阿布都艾尼·阿布都热依木

(新疆喀什噶尔河流域管理局，新疆 喀什 844000)

下坂地水利枢纽坝基防渗工程设计与施工探析

阿布都艾尼·阿布都热依木

(新疆喀什噶尔河流域管理局，新疆 喀什 844000)

摘要：文章以新疆喀什下坂地水利枢纽工程为实例，针对其坝基下部覆盖层渗透性较高的地质特点，为确保坝基渗透控制达到良好效果，在原有工程基础上对坝基采取防渗处理。在对其进行防渗处理设计中，采取了“上墙下幕”的设计形式，并详细论述了混凝土防渗墙和帷幕灌浆施工措施。水利枢纽后期运行表明防渗效果显著，保证了水利枢纽安全运行，为类似条件下防渗工程设计提供了参考依据。

关键词：防渗墙；灌浆帷幕；设计；施工

1工程概况

下坂地水利枢纽工程位于新疆喀什塔什库尔干县，处于新疆塔什库尔干河的下游，是塔里木河流域综合治理规划中唯一的山区水利枢纽工程。该工程规模为Ⅱ等大(2)型工程，主要包括沥青混凝土心墙砂砾石坝、右岸导流泄洪兼放空洞、左岸引水发电洞、地下发电厂房等工程。其中，水库大坝高78.00 m，大坝顶高程2966.00 m，正常蓄水位2960.00 m，死水位2915.00 m，总库容8.67亿m3。该水利枢纽距离塔什库尔干县城45 km，呈现出“三高一深”[1-2]的特征：(1)海拔高，下坂地水利枢纽坝址海拔高度总体大于3000 m，气温低，缺氧现象明显，氧含量仅为平原的三分之一。(2)地震烈度高，下坂地水利枢纽位于高地震烈度带，工程设计防震烈度为8.5°。(3)边坡高，下坂地水利枢纽的两岸边坡高度达到了600～800 m，边坡地质条件非常复杂，素有“地质博物馆”的称号，并且要处理边坡为200 m左右，施工非常困难。(4)覆盖层深，水利枢纽的坝基有厚度达150 m的覆盖层。由于坝基下方覆盖层深度较大，地层组成异常复杂，防渗设计、施工难度较大。

2工程地质情况

下坂地水利枢纽所在地呈现“U”形的河谷，大坝两岸基岩均裸露在外，少量崩坡积物掩盖下部。左岸边坡较小，为54°；右岸边坡较大，约为70°～90°。按照钻孔ZK73揭示结果表明，坝基下部覆盖层厚度达到147.95 m，覆盖层共分为三层，分别是冲洪积砂卵砾石层、湖积层、冰碛层。

冲洪积砂卵砾石层：冲洪积砂砾石层厚度变化范围为3～18 m，河流底部位置厚度较大，两岸较薄。组成以细粒为主，结构比较松散，并且抗液化性较低。

湖积层：湖积淤泥质黏土和软黏土为典型软土，其强度低(φ=0.6°～2.4°，c=11.6～14.6 kPa)；压缩性高(压缩系数：avl-2>0.51 MPa-1)；灵敏度高，具触变特性，地基受振动荷载后，易产生侧向滑动、变形及由基础两侧挤出，稳定性差；渗透性小(渗透系数：k=10-6～10-7cm/s)，对地基排水固结不利，且沉降排水时间长，施工周期长。

冰碛层：为河床谷底的主要组成物，厚度80～140 m。岩性混杂，结构极不均匀。局部有架空现象(钻探过程漏浆量大)。主要以漂石、块石、砾石等粗粒径为主。具有抗剪强度高、低压缩性、强透水性的工程特性，及以管涌为主的渗透破坏形式。

结合以上分析，冰碛层、冰水积块卵砾石层虽然压缩性小、力学强度大，作为坝基持力层比较理想，但冰碛层、冰水积块卵砾石层的渗透性较高，为确保坝基渗透控制达到良好效果，必须对坝基采取防渗处理[3-5]。大坝标准横断面示意图见图1。

图1　大坝标准横断面示意图

3防渗工程设计

3.1防渗方案选择

水利枢纽河床宽为310 m，坝基覆盖层厚度达到147.95 m，以冰碛砂砾石层为主，且杂乱无分选，渗透性系数变化范围较大，为6～20.36 m/d，允许水力比降为0.1。在三维渗流试验中按照对坝基不做处理的运算结果表明，渗漏流量为1.115 m3/s，坝基渗透比降为0.548，而砂卵石的允许渗透比降0.1，所以，必须对坝基采取防渗处理，减小渗漏量，保证坝基稳定。坝基渗漏标准选取参考类似工程，并取多年平均流量的1%，即为0.346 m3/s。按照可研期间方案比选结果，确定防渗方案为85 m深、厚1 m的混凝土防渗墙下接帷幕灌浆的垂直防渗。

3.2防渗方案设计

(1)防渗墙设计

在详细比对经济、技术方案后，混凝土防渗墙设计深度为85 m，防渗墙厚度为1 m。水利枢纽左岸193 m墙段墙顶高程为2897 m，右岸

110.76 m墙段墙顶高程为2888 m，墙底高程为2812 m。将灌浆管预先埋入防渗墙内部，预埋1排灌浆管，管间距为2 m，左岸193 m墙段的预埋深度85 m，右岸110.76 m墙段预埋管深度是76 m。墙体混凝土采用C25，弹模为E≤25.5 GPa，W8的抗渗等级，渗透系数为K≤10-8cm/s。

