下坂地水利樞紐壩基防滲工程設(shè)計與施工探析

阿布都艾尼·阿布都熱依木

(新疆喀什噶爾河流域管理局，新疆 喀什 844000)

下坂地水利樞紐壩基防滲工程設(shè)計與施工探析

阿布都艾尼·阿布都熱依木

(新疆喀什噶爾河流域管理局，新疆 喀什 844000)

摘要：文章以新疆喀什下坂地水利樞紐工程為實例，針對其壩基下部覆蓋層滲透性較高的地質(zhì)特點，為確保壩基滲透控制達到良好效果，在原有工程基礎(chǔ)上對壩基采取防滲處理。在對其進行防滲處理設(shè)計中，采取了“上墻下幕”的設(shè)計形式，并詳細論述了混凝土防滲墻和帷幕灌漿施工措施。水利樞紐后期運行表明防滲效果顯著，保證了水利樞紐安全運行，為類似條件下防滲工程設(shè)計提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：防滲墻；灌漿帷幕；設(shè)計；施工

1工程概況

下坂地水利樞紐工程位于新疆喀什塔什庫爾干縣，處于新疆塔什庫爾干河的下游，是塔里木河流域綜合治理規(guī)劃中唯一的山區(qū)水利樞紐工程。該工程規(guī)模為Ⅱ等大(2)型工程，主要包括瀝青混凝土心墻砂礫石壩、右岸導(dǎo)流泄洪兼放空洞、左岸引水發(fā)電洞、地下發(fā)電廠房等工程。其中，水庫大壩高78.00 m，大壩頂高程2966.00 m，正常蓄水位2960.00 m，死水位2915.00 m，總庫容8.67億m3。該水利樞紐距離塔什庫爾干縣城45 km，呈現(xiàn)出“三高一深”[1-2]的特征：(1)海拔高，下坂地水利樞紐壩址海拔高度總體大于3000 m，氣溫低，缺氧現(xiàn)象明顯，氧含量僅為平原的三分之一。(2)地震烈度高，下坂地水利樞紐位于高地震烈度帶，工程設(shè)計防震烈度為8.5°。(3)邊坡高，下坂地水利樞紐的兩岸邊坡高度達到了600～800 m，邊坡地質(zhì)條件非常復(fù)雜，素有“地質(zhì)博物館”的稱號，并且要處理邊坡為200 m左右，施工非常困難。(4)覆蓋層深，水利樞紐的壩基有厚度達150 m的覆蓋層。由于壩基下方覆蓋層深度較大，地層組成異常復(fù)雜，防滲設(shè)計、施工難度較大。

2工程地質(zhì)情況

下坂地水利樞紐所在地呈現(xiàn)“U”形的河谷，大壩兩岸基巖均裸露在外，少量崩坡積物掩蓋下部。左岸邊坡較小，為54°；右岸邊坡較大，約為70°～90°。按照鉆孔ZK73揭示結(jié)果表明，壩基下部覆蓋層厚度達到147.95 m，覆蓋層共分為三層，分別是沖洪積砂卵礫石層、湖積層、冰磧層。

沖洪積砂卵礫石層：沖洪積砂礫石層厚度變化范圍為3～18 m，河流底部位置厚度較大，兩岸較薄。組成以細粒為主，結(jié)構(gòu)比較松散，并且抗液化性較低。

湖積層：湖積淤泥質(zhì)黏土和軟黏土為典型軟土，其強度低(φ=0.6°～2.4°，c=11.6～14.6 kPa)；壓縮性高(壓縮系數(shù)：avl-2>0.51 MPa-1)；靈敏度高，具觸變特性，地基受振動荷載后，易產(chǎn)生側(cè)向滑動、變形及由基礎(chǔ)兩側(cè)擠出，穩(wěn)定性差；滲透性小(滲透系數(shù)：k=10-6～10-7cm/s)，對地基排水固結(jié)不利，且沉降排水時間長，施工周期長。

冰磧層：為河床谷底的主要組成物，厚度80～140 m。巖性混雜，結(jié)構(gòu)極不均勻。局部有架空現(xiàn)象(鉆探過程漏漿量大)。主要以漂石、塊石、礫石等粗粒徑為主。具有抗剪強度高、低壓縮性、強透水性的工程特性，及以管涌為主的滲透破壞形式。

