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(jì)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(shí)例，針對(duì)其壩基下部覆蓋層滲透性較高的地質(zhì)特點(diǎn)，為確保壩基滲透控制達(dá)到良好效果，在原有工程基礎(chǔ)上對(duì)壩基采取防滲處理。在對(duì)其進(jìn)行防滲處理設(shè)計(jì)中，采取了“上墻下幕”的設(shè)計(jì)形式，并詳細(xì)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(yùn)行表明防滲效果顯著，保證了水利樞紐安全運(yùn)行，為類(lèi)似條件下防滲工程設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：防滲墻；灌漿帷幕；設(shè)計(jì)；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(kù)爾干縣，處于新疆塔什庫(kù)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(kù)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(kù)容8.67億m3。該水利樞紐距離塔什庫(kù)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?jī)H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(jì)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(dá)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(chēng)號(hào)，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(dá)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(jì)、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(dá)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(xì)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(qiáng)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(dòng)荷載后，易產(chǎn)生側(cè)向滑動(dòng)、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(duì)地基排水固結(jié)不利，且沉降排水時(shí)間長(zhǎng)，施工周期長(zhǎng)。

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(guò)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(qiáng)度高、低壓縮性、強(qiáng)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(qiáng)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(dá)到良好效果，必須對(duì)壩基采取防滲處理[3-5]。大壩標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖見(jiàn)圖1。

圖1　大壩標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖

3防滲工程設(shè)計(jì)

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(dá)到147.95 m，以冰磧砂礫石層為主，且雜亂無(wú)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(yàn)中按照對(duì)壩基不做處理的運(yùn)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)選取參考類(lèi)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(jì)

(1)防滲墻設(shè)計(jì)

在詳細(xì)比對(duì)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方案后，混凝土防滲墻設(shè)計(jì)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(jí)，滲透系數(shù)為K≤10-8cm/s。

(2)灌漿帷幕設(shè)計(jì)

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(hù)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(mǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，在壩基下部特厚覆蓋層和基巖交匯處有強(qiáng)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(zhǎng)度要留有一定富余，并滿(mǎn)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(zhǎng)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(xì)砂層。采用以沖擊反循環(huán)鉆機(jī)為主，機(jī)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(zhǎng)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(jī)和德國(guó)進(jìn)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(jìn)行施工。固壁泥漿采用膨潤(rùn)土制漿，泥漿凈化采用ZX-200型或FHB-200型泥漿凈化機(jī)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(yán)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(chǎng)灌漿試驗(yàn)成果，河床段上部空孔段0～40 m采用SM-400型根管鉆機(jī)鉆進(jìn)，孔徑Φ146，以下采用XY-42型地質(zhì)鉆機(jī)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(jìn)，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(jìn)；斜坡段和平洞內(nèi)基巖直接采用XY-2地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，孔徑Φ76，自上而下分段鉆進(jìn)。

(2)灌漿：河床段砂礫石層灌漿時(shí)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(gè)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(jìn)行灌注，基巖孔段采用水泥漿進(jìn)行灌注。

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

灌漿時(shí)，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(shí)度，壓力逐級(jí)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(yàn)確定。

(5)灌漿段長(zhǎng)：砂礫石層的灌漿段長(zhǎng)第一段為2 m，以下各段一般以3 m為宜，并根據(jù)鉆進(jìn)時(shí)的具體情況，適當(dāng)縮短或加長(zhǎng)段長(zhǎng)，但最長(zhǎng)不超過(guò)5 m?；鶐r段的灌漿段長(zhǎng)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(zhǎng)段長(zhǎng)，但最長(zhǎng)不超過(guò)10 m。

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

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)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(kù)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(yàn)，觀測(cè)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(jì)允許值，帷幕下游滲壓低于設(shè)計(jì)警戒值并趨于穩(wěn)定。同時(shí)，該水利樞紐經(jīng)過(guò)兩年多的運(yùn)行情況表明，達(dá)到了設(shè)定的防滲設(shè)計(jì)要求，保障了水利樞紐的安全運(yùn)行，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保持貢獻(xiàn)了力量。

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作者簡(jiǎn)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(lèi)號(hào)：TV543+.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2096-0506(2016)04-0054-03