周彦龙，高小文，冉海林

(1.云南省水利水电勘测设计院，云南 昆明 650021；2.四川省雅安市雨城区自然资源和规划局，四川 雅安 625000)

坝基是水工枢纽的主要受力载体，坝基在开挖过程中总会遭遇各种不良地质问题，如溶洞、裂隙、深厚软弱淤积层、岩石破碎等，因而造成大坝承载能力低、不均匀沉降显著、抗滑稳定性差、渗透变形突出等问题[1-4]。因此，坝基的处理得当关乎大坝的安全稳定，以及工程建设项目效益的充分发挥[5-7]。目前关于坝基处理方案的应用研究不断取得新突破，处理成效显著。固结灌浆，是通过向岩石裂隙注入水泥砂浆，将破碎的岩石胶结成一个整体，以加强岩体的整体性和均一性，提高坝基岩体的承载能力，并能在一定程度上改善坝基岩体的渗透性[8-11]；帷幕灌浆，是将浆液灌注入岩体或土层裂隙、孔隙内，进而形成连续的阻水帷幕，提高地基防渗能力的一种灌浆方式[12-14]；混凝土防渗墙，是在松散透水地基中连续造孔，泥浆固壁，往孔内灌注混凝土建成垂直的防渗墙体[15-17]；深层搅拌桩，是在软弱地层中插入深层搅拌机，均匀搅拌使得固化剂与软土接触后产生硬结固化，以达到防渗固结的目的。

1 工程概况

马鹿水库位于金沙江二级支流乌木河水系清水河上游，距华坪县城约为64.2km，是一座集城镇、农村人畜生活供水和农田灌溉用水于一体的综合水利工程。水库坝址以上径流面积为58.8km2，坝址断面多年平均径流量为3398万m3。

马鹿水库工程由水库枢纽工程和输水干渠工程组成，总库容为1122.9万m3，兴利库容为807.0万m3，枢纽主要建筑物由大坝、溢洪道、导流泄洪隧洞及输水隧洞组成。根据SL 252—2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，大坝级别为2级建筑物，溢洪道、泄洪隧洞、输水隧洞为3级建筑物。大坝为黏土心墙堆石坝，上游围堰与坝体结合，为坝体的一部分，其余临时建筑物为5级。输水干渠工程由渠首管道、箱涵、盖板涵、渡槽、倒虹吸和隧洞等建筑物组成。根据GB 50288—99《灌溉与排水工程设计规范》的规定，马鹿水库输水干渠设计流量为2.13～0.81m3/s，干渠主要建筑物渠首管道、箱涵、明渠、渡槽、倒虹吸和隧洞为5级建筑物。

2 坝址区工程地质条件分析

2.1 地形地貌

坝址位于铁厂沟上游约0.2km处，坝址区河流呈“蛇”形弯曲，河床宽6～27m，高程为1981～1953m，河谷呈左陡右缓的“U”形谷。左岸坡坡度为30°～45°，局部50°；右岸坡坡度为22°～48°。

2.2 地层岩性

坝址区广布第四系(Q)松散地层，二迭系上统峨眉山组中段(P2β2)玄武岩、凝灰质角砾岩、凝灰岩，基岩露头零星，岸坡岩体以强风化为主。左、右岸坝基为强～弱风化上带岩体，属散体～碎裂结构岩体；河床坝基为强～弱风化下带岩体，属块状或块状碎裂结构岩体。

2.3 地质构造

坝址区河段属单斜构造，岩层总体倾向上游偏左岸。无大的区域断裂通过，断层少见，构造形迹以小褶皱、层间剪切带、流面及节理裂隙为主。

坝址河段岩体风化严重，两岸玄武岩张性裂隙发育，卸荷强烈，左岸卸荷深5～13m，右岸卸荷深15～37.6m。除了流面裂隙延伸较好，其余裂隙延伸差，裂隙总体不发育，无潜在不利结构面组合，自然边坡基本稳定。但右岸坡风化深、卸荷强，流面斜倾上游偏左岸，浅部开挖边坡不稳定，深部边坡开挖需采取工程处理措施，开挖边坡稳定性差。

坝基无缓倾角结构面，全风化下部岩体、强风化岩体强度较高，压缩变形小，基本不存在抗滑失稳的条件。下部强～弱风化岩体相对完整，不存在渗透变形，坝基渗流基本稳定。

2.4 水文地质条件

坝基岩体为强风化块状～碎裂结构岩体，弱～中等透水，表层及右岸有极强透水带分布。相对隔水层(带)为深部的弱～微风化P2β2玄武岩，其透水率q<5Lu，分布连续。

根据本阶段钻孔初步揭露，相对隔水层埋深：左岸36～56m，河床37～55m，右岸55～108m。

3 坝基防渗处理方案设计

3.1 渗透分析

大坝建基面以下两岸坝基卸荷裂隙发育、坝基岩体强～极强透水，水库存在坝基及绕坝渗漏问题。根据渗透计算，左、右坝肩绕坝渗漏及坝基渗漏为845.25万m3/a，占多年平均来水量3398万m3的24.87%，渗漏严重，采用帷幕灌浆处理。坝址区相对隔水层(带)为深部的弱～微风化P2β玄武岩，其透水率q≤5Lu，分布连续。相对隔水层埋深：坝线左岸地面以下54～60m，坝基灌浆盖板以下34～80m，右岸地面以下80～108m。

