搭接帷幕设计及施工技术问题分析与探讨(水利水电技术2007.06)

1、帷幕搭接设计及施工技术问题分析与探讨姜命强邓文明（中国水利水电第八工程局基础工程分局湖南长沙）摘要 ：帷幕搭接的设计及施工技术没有规范可依，各设计单位之间也有不同的观点，本文通过对近年来国内各主要水电工程中搭接帷幕的设计和施工技术的总结，分析了搭接帷幕设计与施工中关于与主帷幕的施工顺序、施工方法、施工参数、质量检查等主要方面，并提出了自已的见解，目的是抛砖引玉，引起业界对这一问题的重视，也希翼对水电工程建设中对这一问题的处理和规范有一定的借签意义。关键词 ：地基基础工程搭接帷幕分析设计施工顺序1. 前言大坝坝肩帷幕灌浆由于垂直深度和水平范围都延伸至数百米，为了灌浆施工的方便、保证灌浆质量及日后

2、修补，常常在大坝坝肩每隔一定的高差开挖水平灌浆平洞分层灌浆，在各层灌浆平洞之间分别形成帷幕，各层帷幕水平方向上有一定的错开，上下层平洞的幕体之间需要进行搭接，以形成连续的幕体, 故有了“搭接帷幕”一词。帷幕搭接采用两种形式相结合，一种称之为搭接帷幕（或连接帷幕、衔接帷幕） ，一种是上层帷幕深入下层灌浆底板一定深度。国内很多大型水电工程的防渗帷幕都采用了这两种方式进行帷幕搭接，如大朝山水电站、二滩水电站等。国内大坝基岩灌浆技术在经历乌江渡水电站采用孔口封闭法进行高压灌浆以来，发展到今天已经相当成熟，关于灌浆的专著在市场上也很多，水电行业也早已有了较为科学合理的水工建筑物水泥灌浆施工技术规范。然而

3、，纵观各类灌浆专著，关于帷幕搭接的设计和施工技术问题实为难见，现行的规范中对此也只字未提，然而目前水电帷幕灌浆工程中对于搭接帷幕施工的要求相当混乱，让人莫衷一是，却是不争的事实。2. 目前帷幕搭接设计及施工中存在的问题2.1工程招标时对搭接帷幕与主帷幕的施工顺序不明确纵观近年来国内多数大型水电工程的防渗灌浆招标 （包括含防渗工程的大坝标） ，大部分招标文件中对搭接帷幕灌浆与主帷幕灌浆的施工顺序都没有明确的规定（个别设计单位编制的招标文件除外） 。而由于没有规范可循， 国内灌浆界对这一问题似乎也有两种截然不同的看法，投标单位往往也对这一问题无所适从，这给投标文件的编制带来很大困难。2.2搭接帷幕

4、与主帷幕的施工顺序及质量检查的时机不统一这是目前关于搭接帷幕施工存在的主要问题，主要存在两种截然相反的观点。一种认为搭接帷幕应先于上层主帷幕施工（指一定范围内，一般为30m，下同），第二种观点认为主帷幕灌浆应该在搭接帷幕施工完成后进行。在第二种观点中，更有认为应该在上下层主帷幕均施工完成后再施工搭接帷幕的。表1 中列出了近年来国内主要大型水电工程中搭接帷幕与主帷幕的施工顺序。搭接帷幕质量检查的时机问题。有的工程要求在上层主帷幕完工后、检查孔施工前检查，有时要求在主帷幕检查孔施工后检查，而有的工程则要求在主帷幕施工前检查。表 1：主要水电工程搭接帷幕与主帷幕施工顺序及检查时机序号工程名称与主帷幕

5、施工顺序孔深检查孔施工时机1二滩水电站无明确要求5未单独检查2大朝山水电站无明确要求5未单独检查3索风营水电站先上下层主帷幕后搭接5主帷幕检查后检查4构皮滩水电站先上层主帷幕后搭接7.5主帷幕检查孔施工后检查5龙滩水电站先主帷幕后搭接5 10主帷幕检查孔施工后检查6小湾水电站先搭接后上层主帷幕10上层主帷幕施工前检查7彭水水电站先上层主帷幕后搭接7主帷幕检查孔施工后检查8光照水电站先上下主帷幕后搭接59溪落度水电站先搭接后上主帷幕双排 10m，单排 8m10绵屏一级水电站先搭接后上主帷幕1116说明：溪落度水电站资料来源为溪落度水电站大坝施工招标文件，绵屏一级水电站资料来源为绵屏一级水电站左岸

