水布垭高面板坝趾板基础灌浆升压与实践

水布垭高面板坝趾板基础灌浆升压研究与实践[摘要]水布垭高面板坝坝基岩体倾角平缓、岩溶构造发育且富含泥质充填物、趾板上灌浆盖重小、水库运行水头高、后期没有维修补灌条件，为了解决趾板基础浅部防渗幕体的抗渗透能力及耐久性问题，大幅度提高了趾板基础浅部的灌浆压力。采取“均布固结+帷幕”布孔，均布锚杆，分级升压，抬动监测自动报警等一系列有效措施，趾板基础帷幕灌浆第一段最大压力安全地达到1.5MPa，使面板坝基础浅部的灌浆压力登上了一个新的台阶。[关键词]提升压力抑制抬动趾板基础灌浆高面板坝水布垭水电站1高面板坝基础灌浆压力提升的必要性面板堆石坝坝体由分区堆石筑成，抗滑稳定安全系数一般大于7，没有扬压力问题，所以防渗帷幕的作用是防止集中渗漏引发渗透破坏，其重要性不如混凝土坝基的防渗帷幕，所以在国内外关于面板堆石坝设计与研究的文献中，往往以坝体和面板的结构、应力及变形等问题为研究重心，关于坝基防渗处理方面的技术问题很少涉及，尤其关于面板坝趾板基础灌浆如何提高灌浆压力的研究报道极为罕见。但是，近年来我国修建的面板堆石坝高度不断升级，对于高面板堆石坝，尤其当坝基岩体的防渗性能很差时，防渗帷幕、特别是趾板基础浅部防渗幕体的抗渗透能力及耐久性等问题，应该引起水利工程界基础专业人士的足够重视。与其他坝型相比，面板堆石坝对基础岩体的力学要求相对较低，为了节省开挖工程量，面板坝坝基浅表层岩体的完整性远不如深部岩体，这一带地下水活动强烈，灌浆防渗体所承受的水力梯度最大，是防渗的最薄弱环节。面板堆石坝的基础防渗帷幕灌浆在趾板上施工，灌浆时盖重小，为了避免抬动破坏，灌浆压力通常很小，根据调查统计，目前国内外已经建成的面板堆石坝趾板基础防渗灌浆第一段（接触段）的最大压力一般只有0.3～0.5MPa。随着坝高的不断增加，坝基渗透作用水头也越来越高，如果继续采用这种小压力灌浆，防渗帷幕容易发生渗透破坏，尤其是软弱夹层和灰岩地层中岩溶通道的充填物，在高水位很容易被击穿。面板堆石坝是一种竞争力很强的坝型，在我国面板坝的使用与发展已经进入了一个崭新的阶段，坝体高度在不断地突破。为了使基础防渗幕体的抗渗透能力和耐久性与坝高的升级相适应，提高灌浆压力是最直接有效的办法，因此进行高面板坝趾板基础灌浆的压力提升研究是必要的。2水布垭面板坝趾板基础灌浆的特点水布垭水库位于清江中上游河段，正常蓄水位400m，挡水坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高233m，其坝高和坝前水头在国际和国内同类坝型的已建和在建工程中居首位。大坝基础是灰岩地层，岩体的抗冲蚀性和可灌性都很差。2.1地质条件岩溶。清江流域碳酸盐岩分布广泛，占总面积的72%，是中国岩溶最发育、最典型的地区之一。水布垭工程整个坝区内岩溶类型发育齐全，岩溶管道系统、溶沟、溶槽、溶洞、落水洞、盲谷、溶蚀洼地等均为常见。构造。主要构造形迹有断层、裂隙、层间剪切带等。查明的断层共计43条，断层多由库内向库外延伸。实测裂隙2000余条，岸边卸荷裂隙发育。层间剪切带是岩层顺层相对挤压错动形成的构造形迹，这种构造形迹在坝基岩体中普遍发育，呈条带状分布，连续且稳定，剪切破坏十分强烈，结构松散。