劉興華，白朝偉，喬 白

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710065)

1 工程概況

丹江是漢江的一級(jí)支流，蓮花臺(tái)水電站為丹江干流在陜西省商南縣境內(nèi)的第二個(gè)梯級(jí)水電站。工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主。水庫(kù)總庫(kù)容為9 985萬(wàn) m3，電站裝機(jī)容量40 MW。本工程等別為中型Ⅲ等工程。樞紐建筑物由碾壓混凝土重力壩、泄洪壩段、泄洪排沙孔、右岸壩后廠房組成。壩頂高程297.20 m，最大壩高70.20 m。

壩體上游側(cè)設(shè)置234 m、262 m、297.2 m高程三層帷幕灌漿廊道(兼交通排水廊道)。灌漿平洞為城門型斷面，廊道斷面為3.0 m×3.5 m；262.00 m高程廊道左端灌漿平洞長(zhǎng)17.3 m，右端灌漿平洞長(zhǎng)63.5 m；297.20 m高程廊道左壩肩灌漿平洞長(zhǎng)為35 m，右壩頂灌漿平洞長(zhǎng)為80 m。

2 地質(zhì)條件

工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造單元屬華北準(zhǔn)地臺(tái)秦嶺元臺(tái)隆褶帶南側(cè)元古拱褶束，庫(kù)區(qū)屬禮縣—柞水華里西褶皺帶，壩址區(qū)屬白水江—白河褶皺帶。庫(kù)區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列走向NWW—EW向的區(qū)域性斷裂。壩址河床中部發(fā)育次級(jí)區(qū)域斷裂F31，破碎帶寬5～6 m，破碎帶由灰黑色糜棱巖、碎裂巖組成，帶內(nèi)強(qiáng)風(fēng)化，中等透水性，透水率q=30～70 Lu。上盤影響帶寬10～15 m，下盤6～8 m，受斷裂影響，兩側(cè)巖體完整性差或較差。河床基巖透水性差異較大：強(qiáng)風(fēng)化、卸荷帶、斷層破碎帶及影響帶以中等透水為主(q=10～100 Lu)，微風(fēng)化片巖和弱～微風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r以弱透水為主(溶洞除外)。透水率q<3 Lu的巖體頂板一般埋深60～70 m，但斷層F31破碎帶及影響帶q<3 Lu的巖體頂板埋深大于100 m。斷層F31兩側(cè)及右半部巖溶較發(fā)育，以溶隙、溶孔和少量溶洞為主，在高程189～221 m間，巖溶較發(fā)育，洞高1.7～7.8 m，最大10.6 m，多數(shù)充填褐紅色粘土夾碎石，較密實(shí)，透水率10.2～61.5 Lu，為中等透水性。

左岸及F31斷層上盤巖性(Zayl-Is)為鈉長(zhǎng)石綠泥石正片巖，片巖巖層走向?yàn)镹E15°～30°，傾向SE(傾向左岸偏下游)，傾角35°～70°，表層傾角較緩。左岸發(fā)育三條層間斷層F1～F3，其中F1、F3寬10～40 cm，F(xiàn)2寬2～3 cm，破碎帶以碎裂巖為主，上下盤面連續(xù)分布2～3 mm厚的灰黑色斷層泥，斷層附近層面及裂隙面普遍滲水，且夾泥膜。左岸壩基以鈉長(zhǎng)石綠泥石正片巖為主，巖體強(qiáng)～弱風(fēng)化，層間斷層較發(fā)育。左岸壩肩巖體以弱透水(q=1～10 Lu)為主，透水率q<3 Lu的巖體頂板埋深為55～60 m。由于層間斷層較發(fā)育，巖體較破碎，透水性中等(q=10～100 Lu)。

右岸及F31斷層下盤巖性(Zbdn)為白云質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r走向NW345°～NE10°，傾向NE或SE(總體傾向左岸偏下游)，傾角60°～65°?？傮w，地形上陡下緩。地下水埋深34～52 m，為裂隙性潛水，水力坡降為13%～16%。局部在溶隙和溶孔有少量巖溶水滲出。右岸邊坡發(fā)育2條層間斷層(F4、F5)和三條層間擠壓帶(J1～J3)。斷層破碎帶寬8～20 cm，破碎帶由碎裂巖夾斷層泥組成，走向NW345°～350°NE∠70°～80°。

圖1 帷幕軸線水文地質(zhì)剖面圖

3 壩基帷幕設(shè)計(jì)

3.1 防滲帷幕設(shè)計(jì)要求

減小壩基和繞壩滲漏；防止在壩基軟弱結(jié)構(gòu)面、斷層破碎帶、巖體裂隙充填物以及抗?jié)B性能差的巖層中產(chǎn)生滲透破壞；防止慘漏水流對(duì)壩基及兩岸邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響；在帷幕和壩基排水的共同作用下，使壩基揚(yáng)壓力和壩基滲漏量控制至允許值以內(nèi)；具有連續(xù)性和足夠的耐久性[1]。

3.2 防滲帷幕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL319-2018)規(guī)定要求[1]：

(1)壩基下存在可靠的相對(duì)隔水層，且埋深較淺的，防慘帷幕應(yīng)伸入到該巖層內(nèi)3～5 m，形成封閉式帷幕。壩高在50～100 m之間，透水率q為3～5 Lu。

(2)壩基下相對(duì)隔水層埋藏較深或分布無(wú)規(guī)律的，可設(shè)置懸掛式帷幕。帷幕深度應(yīng)符合3.1條的規(guī)定，并參照滲流計(jì)算，考慮工程地質(zhì)條件和壩基揚(yáng)壓力等因素，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)研究確定，非巖溶地區(qū)可在0.3～0.7倍水頭范圍內(nèi)選擇。