6、基础处理施工招标文件，表2 同。2.3搭接孔数的确定依据没有统一一般认为，搭接孔数应与坝高和岩石条件有关，但也有认为与主帷幕的排数有关的，如构皮滩水电站的搭接帷幕每排孔数设计为与上层主帷幕排数相同，小湾水电站搭接帷幕每排孔数设计为上层主帷幕排数-1 。2.4上层主帷幕进入下层灌浆平洞深度的问题目前的设计一般是上层主帷幕灌浆进入下层灌浆平洞底板5 10m，但也有进入达20m以上的，如小湾水电站设计规定上层主帷幕进入下导灌浆平洞底板以下2540米（主帷幕为顶角8 度的斜孔）。表 2：近年来国内主要水电工程搭接帷幕孔数及上层帷幕进入下层帷幕深度坝高岩性排数进入下层序号工程名称（m）备注深度（ m）1

7、二滩水电站240正长岩452大朝山水电站111玄武岩453索风营水电站121.8灰岩254构皮滩水电站230灰岩同上层主帷幕排数55龙滩水电站216.5砂岩、泥板岩不少于 2 排5106小湾水电站292花岗岩上层主帷幕排数 -125407彭水水电站116.5灰岩、白云岩158光照水电站195灰岩359溪落度水电站278玄武岩55坝高进入下层序号工程名称岩性排数备注（m）深度（ m）10绵屏一级水电站305大理岩、沙板岩4103. 搭接帷幕的主要作用从字面上理解，搭接帷幕就是对上下层帷幕起搭接的作用。实际上，搭接帷幕主要是搭接上层帷幕，而对下层帷幕的搭接作用是有限的。如图一为某工程搭接帷幕布置方

8、式，尽管上层主帷幕已深入下层主帷幕高程一定深度，但由于上下层主帷幕是错开的，而水泥浆液的扩散范围是有限的，而且主帷幕在孔口段及孔底下层灌浆平洞洞周附近的灌浆压力较小，浆液的扩散更加受到了限制，距帷幕线越远，浆液充填效果越差，因而，在平洞底板一定范围内，可能形成一个防渗薄弱区域（见图中上下层幕体搭接部位的空白部分），大坝蓄水后， 上游水有可能通过上层帷幕底部防渗薄弱区域平洞上游侧平洞顶的途径绕渗。因此，需要在平洞上游侧增加一排水平方向的搭接帷幕，以截断这一绕渗途径，同时，也对防渗薄弱区域进行补充灌浆，这就是搭接帷幕的主要作用。4. 对帷幕搭接问题的分析与探讨4.1搭接帷幕与主帷幕的施工顺序对于搭

9、接帷幕与主帷幕的施工顺序，目前不同设计院之间存在的两种观点实际上是截然相反的，与每个工程的具体条件（地质条件、坝高、防渗标准等）没有关系，这完全是对搭接帷幕的理解不同而得出的两个结论形成的两种观点。认为搭接帷幕应该在上层主帷幕施工完成后再施工的观点，是受了“帷幕灌浆应该先下层平洞，后上层平洞”这一传统施工顺序的影响，或是对“搭接”二字的片面理解：如果无可搭接之物，何来搭接？认为搭接帷幕应该在上层主帷幕施工前施工的观点，则是基于对搭接帷幕所处灌浆部位的特点和对灌浆机理的理解。 我们通常对帷幕灌浆效果的理解， 不外乎体现在两个方面，一是一定范围内的岩石裂隙是否完全被浆液充填，二是充填的密实性。因而