結(jié)合以上分析，冰磧層、冰水積塊卵礫石層雖然壓縮性小、力學(xué)強度大，作為壩基持力層比較理想，但冰磧層、冰水積塊卵礫石層的滲透性較高，為確保壩基滲透控制達到良好效果，必須對壩基采取防滲處理[3-5]。大壩標準橫斷面示意圖見圖1。

圖1　大壩標準橫斷面示意圖

3防滲工程設(shè)計

3.1防滲方案選擇

水利樞紐河床寬為310 m，壩基覆蓋層厚度達到147.95 m，以冰磧砂礫石層為主，且雜亂無分選，滲透性系數(shù)變化范圍較大，為6～20.36 m/d，允許水力比降為0.1。在三維滲流試驗中按照對壩基不做處理的運算結(jié)果表明，滲漏流量為1.115 m3/s，壩基滲透比降為0.548，而砂卵石的允許滲透比降0.1，所以，必須對壩基采取防滲處理，減小滲漏量，保證壩基穩(wěn)定。壩基滲漏標準選取參考類似工程，并取多年平均流量的1%，即為0.346 m3/s。按照可研期間方案比選結(jié)果，確定防滲方案為85 m深、厚1 m的混凝土防滲墻下接帷幕灌漿的垂直防滲。

3.2防滲方案設(shè)計

(1)防滲墻設(shè)計

在詳細比對經(jīng)濟、技術(shù)方案后，混凝土防滲墻設(shè)計深度為85 m，防滲墻厚度為1 m。水利樞紐左岸193 m墻段墻頂高程為2897 m，右岸

110.76 m墻段墻頂高程為2888 m，墻底高程為2812 m。將灌漿管預(yù)先埋入防滲墻內(nèi)部，預(yù)埋1排灌漿管，管間距為2 m，左岸193 m墻段的預(yù)埋深度85 m，右岸110.76 m墻段預(yù)埋管深度是76 m。墻體混凝土采用C25，彈模為E≤25.5 GPa，W8的抗?jié)B等級，滲透系數(shù)為K≤10-8cm/s。

(2)灌漿帷幕設(shè)計

按照工程水力坡降和承受水頭允許值的要求，在防滲墻的外部布置3排灌漿孔，在下部設(shè)置4排帷幕，將護壁套管布置在上部70 m孔鉆段。帷幕灌漿的排距按照第一、第三為2.5 m，中間排為3.2 m以滿足灌漿廊道的要求，灌漿孔孔距為3.0 m。按照鉆孔和前期帷幕灌漿實驗結(jié)果，在壩基下部特厚覆蓋層和基巖交匯處有強透水帶，為確保此位置處灌漿成功，將3排灌漿孔鉆入基巖內(nèi)部，中排孔、兩邊排孔伸入基巖的深度分別為10 m、5 m。墻幕搭接長度要留有一定富余，并滿足壩基滲流沿著防滲墻下部的繞滲滲徑應(yīng)大于帷幕厚度，將墻幕搭接長度暫定10 m。

4防滲工程施工

4.1混凝土防滲墻施工

根據(jù)壩址河床地形地質(zhì)條件，防滲墻施工分兩期完成，一期施工左岸河灘部分，二期施工右岸主河床部分。左岸河灘基礎(chǔ)主要為冰磧砂礫石層，右岸主河槽段基礎(chǔ)含有軟黏土及細砂層。采用以沖擊反循環(huán)鉆機為主，機械式抓斗為輔的“鉆抓法”，并根據(jù)具體情況局部采用“全抓法”或“上抓下鉆”等方法。接頭施工采用“雙反弧法”和“接頭管法”(槽長以6.0～8.5 m為宜),即深孔段使用“雙反弧法”，孔深小于50 m的采用“接頭管法”，采用CZF-1500型沖擊反循環(huán)鉆機和德國進口的利渤海爾抓斗、寶峨抓斗等性能優(yōu)良的設(shè)備為主進行施工。固壁泥漿采用膨潤土制漿，泥漿凈化采用ZX-200型或FHB-200型泥漿凈化機或其他凈化設(shè)備。

防滲墻內(nèi)預(yù)埋管，采用Φ108鋼管，用特制的支撐架固定，在清孔結(jié)束后，按照規(guī)定的孔距下入槽孔內(nèi)，在澆注混凝土?xí)r嚴格控制混凝土面上升的均衡，防止擠偏鋼管。