泥化现象。坝基趾板开挖揭露的岩溶洞穴和断层裂隙中，绝大多数被泥质物填充，层间剪切带呈泥化条带分布，导致岩体的抗冲蚀性很差，可灌性差，是降低坝基防渗体耐久性和制约帷幕灌浆压力提升的重要不利因素。岩层产状平缓。总体倾向上游，倾角5～12°。2.2施工条件盖重小。大坝基础灌浆在趾板上施工，趾板厚度只有0.6～1.2m，灌浆施工时盖重小，灌浆时极易产生不利的抬动变形。封浆条件差。趾板基础开挖边坡临空，岸边卸荷裂隙发育，岩体完整性差，灌浆时外漏严重，对灌浆压力提升和灌浆质量不利。2.3运行条件座防渗体承疯受的水力陷梯度大。幕水库正常厕蓄水漂位信400唤m漏，面板堆弓石坝最大铲坝淋高不233质m叠，最大坝编前作用水沃头僚207零m携，坝前水容头在国内锐外同类坝壶型中居首蛛位。尾运行期没墓有检修补粱灌的条件芹。大坝趾橡板下未设忆置灌浆廊改道，水库赵蓄水运行循以后不具最备对坝基液防渗帷幕袄的检修补搂灌条件，幼因此对基冤础防渗体揉的可靠性迹与耐久性恼要求特别女高。胳2.4珍室坝基灌浆揭需要解决金的难题栽根据清江旱流域和国惭内地质条跳件相似地席区的基础泳灌浆工程臣经验，要乳想提高灌梢浆防渗体脚的抗渗透热能力和耐应久性，确苦保灌浆成悔幕的质量限，关键在竞于提高灌像浆压力。兰通过较高趴压力的灌碎浆，一方成面可有效侄提高水泥三结石的致政密性和强崖度；另一退方面可对垦泥质充填病物起到劈捆裂穿插和腿包裹挤密撤的作用，序这样形成港的防渗幕页体才能在凑高水头长倾期作用下年正常运行肯。但是，现受盖重和阅地质条件朵等多种不丑利因素的耳影响，面去板坝基础企灌浆时极彻易产生抬挺动破坏，柱提升灌浆呈压力面临压困难。黑因此，如右何保证既军能避免产狭生抬动变砖形破坏，找又能提高合灌浆压力阻，特别是愿浅层孔段寇的灌浆压扔力，获取脸良好的灌姻浆效果及廉足够的抗墙渗安全度唤，是水布绑垭高面板旋坝基础灌钩浆工程必伯须研究解漆决的难题足。守3阳坊提升压力晨的有效措险施售对高面板糕坝基础灌煮浆，提升印压力时所和面临的抬觉动破坏风希险比任何贺坝型都大念，灌浆升挡压研究的竿核心内容欠就是解决歼压力提升怕与抬动变居形的矛盾呈，灌浆升猴压所采取砌的措施实嫩质上就是悄抑制抬动缎变形的措鸽施。通过帮水布垭工情程的现场腊灌浆试验只研究，并回且经历了秩水布垭大坝坝基础灌膊浆施工实腥践的检验铺，总结出婚了一套较菜为完整的渴提升压力摘、抑制抬夹动的有效胜措施。侨3.1尤播趾板全面纱积均匀锚内固唱灌浆升压荒过程中的该抬动观测看数据显示煎，趾板基掉础内设置悉均匀受力告且达到一统定密度的摆全粘结锚痛杆，对抬牧动量的限抱制、为浅牧层灌浆压降力的提升纺发挥了重晒要的作用醋。良在趾板混粪凝土与基获础岩体之病间设置均晒布的全粘档结普通锚尾杆，可以矩缓减灌浆暗时的抬动怖变形，其阅作用机理汪可能体现晨在两方面虚：一是锚盈杆的锚固灭作用将趾肌板与浅层掩基等岩立“脾钉沉”荐成一体，经弥补了盖颤重的不足软；另一方筑面是锚杆大的均布抗药拔力使得赞灌浆时作脸用于趾板梨的抬动力氧分布均化妻，缓解了悔趾板结构语的不均匀挪受力变形纳。搏锚杆的布畅置间排距悼根据趾板克尺寸及钢晨筋布置、德基岩条件立、灌浆孔环布置及灌古浆压力的拘大小等多部方面的具踩体条件确穗定，重要侄的是强调夹均匀布置犬。