(2)灌浆帷幕设计

按照工程水力坡降和承受水头允许值的要求，在防渗墙的外部布置3排灌浆孔，在下部设置4排帷幕，将护壁套管布置在上部70 m孔钻段。帷幕灌浆的排距按照第一、第三为2.5 m，中间排为3.2 m以满足灌浆廊道的要求，灌浆孔孔距为3.0 m。按照钻孔和前期帷幕灌浆实验结果，在坝基下部特厚覆盖层和基岩交汇处有强透水带，为确保此位置处灌浆成功，将3排灌浆孔钻入基岩内部，中排孔、两边排孔伸入基岩的深度分别为10 m、5 m。墙幕搭接长度要留有一定富余，并满足坝基渗流沿着防渗墙下部的绕渗渗径应大于帷幕厚度，将墙幕搭接长度暂定10 m。

4防渗工程施工

4.1混凝土防渗墙施工

根据坝址河床地形地质条件，防渗墙施工分两期完成，一期施工左岸河滩部分，二期施工右岸主河床部分。左岸河滩基础主要为冰碛砂砾石层，右岸主河槽段基础含有软黏土及细砂层。采用以冲击反循环钻机为主，机械式抓斗为辅的“钻抓法”，并根据具体情况局部采用“全抓法”或“上抓下钻”等方法。接头施工采用“双反弧法”和“接头管法”(槽长以6.0～8.5 m为宜),即深孔段使用“双反弧法”，孔深小于50 m的采用“接头管法”，采用CZF-1500型冲击反循环钻机和德国进口的利渤海尔抓斗、宝峨抓斗等性能优良的设备为主进行施工。固壁泥浆采用膨润土制浆，泥浆净化采用ZX-200型或FHB-200型泥浆净化机或其他净化设备。

防渗墙内预埋管，采用Φ108钢管，用特制的支撑架固定，在清孔结束后，按照规定的孔距下入槽孔内，在浇注混凝土时严格控制混凝土面上升的均衡，防止挤偏钢管。

4.2帷幕灌浆施工

(1)钻孔：根据下坂地工程的地质条件及工程布置特性，结合现场灌浆试验成果，河床段上部空孔段0～40 m采用SM-400型根管钻机钻进，孔径Φ146，以下采用XY-42型地质钻机钻孔至孔深70 m，孔径Φ130，泥浆固壁，然后下入Φ127套管，拔出Φ146的套管，以下部分则采用Φ76孔径分段钻进，泥浆固壁。防渗墙下灌浆则在墙体中预埋管，以下采用Φ76孔径分段钻进；斜坡段和平洞内基岩直接采用XY-2地质钻机钻孔，孔径Φ76，自上而下分段钻进。

(2)灌浆：河床段砂砾石层灌浆时先灌边排孔，再灌中间排孔，每一排分三序作业，逐渐加密。每一个孔采用自上而下分段，孔口封闭，孔内循环法灌浆。斜坡段及平洞内的灌浆采用自上而下分段，孔内阻塞，孔内循环法灌浆。

(3)灌浆材料：覆盖层孔段采用水泥黏土浆进行灌注，基岩孔段采用水泥浆进行灌注。

(4)灌浆压力：根据下坂地的地层特性，根据国内外工程的经验，结合现场灌浆试验的结果，一般采用1～3 MPa灌注，最大压力不超过3 MPa。

灌浆时，先用浓浆低压灌注上下游边排孔，形成封闭圈，后用高压稀浆灌中排孔，增加密实度，压力逐级增加，以防产生串、冒浆及抬裂地基现象。具体参数应根据灌浆试验确定。

(5)灌浆段长：砂砾石层的灌浆段长第一段为2 m，以下各段一般以3 m为宜，并根据钻进时的具体情况，适当缩短或加长段长，但最长不超过5 m。基岩段的灌浆段长第一段为2 m，以下各段一般为5 m，根据地层情况可适当缩短或加长段长，但最长不超过10 m。

(6)主要施工设备：SM-400型根管钻机、XY-42型和XY-2型地质钻机、80 t液压拔管机、BW250/50泥浆泵、3SNS200/10和SGB6-10型灌浆泵、ZJ-800A高速搅拌机、2 m3卧式泥浆搅拌机、JJS-2B型双层搅拌桶、GJY-Ⅲ型灌浆自动记录仪等。

5结语

通过对下坂地水利枢纽工程坝基采取防渗处理，有效的发挥了防渗作用。工程经受住了2012年汛期库水位猛涨30余米及多次调水调沙期间水位骤降30余米的考验，观测结果表明，大坝防渗系统防渗效果显著，河床覆盖层渗透坡降小于设计允许值，帷幕下游渗压低于设计警戒值并趋于稳定。同时，该水利枢纽经过两年多的运行情况表明，达到了设定的防渗设计要求，保障了水利枢纽的安全运行，为当地经济发展和生态环境保持贡献了力量。

参考文献：

[1]刘志红.浅谈塑性混凝土防渗墙在水利水电工程中的应用[J].水利技术监督,2000(3):22-25.

[2]张爱疆.防渗处理施工技术在水利工程中的具体应用[J].科技风,2010(19):186.

[3]杨文莉.水利工程渠道防渗的意义及防渗技术措施[J].河南水利与南水北调,2015(4):18-19.

[4]张仕海.水利水电工程建筑中混凝土防渗墙施工技术的运用[J].建筑与预算,2015(6):58-60.

[5]董惠.小型水利水电枢纽工程除险加固中土坝防渗工程初探[J].电力学报,2007(2):240-242.

作者简介：阿布都艾尼·阿布都热依木(1972-)，男，维吾尔族，技师，主要从事水利工程管理工作。

中图分类号：TV543+.8

文献标志码：B

文章编号：2096-0506(2016)04-0054-03