10、，在进行帷幕灌浆设计时，也应该围绕这两方面进行。4.1.1 搭接帷幕与主帷幕的施工顺序对灌浆效果的影响下面就搭接帷幕与主帷幕的施工顺序对灌浆效果的影响作简单分析。搭接帷幕灌浆部位的特点是在洞周附近，裂隙相对较多且张开。洞周围岩因开挖爆破及应力释放的影响，裂隙要比原生裂隙要宽，还可能增加爆破裂隙。受围岩挤压的影响，洞周附近的裂隙一般呈“ V“形，即越往岩石深处，缝宽越小。如果首先进行主帷幕灌浆，相当于浆液从裂隙窄端流向裂隙宽端。水泥浆液作为一种典型的宾汉流体，其流变特性决定了它对裂隙的填充是由水泥颗粒在流动的路途中，逐渐沉淀形成的。这种情况的发生，是因为浆液的流动速度随着离钻孔的距离的增加而逐渐

11、减小，经过一段时间，在离开钻孔一定距离处形成了由水泥细颗粒构成的堵塞。在浆液从裂隙窄端流向裂隙宽端时，由于受裂隙窄端这一瓶颈口的影响，进入裂隙宽端的灌液数量受到了限制，使流速更加变缓，增加了灌浆液沉淀的速度，这样造成的后果是裂隙宽端处不能被完全充填，灌浆在宽裂隙内扩散的范围也更加受到了限制。而且在浆液从裂隙窄端流向裂隙宽端时，浆液经过的“瓶颈口”处很容易被堵死，从而完全堵塞了灌浆的流动通道，这一点从平时灌浆过程中浆液通道较小的接头部位容易堵塞的现象中可以很容易证明。这样，在经过了主帷幕灌浆后，下层平洞洞周附近较深处岩石已相对密实，而洞周表层的灌浆效果相对较差，可能存在主帷幕灌浆中未遇到或未能充

12、填好的裂隙，在随后进行的搭接帷幕灌浆中，虽然可以对未充填的裂隙进行补充灌浆，但由于搭接帷幕灌浆一般压力较小，充填的密实性不及高压灌浆，而且从不密实一端向密实一端灌浆，没有形成可靠的封闭区域，灌浆效果可想而知。而如果首先进行搭接帷幕灌浆，则可首先对宽裂隙进行充填，并堵塞主帷幕灌浆时向洞周的渗漏通道，从而形成封闭区域，为主帷幕进行高压灌浆创造条件。高压灌浆还可以对搭接帷幕灌浆中充填的宽裂隙进一步充填，从而提高浆液结石的密实性。4.1.2 搭接帷幕与主帷幕的施工顺序对衬砌混凝土的影响其次，搭接帷幕与主帷幕的施工顺序的不同所带来的影响，还反映在对衬砌混凝土的安全上。在主帷幕灌浆时，如果孔内存在与洞周砌

13、衬混凝土直接相通的裂隙，灌浆压力将通过浆液直接作用于衬砌混凝土， 由于主帷幕距下层平洞洞壁较近 （一般在 5m左右，有的工程甚至只有 2m多），而使衬砌混凝土承受的压力较大而可能产生破坏，这也是有些工程要求在衬砌混凝土表面安装抬动观测装置的原因。而经过搭接帷幕灌浆后，表层裂隙已基本被封堵， 主帷幕高压灌浆时作用于衬砌混凝土的侧压力要通过围岩传递， 可以大大降低，从而确从而确保衬砌混凝土的安全。综合以上分析，搭接帷幕在上层主帷幕施工前完成，有利于洞周松动裂隙的封堵，有利于上层主帷幕在下层灌浆平洞附近孔段的高压力灌浆，从而有利于保证裂隙充填的范围和充填的密实性。还有利于确保衬砌混凝土的安全。由于帷

14、幕灌浆施工前，一般要先对洞周进行固结灌浆，实际上搭接帷幕的要求比固结灌浆要高，因此，在需要进行搭接帷幕灌浆的部位，搭接帷幕灌浆施工可结合围岩固结灌浆进行。4.2搭接帷幕灌浆方法搭接帷幕作为帷幕灌浆中的一种，也作为防渗体系中不可缺少的一部分，虽然有它的特殊性，但其性质为帷幕灌浆，这一点是不容置凝的，它与以提高岩石整体性为主要目的的固结灌浆有着本质的区别。因而，其灌浆方法也应按帷幕灌浆的标准进行，但目前这一点也没有统一，如某工程招标文件规定： “搭接帷幕灌浆方法同固结灌浆” 。规范中尚且规定深孔固结灌浆应该按照帷幕灌浆的标准来进行，而作为帷幕一部分的搭接帷幕反而可按固结灌浆的标准来进行呢？4.3搭