锚杆深效度拣4袍～钳5村m完，锚筋直伸径扯2仆8脾～誓32m顷m唐，锚筋顶圈端与趾板雀钢筋相连岗。腊3.2仆饥合理优化放固结与帷捎幕灌浆爆的布孔型倡式笨与混凝土查坝型不同丰的是，作箱用于面板悦坝趾板上葬的荷载主拳要是库水摊压力，对刘趾板地基汽的抗压强假度要求与毕混凝土坝温相比有所存降低，仅笼从受力方诊面考虑是年不需要加识强基础固我结灌浆的坛。然而从武基础防渗霞的需要出恰发，酿加强趾板甩基础固结敌灌浆是必租要的。试玻验比较和粱实践证明砌，切实稍加强基岩扛浅层的固撞结灌浆效呀果，拌一方面增竞加了浅部往的防渗幕缺体厚度，板减小渗透裕水力坡降麦；另一方俭面使浅部捎岩体熊整体化，澡形成厚实腔的灌浆岩坐体盖板，产为抑制抬尚动、提高支防渗帷幕拜的灌浆压家力提供了毫有利条件华。炎在趾板的幻有限宽度猜内，固结浪灌浆孔如匪何布置更榴为有利，圾水布垭现支场灌浆试缓验进行了积布孔型式址的比较研壶究：龟灌浆试叮验满A有区分醋为湾A雅1父和灿A养2废两个试块锈，除布孔泼型式不同农以外，其管余条件如电岩体状况柄、锚杆布仁置、趾板索钢筋、混耀凝土厚度灯等完全相桃同。稻A爱1茄试块采用羞了通常使贞用版的菌“站上、下游望固府结李+途中间帷芝幕缝”取的布孔型套式。共均撕匀布霸设挥5玩排孔，拥第伪1毙、常5毫排为浅固场结孔，孔帅深断7拉m抄；河第后2阀排为深固洁结孔兼起漫辅助帷幕叙作用，孔俱深字17烛m屑；烈第锦3悦、沸4亦排为主、班副帷幕孔跑；固结和旨帷幕孔距共均挖为剖2躁m竟。昏A柜2挂试块采横用莫“疼均布固肆结吊+膀帷茧幕忍”育的布孔型怎式。固结吸灌浆均匀泼设号置助5晋排孔，孔隐距赏2胡m等，骡第削1迹、注3跪、珠5裁排为浅固红结孔，深潜度和7失m戴；眼第欠2推、趴4勺排为深固豪结孔兼起煎辅助帷幕炒作用，深车度色17厅m园；帷幕灌递浆声孔应2绒排，分别复在筋第映3湖排固结孔陶的上、下甩游各肤设考1限排，孔辱距盐2.5渗m昼。半试验结果增仅仅因为折灌浆布孔杠形式不同娇，领A旱1顷与犁A逼2宏试块在灌疏浆效果方宁面存在明混显的差别著：斗①羊晴固结灌浆躬压水检查闻结果伏，泼A司1于试块合格份率女91.7取%仇尺；孙A湿2副试块合格溉率敏100%刚耍。帷幕灌情浆的灌前防压水成果铲，也能反投映固结灌惨浆的效果陷，吩A蜓1救试块帷幕补灌浆橡第康1海～月3替段灌前压届水透水率铃大切于匪3L善u辰的孔段甜有舱5条段哀；玉A据2香试块全部贺孔段透水病率均小晕于杏3L始u旨。墙②异骗物探测试绢成果煮，膝A降2绘试块的单诉孔声波平纸均值和跨义孔声波测吴试以及静谜弹模测试寨结果均高妨于辛A械1疯试块。=3\*GB3未③里危抬动变形轰监测结果沉，固结灌叠浆刊时秘A级1铜试块共灌幸浆纯7痕0杰段，产生贝抬动变鹿形栋5瓦3猫段，占总斤段数的震75旧.弹7剃1帮%相；趣A械2弓试块共灌酿浆桌9严5饼段，产生愧抬动变萌形梯4百3瘦段，占总沫数敌的臂45.栽3%翅。新④饶狠帷幕灌浆斑压力垃，答A茄1烤试块的帷语幕灌浆退第广1急段（接触昂段）最大付压力达杀到手1MP脏a闹；犁A稠2滨试块达寿到头1.5M虏P宴a废。胃A侍2锣试块的最播大压力透较狱A朱1扇大许多，怕但二者抬坟动变形并然无明显差肠别，最大沸抬动量都站能控制聋在田0.1m促m炉以内。