特高拱壩防滲帷幕幕體厚度及高壓長期壓水試驗研究

安鑫，唐應鵬

（中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都611130）

1 引言

錦屏一級水電站為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程EL1885m，最大壩高305m，水庫總庫容77.6 億m3，巨大的水頭壓力，對防滲灌漿施工提出了更高的要求；壩址區(qū)內(nèi)巖性變化復雜，斷層、軟弱夾層、層間擠壓錯動帶等地質(zhì)缺陷發(fā)育，基礎(chǔ)處理異常艱難。因此，壩基防滲帷幕對錦屏一級水電站305m 高拱壩在水壓力作用下的穩(wěn)定性具有重要作用。

鑒于壩基防滲帷幕對大壩的重要作用，對防滲帷幕進行質(zhì)量檢查顯得尤為重要，除對防滲帷幕進行常規(guī)質(zhì)量檢查外，還應對其進行幕體厚度檢測以及高壓長期壓水試驗以對防滲帷幕作出全面評價。

2 研究目的

2.1 幕體厚度檢測

對帷幕幕體厚度進行檢測以查明灌后不同地質(zhì)條件帷幕幕體的實際厚度，驗證用灌漿方法解決基礎(chǔ)防滲問題的可能性。

2.2 高壓長期壓水試驗檢測

通過對防滲帷幕進行高壓長期壓水試驗，總結(jié)出防滲帷幕在長期壓水情況下透水率的變化情況；驗證防滲帷幕在高水頭壓力持續(xù)作用下的長期有效性；為后期施工各項施工參數(shù)的設(shè)定提供參考依據(jù)。

3 研究方案

3.1 幕體厚度檢測方案

根據(jù)左岸地質(zhì)報告和前期帷幕灌漿過程中的地質(zhì)揭示情況，設(shè)計帷幕灌漿幕體厚度檢測方案，包括檢查孔的布置形式，鉆孔施工工藝及施工參數(shù)等，最終形成整套適用于Ⅲ1 巖體以及斷層、擠壓錯動帶等軟弱結(jié)構(gòu)面的帷幕灌漿幕體厚度檢測方案。

帷幕灌漿幕體厚度質(zhì)量檢查以檢查孔壓水試驗成果為主，結(jié)合鉆孔、取芯資料、鉆孔全景圖像等進行綜合評定分析。

①壓水試驗。根據(jù)壓水試驗成果，提供檢測區(qū)不同孔深防滲帷幕幕體厚度以及剖面示意圖。②巖芯檢查。檢查孔進行巖芯采集，觀察巖芯裂隙中水泥漿液充填、結(jié)石固結(jié)等情況。③鉆孔全景圖像。對幕體厚度檢查孔進行鉆孔全景圖像檢查，觀察灌區(qū)巖體條件以及水泥漿液充填、結(jié)石固結(jié)等情況，并結(jié)合鉆孔取芯情況分析水泥漿液擴散半徑。

3.2 高壓長期壓水試驗方案

在帷幕洞布置帷幕灌漿灌后高壓長期壓水試驗孔，試驗孔施工完成后對試驗孔采用多級壓力進行長期壓水。

4 研究手段和成果

4.1 幕體厚度檢測

4.1.1 檢查孔布置及分段

由于帷幕0～30m 鉆孔段灌漿壓力較低（1.5～5.0MPa），對漿液擴散影響較大，帷幕幕體厚度檢測重點在鉆孔0～30m 左右孔段，檢查孔深度確定為38m。

各幕體厚度測試區(qū)檢查孔均布置在帷幕線上、下游，帷幕線上游布置2 排，下游布置2 排，每排檢查孔間距2m。檢查孔1 與檢查孔2、檢查孔3 與檢查孔4 的孔底間距均為2m，同時檢查孔2 和檢查孔3 孔底距帷幕孔均為2m。每個測試區(qū)檢查孔數(shù)最少布置12 個。

因帷幕灌漿平洞底板布置有孔深6～8m 的固結(jié)灌漿和淺孔搭接灌漿，檢查孔壓水試驗從8m 以下孔深起，壓水試驗段長均為5m，第一段為鉆進至入基巖8m 后起算為5m，第二段為5m，第三段及以下均為5m。

4.1.2 幕體厚度檢測成果

為了查明灌后不同地質(zhì)條件帷幕幕體的實際厚度，分別對左岸1601m、1670m 以及1730m 高程進行了帷幕灌漿幕體厚度檢測。對左岸1601m、1670m 以及1730m 高程的檢查孔進行壓水試驗、鉆孔取芯以及全景圖像檢測，通過對檢測結(jié)果進行分析得出1601m 高程在孔深38m 處幕體厚度為11.25m，漿液擴散半徑達到4.00m；1670m、1730m 高程在孔深38m 處幕體厚度為10.92m，漿液擴散半徑達到4.24m。帷幕厚度檢查各項指標均滿足設(shè)計要求。

4.2 高壓長期壓水試驗

4.2.1 檢查孔布置

高壓長期壓水試驗在左岸1670m 高程選取4 個試驗孔，壓水7 段；左岸1785m 高程選取2 個試驗孔，壓水3 段。

4.2.2 試驗方法

①左岸1670m 高程。每個試驗孔在選取試驗段時應避開孔口（0～10m）段，試驗段長均為5m。壓水壓力使用兩個壓力比級，先將壓力穩(wěn)定在3MPa（1 倍的水頭），連續(xù)壓水24h，再將壓力升到并穩(wěn)定在4MPa（1.33 倍的水頭），連續(xù)壓水360h（15d）后結(jié)束。②左岸1785m 高程。每個試驗孔在選取試驗段時應避開孔口（0～10m）段，試驗段長均為5m。采用三級壓力進行長期壓水，壓力分別為1MPa、2MPa、3MPa，先將壓力穩(wěn)定在1MPa，連續(xù)壓水48h（2d），再將壓力升到并穩(wěn)定在2.0MPa，連續(xù)壓水48h（2d），再將壓力升到并穩(wěn)定在3.0MPa，連續(xù)壓水168h（7d），再將壓力降至并穩(wěn)定在2.0MPa，連續(xù)壓水48h（2d），再將壓力降至并穩(wěn)定在1.0MPa，連續(xù)壓水48h（2d）結(jié)束。