3.2 坝基帷幕灌浆设计

根据地质勘探成果及建议，设计为灌浆帷幕底界线深入相对隔水层(q≤5Lu)以下5.0m，分布连续。左岸及河床坝段(灌0+000.00m～灌0+256.50m)灌浆采用单排孔，孔距为1.5m，防渗底界进入相对隔水层(q≤5Lu)以下5m。右岸坡坝段(灌0+256.50m～灌0+597.70m)灌浆采用双排孔，排距为1.2m，孔距为2.0m，帷幕防渗底界进入相对隔水层(q≤5Lu)以下5m。防渗轴线总长597.50m，其中布置单排孔段长256.50m，布置双排孔段长341.00m。帷幕灌浆钻孔总进尺25422m，其中灌浆段长24041m，非灌段长1381m。

其中左岸绕坝渗漏段灌浆边界以正常蓄水位与左岸地下水位相交，帷幕灌浆长度自坝横0+000.0m外延108.14m与地下水位相交，帷幕灌浆钻孔深9.0～56.5m；坝基渗漏段，坝基段帷幕灌浆长度为253.203m，帷幕灌浆钻孔深38.06～84.95m；右岸绕坝渗漏段灌浆边界以正常蓄水位与右岸地下水位相交，自右坝肩坝横0+253.203m外延220.40m与地下水位相交，帷幕灌浆钻孔深9.34～84.95m。

为减少左、右岸绕坝渗漏帷幕灌浆非灌段的长度，在左、右岸坝肩外延段设置灌浆平洞，帷幕灌浆施工在洞内进行。左岸灌浆平洞轴线平行于坝基帷幕灌浆轴线，位于坝基帷幕灌浆轴线下游10m，平洞长93m，为2.0m×3.5m(宽×高)城门洞型断面，洞口底板高程为2046.50m，底坡i=1/250，防渗帷幕为单排孔，孔距为1.5m。右岸灌浆平洞轴线与坝基帷幕灌浆轴线延长线重合，右岸平洞长210m，为3.0m×3.5m(宽×高)城门洞型断面，洞口底板高程与坝顶高程同高，为2046.00m，底坡i=1/250，防渗帷幕为双排孔，孔距为2m，排距为1.2m。左、右岸平洞均采用厚30cm的C25钢筋混凝土衬砌。

4 渗透稳定性分析

4.1 分析方法与原理

采用理正岩土计算6.0版软件中的渗流分析软件进行坝体渗流计算。

4.2 渗流计算工况分析

根据SL 274—2001《碾压式土石坝设计规范》的规定，对以下几种工况进行渗流稳定分析：①上游正常蓄水位与下游相应最低水位；②上游设计洪水位与下游相应水位；③上游校核洪水位与下游相应水位。详见表1。

表1 各组合对应上下游水位表

4.3 计算参数选择

坝坡稳定计算参数主要有坝体堆石料、反滤料、黏土及坝基岩石，各筑坝材料及坝基渗透系数见表2。

表2 筑坝料及坝基渗透系数表

4.4 计算结果分析

各特征水位大坝渗流等值线图如图1—4所示。

图1 校核洪水位渗流等值线图

图2 设计洪水位渗流等值线图

图3 正常蓄水位渗流等值线图

图4 死水位渗流等值线图

渗流计算成果见表3。

表3 大坝渗流计算成果表

从计算结果可以看出，在各种工况下，黏土心墙出逸比降均大于允许比降，需设置反滤；下游坡坝壳料出逸比降均为零，小于允许出逸比降，大坝渗流稳定安全。

当正常蓄水位为2042.50m时，坝基进行帷幕灌浆后，坝体、坝基单宽渗流量为8.1m3/d，年渗漏总量为73.02万m3，仅占多年平均来水量3398万m3的2.15%，不会影响水库的正常蓄水，帷幕灌浆防渗处理效果良好。

5 结语

(1)应用帷幕灌浆技术处理坝基，对降低绕坝渗漏及坝基渗漏，减少坝基扬压力有着至关重要作用，帷幕灌浆底界及边界的确定，直接影响坝基处理效果。选择合理的帷幕灌浆底界及边界，既达到坝基处理的目的，又可节约投资；既追求使用功能，又考虑综合经济效益，以达到最佳效果。因此在施工过程中必须认真做好先导孔及各灌浆孔的压水试验，根据试验结果调整设计帷幕底界，使得局部孔灌前压水试验检测至设计灌浆底界达到灌前透水率q≤5Lu的标准。

(2)帷幕灌浆孔分为灌浆段与非灌浆段，在降低左、右岸绕坝渗流的帷幕灌浆孔中，往往为了减少非灌浆段的长度，设置帷幕灌浆平洞，帷幕灌浆在平洞中进行。帷幕灌浆平洞的尺寸设置，应综合考虑平洞衬砌厚度、帷幕灌浆孔上下游排数、排距、施工设备等因素的影响，设置合理的断面尺寸。

(3)在帷幕灌浆施工前，灌浆区邻近一定范围内勘探平洞的封堵及回填灌浆、勘探钻孔、断(夹)层等地质缺陷的开挖、清理、混凝土回填、固结灌浆以及灌浆平洞的开挖、混凝土衬砌、回填灌浆等工作应完成并检查合格。

(4)为了监测灌浆施工过程中盖重的变形值，将盖重抬动变形值控制在合理范围内，沿防渗帷幕轴线方向布设抬动监测孔。抬动变形允许值：压水≤200μm，灌浆<200μm；累计变形值不得超过2mm。

(5)帷幕灌浆在施工前应进行现场生产性灌浆试验[4]。生产灌浆工艺、主要施工参数、灌浆压力、浆液配比等应通过生产性试验成果确定。