旱上述灌浆纺效果方面唇的差异证富明煎了石“宾均布固手结极+炒帷巧幕侮”离布孔型式劲的优越性垃。趾板浅文部基岩经硬过均布固唐结灌浆处勺理，完整僚性和均匀筋性更好，衣所形成的究灌浆铺盖尾使得帷幕铜灌浆时有桂一定的盖揉重，且有输良好的闭歌浆作用，厅为帷幕灌对浆浅部压露力的提升菊创造了更绒为有利的宵条件。蚀3.3闹开灌浆过程拉控制鲜⑴桐孝抬动变形吩自动化监夕测回灌浆抬动堡变形是一防个极为复唱杂的问题斜。为了保讨证在趾板喉及基岩不联抬动破坏耳的前提下缺，尽可能殿地发掘提拜高灌浆压演力的潜力辩，必须实唱时了解抬睛动变形的培情况，只辅有确认抬戒动变形量罪在允许范敞围内，提银升灌浆压腐力才是安设全的。因酿此，采用尚具有自动振报警和计咸算机数据盒采集的抬圾动监测系武统，实现鼠灌浆过程迹中对抬动鸦变形的预别见性和可串控性是必尾要的。耐抬动变形窝自动化监乐测具有准细确性、实勇时性、直拉观性等特师点。灌浆业过程中，史一旦趾板乌抬动接近辰所设定的荷上限值，谜监测仪就摘会发出报谱警信号，绍提醒技术呼人员分析厅产生抬动绝的原因，台根据具体蹲情况调整违灌浆参数胳。即使在厚地质条件悔很差的地撞段，只要嚷实现了对眼抬动变形燃的有效监历控，提高总灌浆压力狂就有了安恰全的保障姓。另一方呆面，利用锦灌浆过程久的抬动变季形自动化孝跟踪观测喝资料，研鸦究分析抬童动变形的泄限值与衰催减率以及清灌浆压力权、注入率台与抬动变裁形之间的隐互动关系揉等，也是疯十分有意搭义的。矩⑵励蛾灌浆顺序况及分级稳喜压掉常规的固卡结灌浆施缓工顺序通另常讽按乌“端分序加至密炕”姥进行，即贸是先钻灌缺全茶部点Ⅰ摧序孔，再里钻灌全葛部半Ⅱ拜序孔。与像上述祖固结与帷续幕灌浆谢的布孔型坦式的优化匆相对应，存强调固结溜灌浆的作疫用主要是肃为防渗作贩贡献，因四此，固结雅灌浆的施县工顺序应舅遵掌循蝴“记先排序、根后孔成序躲”资。即是先雾钻灌上、确下游边排掀孔（愧第声1渐、确5垂排），分花二序进行兔，再中间屑排（统第塞3慧排）；后胃加密排（中第嘱2陵、茂4慢排）。这挽样施工有久助于达农到否“肯上、下游湿封闭、中孙间密兵实库”省的目的，合对提高灌斯浆压力产方生积极的敞作用。贯分级稳压抱是抑制灌分浆抬动的酬有效措施智之一，就冈是设置起盲始压力、寇目标压力拘、升压步不长和稳压富时间，逐疮段灌浆时芝从起始压牺力至目标鼠压力采取絮分级稳压铺，当确认木抬动变形格在允许范裁围内，才家能提升压引力。稼⑶洞床限制注入桨率休注入率和消灌浆压力问一样，与堡抬动变形依之间有着甜密切的互翻动关系。骂当灌浆压窗力很小而真注入率很示大时，注持入的浆体寄所具备的度能量仍然敏很大，同苍样蕴藏着钢抬动破坏归的风险。趋为了减小览引起抬动凡的能量，赛对灌浆注编入率实行桥限制是合序适的。支4躬昂水布垭高友面板坝基缴础灌浆设冻计实践示4.1勾秋抬动控制勾水布垭工相程坝基灌拆浆施工全薯部采用具苍有自动报茅警和计算绝机数据采受集的抬动毁观测系统寒。抬动观蒸测点位于以帷幕轴线蚁上，沿轴极线方向戒每鄙10车m笑左右间距凶设勇置坟1唐个自动报薯警观测点悄。糕按姐200资μ缩m凯作为灌浆危点的最大语抬动变形蜓控制限值慕，抬动观基测允许变耍形值见扭表戏1概。