紅巖水庫大壩帷幕灌漿設計方案

周志鴻

(新疆兵團十二師水務公司，烏魯木齊830013)

1 水庫概況

紅巖水庫建于1972年，為一座引水注入式山區(qū)水庫，設計為庫容3 600萬m3，設計水位933 m。大壩全長622 m，最大壩高9 m，壩頂高程為936 m，防浪墻頂高程為937 m。該水庫位于烏魯木齊西山北坡一山間洼地內，水庫因長年運行，存在諸多隱患，特別是壩基存在嚴重滲漏。

水庫興建時，壩基未進行防滲處理，壩基巖石存在滲水通道，壩后滲水出逸點較多，滲水量較大，壩基滲漏已影響到水庫的正常蓄水和大壩的安全。兩壩肩基巖裂隙發(fā)育，具有強透水性，但未進行防滲、加固處理，繞壩滲漏現(xiàn)象明顯，在高水位情況下壩肩滲漏可能造成壩后坡的沖刷以引起管涌險情，嚴重影響水庫正常蓄水。

2 壩址區(qū)工程地質條件

水庫壩體分為砂礫石填筑壩段與天然山脊壩段兩部份，整個壩體均采用復合土工膜斜墻防滲結構。其中0+000～0 +160、0+498.8～0+622壩段為砂礫石填筑壩段，0+160～0+498.8為天然山脊壩段。防滲體的上游為砂礫料保護層與40 cm厚漿砌石下鋪設無紡布護坡，防滲體均伸入壩基巖石下1.0 m，并用混凝土塞全壩段封堵。

2.1 地形地貌

壩址區(qū)位于庫區(qū)東端，地形呈“馬鞍”型，左右壩肩為EW向延伸的基巖山脊，壩前、壩后為傾向相反的斜坡。壩址區(qū)地面高程927～935 m，左右壩肩山脊頂部高出壩頂30～50 m。壩前地形整體向庫內緩傾，中部為凸起的山梁，山梁走向NE58°，兩側為沖溝。樁號0+220～0+370段壩前50 m處為原壩基開挖基坑，呈長條形與現(xiàn)壩線平行展布，寬20 m，深5 m左右，兩側為堆土，高出地面4～5 m。樁號0+370～0 +450段壩前10 m處為取土坑，該處砂礫石層被用作壩殼填筑料，取土坑深3～5 m，形態(tài)不規(guī)則。壩后坡兩側為凸起的基巖，中間為凹槽，坡腳被王家溝深切，地形坡度20°～35°，溝底與壩頂?shù)母卟顬?5～61 m;壩軸線大體呈南北向，長622 m，南北兩側形成小沖溝，呈“W”型與山脊相連。壩后王家溝底高程875 m，低于正常蓄水位61 m，王家溝是該區(qū)最低的侵蝕基準面，庫水通過壩基滲漏向王家溝排泄。

2.2 地層巖性

壩址區(qū)出露侏羅系上統(tǒng)奇古組(J3q)、喀拉扎組(J3k)及第四系上更新統(tǒng)洪積物和全新統(tǒng)坡積和人工堆積地層。

侏羅系上統(tǒng)奇古組(J3q)為泥質砂巖，夾薄層砂質泥巖，紅褐色，產狀為:85°NW∠65°～82°，呈薄層～中厚層狀結構，層理特別發(fā)育，且發(fā)育斜交層理，巖體完整性較差，據(jù)試驗，飽和抗壓強度為16 MPa，屬較軟巖。

侏羅系上統(tǒng)喀拉扎組(J3k)巖性為砂巖，青灰色，灰白色，產狀為:85°NW∠65°～82°，呈塊狀結構，層理不發(fā)育，巖體完整性較好，據(jù)試驗，飽和抗壓強度為33 MPa，屬中硬巖。

第四系上更新統(tǒng)沖積物(Q3al):巖性為砂礫石層、礫質土層，主要分布于壩基及壩前斜坡地段。砂礫石層厚3～5 m，呈雜色，以灰褐色為主，礫石粒徑一般為1～5 cm，大者可達15 cm，呈扁平狀，磨園度一般，分選較好，以礫石為主，含泥量較高，礫石成份為花崗巖，灰?guī)r，礫巖，砂巖，泥質砂巖等。礫質土層厚3～5 m，呈紅褐色，棕紅色，局部夾土黃色砂質粉土，飽和，稍密。為冰積物，混雜堆積，無分選，含泥量較大，礫石為砂質泥巖或泥質砂巖碎屑。