4.2帷幕灌漿施工

(1)鉆孔：根據(jù)下坂地工程的地質(zhì)條件及工程布置特性，結(jié)合現(xiàn)場灌漿試驗成果，河床段上部空孔段0～40 m采用SM-400型根管鉆機鉆進，孔徑Φ146，以下采用XY-42型地質(zhì)鉆機鉆孔至孔深70 m，孔徑Φ130，泥漿固壁，然后下入Φ127套管，拔出Φ146的套管，以下部分則采用Φ76孔徑分段鉆進，泥漿固壁。防滲墻下灌漿則在墻體中預(yù)埋管，以下采用Φ76孔徑分段鉆進；斜坡段和平洞內(nèi)基巖直接采用XY-2地質(zhì)鉆機鉆孔，孔徑Φ76，自上而下分段鉆進。

(2)灌漿：河床段砂礫石層灌漿時先灌邊排孔，再灌中間排孔，每一排分三序作業(yè)，逐漸加密。每一個孔采用自上而下分段，孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)法灌漿。斜坡段及平洞內(nèi)的灌漿采用自上而下分段，孔內(nèi)阻塞，孔內(nèi)循環(huán)法灌漿。

(3)灌漿材料：覆蓋層孔段采用水泥黏土漿進行灌注，基巖孔段采用水泥漿進行灌注。

(4)灌漿壓力：根據(jù)下坂地的地層特性，根據(jù)國內(nèi)外工程的經(jīng)驗，結(jié)合現(xiàn)場灌漿試驗的結(jié)果，一般采用1～3 MPa灌注，最大壓力不超過3 MPa。

灌漿時，先用濃漿低壓灌注上下游邊排孔，形成封閉圈，后用高壓稀漿灌中排孔，增加密實度，壓力逐級增加，以防產(chǎn)生串、冒漿及抬裂地基現(xiàn)象。具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)灌漿試驗確定。

(5)灌漿段長：砂礫石層的灌漿段長第一段為2 m，以下各段一般以3 m為宜，并根據(jù)鉆進時的具體情況，適當(dāng)縮短或加長段長，但最長不超過5 m?；鶐r段的灌漿段長第一段為2 m，以下各段一般為5 m，根據(jù)地層情況可適當(dāng)縮短或加長段長，但最長不超過10 m。

(6)主要施工設(shè)備：SM-400型根管鉆機、XY-42型和XY-2型地質(zhì)鉆機、80 t液壓拔管機、BW250/50泥漿泵、3SNS200/10和SGB6-10型灌漿泵、ZJ-800A高速攪拌機、2 m3臥式泥漿攪拌機、JJS-2B型雙層攪拌桶、GJY-Ⅲ型灌漿自動記錄儀等。

5結(jié)語

通過對下坂地水利樞紐工程壩基采取防滲處理，有效的發(fā)揮了防滲作用。工程經(jīng)受住了2012年汛期庫水位猛漲30余米及多次調(diào)水調(diào)沙期間水位驟降30余米的考驗，觀測結(jié)果表明，大壩防滲系統(tǒng)防滲效果顯著，河床覆蓋層滲透坡降小于設(shè)計允許值，帷幕下游滲壓低于設(shè)計警戒值并趨于穩(wěn)定。同時，該水利樞紐經(jīng)過兩年多的運行情況表明，達到了設(shè)定的防滲設(shè)計要求，保障了水利樞紐的安全運行，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保持貢獻了力量。

參考文獻：

[1]劉志紅.淺談塑性混凝土防滲墻在水利水電工程中的應(yīng)用[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2000(3):22-25.

[2]張愛疆.防滲處理施工技術(shù)在水利工程中的具體應(yīng)用[J].科技風(fēng),2010(19):186.

[3]楊文莉.水利工程渠道防滲的意義及防滲技術(shù)措施[J].河南水利與南水北調(diào),2015(4):18-19.

[4]張仕海.水利水電工程建筑中混凝土防滲墻施工技術(shù)的運用[J].建筑與預(yù)算,2015(6):58-60.

[5]董惠.小型水利水電樞紐工程除險加固中土壩防滲工程初探[J].電力學(xué)報,2007(2):240-242.

作者簡介：阿布都艾尼·阿布都熱依木(1972-)，男，維吾爾族，技師，主要從事水利工程管理工作。

中圖分類號：TV543+.8

文獻標志碼：B

文章編號：2096-0506(2016)04-0054-03