壓水過程中使用自動記錄儀進行壓水試驗的全程記錄，同時用手工記錄作為補充，每隔10min 測記一次，現(xiàn)場記錄與資料整理應及時、準確、真實、齊全、整潔，以便分析指導后序工作的順利進行，并為驗收工作做好準備。

4.3 試驗成果

①在高壓長期壓水作用下，帷幕的防滲能力隨著時間的延續(xù)以及壓力的增大而衰減，透水率隨時間的延續(xù)而增大。②每段的壓水呂榮值均大于1（設(shè)計q≤1），此次高壓長期壓水不合格。

4.4 不合格原因分析

根據(jù)高壓長期壓水成果以及左岸地質(zhì)情況分析可以看出，在微風化和弱風化的大理巖中，大部分巖體完整。以左岸1670m 高程為例，試驗資料表明在最大壓力3MPa 的情況下有新的裂隙產(chǎn)生，原有裂隙一般是閉合的或者被鐵質(zhì)和鈣質(zhì)充填，但也會被擴張；在4MPa 壓力下，局部裂隙規(guī)模部分被擴大或巖體中已膠結(jié)的裂隙被重新破裂及擴張，造成壓水流量大增后并沒有減小，說明吸水量未達到飽和或者是部分已達到飽和并且還有新的裂隙。

5 關(guān)鍵性技術(shù)問題研究

5.1 歷史資料研讀與分析是基礎(chǔ)

歷史資料研讀與分析的重點是掌握地質(zhì)構(gòu)造缺陷部位、防滲帷幕質(zhì)量檢查未達標部位及滲流、滲壓異常部位的具體地質(zhì)條件及灌漿施工情況，分析灌漿施工中對帷幕質(zhì)量的不利因素及影響，以及滲流量、壩基揚壓力異常部位的成因等，據(jù)此確定帷幕檢測的重點及鉆孔檢查的布置，指導現(xiàn)場檢測工作的進行。

5.2 現(xiàn)場鉆孔檢查的布置原則

現(xiàn)場鉆孔檢查具有直觀、準確的特點，根據(jù)歷史資料研讀與分析確定的重點部位進行鉆孔壓水檢查和測試，是帷幕幕體厚度檢測和高壓長期壓水檢測研究的內(nèi)容。本次檢查孔布置原則如下：①已按施工圖完成防滲帷幕的水泥灌漿；②完成灌后檢測工作并滿足設(shè)計要求；③代表Ⅲ1 巖體以及斷層、擠壓錯動帶等軟弱結(jié)構(gòu)面。

5.3 檢查孔參數(shù)

檢查孔的布置形式、施工參數(shù)直接關(guān)系到帷幕幕體厚度檢測和高壓長期壓水檢測成果的準確性及代表性，根據(jù)工程地質(zhì)及特點分析研究出合適的檢查孔的布置形式及施工參數(shù)可以減少鉆孔檢查工程量，并使帷幕質(zhì)量得到全面評價。

5.3.1 幕體厚度檢測

幕體厚度檢查孔孔深及傾角如圖1和表1所示。

圖1 檢查孔典型剖面圖

表1 幕體厚度檢查孔參數(shù)表

5.3.2 高壓長期壓水

1670m 高程帷幕洞共布置3 個高壓長期壓水試驗孔。分別布置于帷幕灌漿洞樁號K0+100.00、K0+300、K0+500，孔深均25m，孔向9 度，每個試驗孔取3 個試驗段，壓水壓力使用兩個壓力比級，先將壓力穩(wěn)定在3MPa（1 倍的水頭），連續(xù)壓水24h，再將壓力升到并穩(wěn)定在4MPa（1.33 倍的水頭），連續(xù)壓水360h（15d）后結(jié)束。

1785m 高程帷幕洞長期壓水共布置壓水孔2 個（Z1785-1和Z1785-2），分別布置于帷幕洞樁號K0+478.5m 和K0+501.5m 處，長期壓水段次合計3 段，其余段次不進行壓水試驗。Z1785-1 號孔頂角為9 度，偏向上游側(cè)，Z1785-2 號孔為鉛垂孔。具體參數(shù)如表2所示。

表2 長期壓水施工參數(shù)表

6 結(jié)語

①對防滲帷幕進行帷幕幕體厚度檢測和高壓長期壓水檢測查明灌后不同地質(zhì)條件帷幕幕體的實際厚度，驗證防滲帷幕在高水頭壓力持續(xù)作用下的長期有效性，對防滲帷幕作出全面評價。②帷幕幕體厚度和高壓長期壓水試驗研究是防滲帷幕質(zhì)量檢測的重要工作，研讀與分析初期工程與防滲帷幕相關(guān)的地質(zhì)、設(shè)計、施工、檢查資料以及監(jiān)測資料，是確定帷幕檢測重點的基礎(chǔ)，也是保證帷幕檢測工作準確進行的關(guān)鍵。③現(xiàn)場鉆孔檢查工作應重點突出，可按照資料分析確定的重點，由難到易，推理論證，動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，以減少鉆孔檢查工程量。