全新統(tǒng)坡積物(Q4dl)主要分布在右壩肩坡腳，巖性為碎石土層，紅褐色，土黃色，松散，干燥。人工堆積物(Q4r)由3部分組成:①人工填筑壩體;②壩前原壩基(老壩線)開挖堆土;③左壩肩人工開采塊石料時剩下的碎塊石廢料。

2.3 地質構造

壩址區(qū)為單斜地層，無大的斷層發(fā)育，發(fā)育的主要構造為層間擠壓斷層和三組節(jié)理。壩址區(qū)出露的砂質泥巖夾薄層泥巖，層理發(fā)育，受構造變動中，層間擠壓，形成斷層破碎帶，斷層產狀85°NW∠65°～82°，與巖層產狀一致，破碎帶主要由擠壓片理和碎裂巖構成。巖層走向與壩線垂直，傾角較陡，形成壩基滲漏的通道，不利于壩基防滲。

據(jù)水庫放水洞、引水洞及壩址區(qū)測繪統(tǒng)計，壩址區(qū)主要發(fā)育三組節(jié)理，節(jié)理面產狀分別為55°NW∠14°、70°SE∠30°和10°SE∠22°，延伸長5～10 m，節(jié)理面粗糙、微張，與層面貫通并形成壩基滲漏的通道，在壩后沿節(jié)理面庫水滲漏溢出。

3 帷幕灌漿設計

壩基、壩肩部位基巖裂隙發(fā)育，具有強透水性，同時部分基巖層面和壩軸線近乎垂直，形成滲水通道，2000年續(xù)建配套施工時對壩基的防滲處理僅深入到基巖強風化層內1 m，對壩基處理深度不夠，以至漏水嚴重。考慮到防滲處理深度較深，壩基和壩肩防滲采用帷幕灌漿處理，大壩段帷幕灌漿設單排，右壩肩帷幕灌漿設雙排。

3.1 灌漿帷幕位置的確定

灌漿帷幕樁號范圍:0－062～0+622?？煞譃?段:①大壩段，樁號0+000～0+622;②右壩肩段，樁號0+000～0－062。③連接段，位于大壩0+000樁號處，連接大壩段帷幕與右壩肩帷幕。

大壩段帷幕軸線與防滲墻重合，右壩肩段帷幕軸線與大壩軸線重合，連接段軸線位于0+000處，與大壩軸線垂直。

右壩肩現(xiàn)狀為水庫右岸山體，山體陡峻，為此在前段(樁號0+000～0－020)設計開挖一段灌漿工作槽，工作槽地面高程與壩頂高程一致，為936.00 m，底寬與壩頂寬度一致，為5 m，工作槽長20 m，開挖斷面邊坡為1∶1，坡面采取噴錨支護措施。后段(樁號0－020～0－068)設計采用開挖一座灌漿平洞，考慮到施工工作面的要求，平洞樁號較灌漿樁號增加了6 m。平洞底高程與壩頂高程一致，為936.00 m，洞長48 m，洞身為城門洞形，底寬3 m，側墻高2 m，中間拱頂高3.5 m，洞壁采取鋼支承支護措施。

3.2 帷幕防滲標準的確定

根據(jù)SL274—2001《碾壓式土石壩設計規(guī)范》規(guī)定，3級及其以下壩的壩基處理應達到透水率5～10 Lu位置，本工程帷幕防滲標準確定為5 Lu。

3.3 灌漿壓力的確定

灌漿壓力是控制和提高灌漿質量的一個重要因素，一般情況下，宜選用較高的壓力?？紤]到紅巖水庫基巖的巖性和深度，以及灌漿方法和灌漿孔次序等因素，灌漿方法、灌漿施工參數(shù)(灌漿壓力、漿液配合比、起始配合比、結束標準)可通過灌漿試驗進行復核確定。

3.4 帷幕深度的確定

根據(jù)下式計算:

式中:D為帷幕深度，m;H0為壩前最大水深，m;C為常數(shù)，一般取8～25 m。

同時考慮帷幕深入基巖的相對不透水層(即弱風化層，q≤5 Lu)，計算得帷幕深度D≈25～35 m。實際施工過程中，應根據(jù)現(xiàn)場實驗決定實際的或最終的灌漿深度。

3.5 帷幕的厚度、孔距設計

大壩段和連接段考慮設單排帷幕，根據(jù)地質資料，右壩肩的繞壩滲流嚴重，是整個大壩防滲的重點部位之一，為此右壩肩段采取雙排帷幕，帷幕方向與基巖層面垂直，采用斜孔。

大壩帷幕0+400～0+622段，孔距采用2 m;大壩帷幕0 +000～0+400段、連接段右壩肩段，孔距采用1.5 m。

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