殊灌浆处理。帷幕灌浆的分层施工通过布设在不同高程处的灌浆隧洞来实现。灌浆隧洞分层的主要依据如下:①坝址处的地形地质条件；②底层廊道布设时，还需兼顾坝体坝基排水要求；③坝下游建筑物运行管理的交通要求；④大坝施工运行期的坝体内部通风要求；⑤《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005)明确指出“隧洞层间高差可取30-60m”。综合分析后，最终确定灌浆隧洞布设如下:高程689.00m为最上层灌浆隧洞；高程668.00m为中间层灌浆隧洞；高程644.00m为底层灌浆隧洞。4.1搭接帷幕布置情况4.1.1搭接帷幕布置的主要区别在以往类似的工程中，常见的帷幕灌浆及其搭接形式:上层主帷幕倾向上游布置，其底部深入下层灌浆平洞底板以下；搭接帷幕布置在灌浆平洞上游侧，多以水平或倾斜状与主帷幕底部相交；下层主帷幕同上层主帷幕布置，其底部深入到再下层灌浆平洞或设计制定高程。具体布置见图1。本次工程设计中有两处搭接。上层主帷幕与中层主帷幕之间的帷幕搭接采用直接式:两层灌浆平洞在大坝顺水流方向不存在前后错列。在高程668.00m灌浆平洞内垂直向上钻设搭接帷幕灌浆孔，深约5m。上层主帷幕底高程为673.00m,距下层灌浆平洞顶为1.15m（预留一定的基岩保护厚度），与垂直向上的搭接帷幕重合4m，用以确保搭接部位严密无间隙。具体布置见图2。中层主帷幕与下层主帷幕之间的帷幕搭接采用错列式:高程644.00m灌浆平洞在坝轴线上游，高程668.00m灌浆平洞在坝轴线下游。在高程644.00m灌浆平洞内向后钻设搭接帷幕灌浆孔，深约5m。中层主帷幕底高程为638.50m，深入高程644.00m灌浆平洞底板以下5.5m，除增加主帷幕与搭接帷幕的搭接长度外，还可以对隧洞边墙起到一定的保护作用。具体布置见图3。通过对比，可以发现本次设计和以往设计的主要区别在于以下两点:①主帷幕是否垂直；②灌浆平洞是否衬砌（是否考虑衬砌的防渗）。4.1.2搭接帷幕布置的合理性分析以往主帷幕多倾向上游主要考虑两个方面原因:①主帷幕尽可能地穿过岩体的主要裂隙和层理；②上层帷幕避开下层灌浆平洞向下延伸一定距离，便于水平搭接。结合瓜峪水库具体地质情况，主帷幕向上游略微倾斜（一般不大于10°）和垂直向下对岩体裂隙的灌浆效果并无太大区别，均能保证灌浆质量。但是，在主帷幕倾斜钻孔的搭接帷幕中经常会出现这种现象:在钻孔偏差允许范围内，主帷幕孔底段向上游偏斜，搭接区域减少，在主帷幕的底部出现帷幕薄弱区，甚至缺陷区［1］。若将倾斜帷幕改成垂直帷幕，将具有以下优势:工程量将大大减小；简化了帷幕的布置，缩小了帷幕的薄弱区范围；增强了帷幕的连续性［2］。此外，由于垂直钻孔不受原始孔斜的影响，钻孔底部的孔位偏差较倾斜钻孔会小很多，使得整个灌浆面更接近于平面，取得更好的防渗效果。以往大多数工程的灌浆平洞只作为帷幕灌浆的施工场地，多是裸岩或者仅进行锚喷支护，局部洞段因为围岩承载力的原因才进行了衬砌，因此它们是不具备防渗性能的。瓜峪水库设计时，将钢筋混凝土全断面衬砌的灌浆平洞纳入整个防渗体系，使其与主帷幕和搭接帷幕协同起来，共同防渗，这在已建类似工程中是很少见的。当上下帷幕采用垂直搭接（如图2）或者下层主帷幕在上层主帷幕上游侧（如图3）时，在灌浆平洞上游侧会出现帷幕空白区，我们并没有在隧洞周边采取环向帷幕灌浆，而是主要依靠隧洞本身混凝土衬砌和周围围岩的回填灌浆和固结灌浆来共同进行防渗抗渗。瓜峪水库坝高约70m，设计帷幕的透水率不大于5Lu，其对应的渗透系数小于1x10-4[3]。灌浆平洞衬砌混凝土的抗渗等级为W6，其对应的渗透系数为0.419x10-8[3]。很显然衬砌混凝土的渗透系数远小于帷幕灌浆的渗透系数，其抗渗性能明显优于帷幕灌浆，完全能够替代对应区段的帷幕灌浆，起到应有的防渗效果。4.2搭接帷幕灌浆压力搭接帷幕灌浆压力过低，浆液扩散效果不佳，对围岩裂隙的封堵起不到应有的作用;灌浆压力过高，隧洞承受灌浆压力过大，对衬砌会产生不利影响，此外，施工中采用过高的灌浆压力必然造成不必要的人工和机具浪费，经济上也不合理。因此，确定合适的灌浆压力是非常有必要的。正常情况下，搭接帷幕灌浆的最大压力为1.0"2.0MPa。本工程中，两处搭接帷幕均处于分层主帷幕的底部，搭接帷幕的灌浆压力还应考虑到与主帷幕灌浆压力的合理衔接问题。主帷幕灌浆压力自上而下是逐渐加大的，在孔顶段，其压力一般为1.0—1.5倍的坝前静水头，到孔底段时达到2一3倍的坝前静水头。瓜峪水库特征水位:校核洪水位706.05m，设计洪水位698.80m，正常蓄水位693.00m。大坝坝基高程为638.50m，帷幕灌浆最深处617.00m。经计算分析，帷幕灌浆孔第一段灌浆压力拟为0.9MPa,其最大灌浆压力值不宜大于2.2MPa。综合考虑围岩地质情况、隧洞衬砌和主帷幕灌浆压力等因素，并参考已建类似工程灌浆压力值，最终拟定搭接帷幕灌浆压力为1.2MPa。4.3搭接帷幕施工顺序新规范《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-2014）指出：“从理论上说，同一部位有多种灌浆时，压力低的应先施工，这样才可达到各种灌浆的目的并保证质量”主帷幕和搭接帷幕都是通过灌注水泥浆液将岩石裂隙封堵，进而起到应有的抗渗作用，两者的不同在于灌注位置和灌浆压力值大小。一般情况下，灌浆平洞附近的裂隙呈V形，越往围岩深处，缝越小，如果先进行主帷幕施工，相当于浆液从裂隙窄端流向宽端，很容易堵塞。此外，主帷幕的灌浆压力都较大，底部离灌浆平洞也较近，灌浆荷载若直接作用于洞周围相对破碎的岩体上，会对平洞衬砌造成很不利的影响。[4]综上所述，瓜峪水库搭接帷幕灌浆安排在隧洞围岩回填灌浆完成后，主帷幕灌浆施工前进行。1） 主帷幕采用垂直向下钻孔的方案，不仅可以满足应有的防渗效果，还可以有效减小帷幕防渗薄弱区、增强帷幕连续性以及减少工程量。2） 把主帷幕、灌浆平洞和搭接帷幕紧密联系在一起，够成一个防渗整体，是切实可行的方案，能够满足工程设计的要求。3） 搭接帷幕灌浆压力值为1.2MPa;搭接帷幕先于主帷幕进行施工。口【相关文献】[1]刘道华，令珍华.大岗山水电站帷幕垂直防渗体系及搭