15、接帷幕的效果检查4.3.1 检查时机搭接帷幕与上层主帷幕施工部位有一定的重叠，但由于它起着搭接上下层主帷幕的作用，而上下层帷幕在水平方向上有一定地错开，故搭接帷幕在水平方向上有一定的长度要求，要比主帷幕厚度长（见图） ，因此对其进行单独的质量检查是有必要的，这一点已形成共识。但究竟选择什么时机进行检查合适呢？目前在工程实施中存在三种观点：采用先搭接帷幕后主帷幕施工顺序的有两种搭接帷幕检查孔施工时机，一种在主帷幕施工前即进行检查，一种是待主帷幕检查孔施工完成后再进行检查；采用先主帷幕（含检查孔）后搭接帷幕施工顺序的当然是在搭接帷幕施工完成后进行检查。根据前面所述， 搭接帷幕施工完成后， 主帷幕施

16、工时还可以对搭接帷幕区域进行补强，因而，在主帷幕施工前对搭接帷幕进行检查不能反映幕体形成后搭接区域的灌浆效果。但搭接帷幕检查孔由于钻孔角度一般较大，尤其是仰孔封孔质量不容易保证，如在主帷幕施工前对搭接帷幕进行检查，主帷幕施工在一定程度上可以对局部封孔质量不佳的搭接帷幕检查孔进行补充灌浆，提高封孔质量。综上，搭接帷幕检查孔应在主帷幕施工完成前施工，但对于检查发现质量有缺陷的部位，可在主帷幕施工完成后再次检查。4.3.2 检查标准前面已提到，搭接帷幕的性质为帷幕灌浆，这一点是不容置凝的。而且，它起着直接阻止上游水流绕渗的作用，其幕体直接暴露在上游水位的面前，因而其防渗标准也应按帷幕灌浆的标准进行。

17、某电站规定某一部位的搭接帷幕合格标准为3Lu ，而同一高程主帷幕的合格标准为1Lu，既然同是防渗帷幕，为什么要在同一部位设不同的标准呢？会不会留下薄弱带？4.4搭接帷幕施工参数的确定4.4.1 孔深从图一可以看出，上层主帷幕在下层平洞附近离平洞距离较近（一般35m），下游排（先灌排） 灌浆时， 为了不对平洞衬砌混凝土及洞周围岩产生破坏，在平洞附近的孔段（一般为3 段）要采用较小的灌浆压力，而上游排由于离洞周相对较远，且下游排已进行灌浆，故可以采用相对较高的灌浆压力，故主帷幕上游侧的幕体质量能够得到保证，搭接帷幕发挥效应的部位主要是在上层主帷幕的下游侧，而不必画蛇添足对其上游侧进行所谓的补充灌浆

18、，故其孔深只需达到主帷幕上游排孔位处即可。4.4.2 钻孔排数及孔位目前在大多数工程中，搭接帷幕孔数设计为34 排，同一竖直面的孔呈扇形分布。从图一中可以看出，主帷幕的排数决定了帷幕水平方向的厚度，而搭接帷幕的排数决定了帷幕在竖直方向上的厚度，既然搭接帷幕是作为帷幕的一部分，且主要与上层主帷幕搭接而边为一体，因此，其厚度应与上层主帷幕厚度一致，但由于它还有对上下层主帷幕之间的搭接薄弱部位起补充灌浆的作用，因而不宜少于两排，尤其俯孔是必不可少的。排与排之间的孔位亦可参照主帷幕孔的布置方式，即采用梅花形布置，排距应保证不小于上层主帷幕的排距。但同时钻孔的角度也不应相差太大，一来应确保搭接帷幕幕体内部的密实，二来也没有必要建立比主帷幕更厚的幕体。4.5上层帷幕进入下层帷幕的深度根据对搭接帷幕主要作用的分析，搭接帷幕的主要作用是在平洞上游侧建立一道水平方向的帷幕及在平洞底板以下一定范围内对上下层幕体的交接部位进行补充灌浆，上下层幕体能否较好的连续，主要取决于搭接帷幕是否成功地建立，上层帷幕进入下层帷幕的深度主要取决于对幕体的厚度要求，而幕体厚度与灌浆压力密切相关。一般的，在孔深 10m