(3)巖溶地區(qū)灌漿帷幕深度應(yīng)根據(jù)相對(duì)隔水層的埋深、壩高、壩基及兩岸允許的滲漏量及幕后揚(yáng)壓力等因素在保證大壩安全的前提下，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定。

根據(jù)壩區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和灌漿試驗(yàn)資料，結(jié)合水庫(kù)功能和壩高,綜合考慮防滲和排水的相互作用，進(jìn)行帷幕灌漿孔和排水孔的布設(shè)。

本工程壩基下相對(duì)隔水層埋藏較深、分布無(wú)規(guī)律。壩址河床中部斷層F31順河展布，兩側(cè)巖溶較發(fā)育，透水中等。經(jīng)綜合分析采用懸掛式帷幕。帷幕深度按1.5倍壩高控制。防滲帷幕的軸線方向和延伸長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)：左岸壩頂廊道深度及帷幕軸線延伸長(zhǎng)度按正常蓄水位與地下水位相交處控制；右岸壩頂廊道深度及帷幕軸線延伸長(zhǎng)度按一倍壩高進(jìn)行控制。

3.3 防滲帷幕及排水孔布置

壩基灌漿帷幕中心線距壩上游面6.50 m，鉆孔傾向上游2°～3°，沿帷幕灌漿廊道布置。防滲帷幕采用主副兩排布置，排距0.8 m，孔距2.0 m。在斷層部位局部加強(qiáng)設(shè)置3排。最大孔深(深入基巖)約100.00 m。

排水孔布設(shè)在帷幕中心線下游側(cè)1.5 m處，鉆孔傾向下游5°，沿帷幕灌漿廊道布置。排水孔布置一排，孔距3.0 m，孔深為帷幕深度的0.4倍。在F31斷層范圍內(nèi)孔內(nèi)設(shè)反濾層。滲水經(jīng)排水孔排入廊道，再通過(guò)廊道匯集到壩內(nèi)滲漏集水井排至下游。

圖2 壩基防滲帷幕布置圖

3.4 灌漿方法及次序

灌漿方法：主、副帷幕灌漿采用孔口封閉、自上而下分段灌漿；搭接帷幕采用自上而下(自孔口至孔底)分段卡塞灌漿法[2]。

灌漿次序：帷幕灌漿孔應(yīng)先施工下游排，后施工上游排，各排孔分三個(gè)灌漿次序逐漸加密的原則施工。搭接帷幕按環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密的原則進(jìn)行，環(huán)間分三個(gè)次序、環(huán)內(nèi)分兩個(gè)次序施工[2]。

3.5 漿段長(zhǎng)及壓力

主、副帷幕水泥灌漿分段長(zhǎng)度及壓力見表1。

3.6 灌注材料及水灰比

(1)3.5.1 非巖溶區(qū)：采用普通水泥漿液或水泥砂漿

(2)巖溶區(qū)：當(dāng)灌前壓水試驗(yàn)透水率大于200 Lu時(shí)，灌注可控自密實(shí)水泥漿液或自密實(shí)砂漿，必要時(shí)也可灌注自密實(shí)細(xì)石混凝土(最大骨料粒徑小于10 mm)。

表1 主、副帷幕灌漿灌漿壓力表

3.7 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計(jì)規(guī)定的最大灌漿壓力下，必須同時(shí)滿足：

(1)在最大設(shè)計(jì)壓力下持續(xù)灌注歷時(shí)不小于60 min；

(2)在設(shè)計(jì)最大壓力下，當(dāng)注入率小于1.0 L/min后，再繼續(xù)灌注60 min結(jié)束。

3.8 質(zhì)量檢查評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

帷幕合格標(biāo)準(zhǔn)為：檢查孔透水率小于5 Lu。

經(jīng)檢查孔壓水試驗(yàn)檢查，壩體混凝土與巖石接觸段的透水率的合格率為100%；其余孔段的合格率不小于90%，不合格試段的透水率不超過(guò)7.5 Lu，且分布不集中，灌漿質(zhì)量可評(píng)為合格。

4 施工過(guò)程及效果評(píng)價(jià)

帷幕灌漿施工過(guò)程中基本按設(shè)計(jì)要求施工。在對(duì)巖溶區(qū)灌漿吃漿量相對(duì)較大的壩段，現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合實(shí)際情況等，未采用自密實(shí)水泥砂漿或自密實(shí)砂漿，采取了常規(guī)的水泥砂漿(水泥)加速凝劑及灌漿過(guò)程工藝控制等措施減少灌漿吃漿量，也取得了較好的成效。

本工程常規(guī)帷幕灌漿分21個(gè)單元工程。根據(jù)灌漿量數(shù)據(jù)成果分析，最大單位耗灰量1 278 kg/m，平均單位耗灰量202.2 kg/m[3]。帷幕灌漿灌后壓水試驗(yàn)檢查透水率均小于5 Lu。帷幕灌漿灌后檢查孔壓水試驗(yàn)檢查結(jié)果全部滿足設(shè)計(jì)要求，灌漿質(zhì)量合格。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)蓮花臺(tái)水電站工程巖溶較發(fā)育的實(shí)際情況，對(duì)壩基以下巖溶結(jié)合帷幕灌漿過(guò)程同步處理。該措施大大減小了巖溶滲漏幾率，節(jié)省了施工成本上，是針對(duì)弱巖溶地層防滲處理的有效工程措施，可為其他類似巖溶化地層防滲帷幕設(shè)計(jì)、施工提供借鑒。