当观测您点与灌浆望点之间的贴距离不为痒整数时，椅可阳按券35砌μ桃m/储m灿的衰减率年计算观测逐点处的抬清动允许变懒形值。抬降动观测孔认周亮边域10养m游范围内有增多个孔灌厉浆时，抬氏动允许值矛按最近灌谅浆点的单午孔灌浆允位许变形值差控制。碌坝基帷幕央灌浆施工缺的抬动监衬测成果显楼示，除初从始施工的摸河床水平逗段趾板蚀有柜4勺段因位于如地质缺陷忍部位，灌命浆吸浆量糕大，抬动沙变形值超睁过设计最演大允许变鼓形运值材200弓μ抬m渴，最大汉达萄480貌μ急m尘以外，一却般帷幕孔淋灌浆过程响中无抬动乒变形，少庆数孔段虽卧有抬动，确但变形值详在收50闭μ狱m牧以内，远站表饿1雹淹抬动观测秘允许变形母值（挨μ者m订）借灌浆点浅观测点与奸灌浆点距仪离渠（衰m坊）识1韵2亡3厉4贿5糠＞挂5.5分200证165商130骨95碎60拖25感0出小于设计突允许变形代值。随着艇灌浆孔序言的增加，傻有抬动变冲形的孔段同比例和变呆形量均明把显减少，接至痛Ⅲ锯序孔时，家基本没有姥抬动变形崭。到目前油为止没有盼出现趾板踪变形裂缝龄。实践证嘱明上节所锅述针对浅页层升压灌香浆所采取吴的控制抬烫动措施是休可靠的，惩可以有效赵防止趾板警抬动破坏达事故的发圾生。联根据现场烈灌浆所取稿得的抬动疲、压力、魂注入率等嚼记录数据滨统计分析肾得出，抬江动与灌浆出压力和注肌入率的相阁关性十分覆明显，但励抬动的反毅应滞后于悼压力和注骑入率，施巡工时如果重一旦产生膛突变性抬棕动，即使效立即实行击降压与限晒流控制，锡抬动仍不纪会及时回抚落，因此检，抬动变原形控制上炊限值应留建有充分余所地。实践岔证明，趾旁板上灌浆初点的抬动惜控制限值截设玻为筛200惕μ违m宅是安全的滩，抬动观患测孔的有穴效观测半凯径米按静5冻m映考虑，抬锻动变形随倦观测距离服的平均衰梢减率提按丙35雨μ鄙m/卡m扇控制也是梁合理的。好4.2千孟灌浆压力地和注入率蝇水布垭面殃板坝趾板读基础浅固什结灌浆亡（恰7肢ｍ）碰第步1上段（接触骨段）最大举压力达到宵了榆0.5M是P病a呈，深固结旺灌浆批（掌1歼7攻ｍ）纲第违1淘段（接触浙段）最大尺压力达到棒了份0.8M娘P钻a秃，防渗帷县幕灌浆炕第位1羞段（接触剑段）最大咬压力达到磨了戚1.5M晋P键a音。晒防渗帷幕志灌浆各段竭的灌浆压孕力一般按据表蒙2池控制。采吐用分级升家压方式逐愧级升压至亩目标灌浆司压力。具盼体操作时夸，以相应怀灌浆孔段穷的起始压裤力为基准冠，按每眼0.病1庭～店0.2评MPa贯为一级，晕每级压力揭的稳压时常间不少添于刻5旬min碌，当抬动旱变形异常舰时延长稳峡压时间，厨第旅6妙段及以下腥各段灌浆跌时，稳压理时间可根显据抬动变悠形情况适稀当增减，遗当抬动值德很小时则县尽快升至断设计（目悄标）灌浆鞋压力。炸表剖2薪水布垭面暴板坝防渗巡帷幕灌浆差压力控制良表遇（遗MP肥a为）匀旱垂段次（段妇长）傅Ⅰ讽序孔跪Ⅱ勇序孔芝Ⅲ蒜序孔斜起始压力枯目标压力驼起始压力侍目标压力芒起始压力知目标压力悟第猪1际段陆(米3贸m)旋0.依6狐1.0超0.硬8钩1.2误1.0膊1.5鼓第房2外段亏(蹦1底m)京1.0萍1.5满1.2采2.0絮1.5诞2.0倾第丈3岁段斩(签2午m)磁1.5箩2.0声2.0张2.5耕2.0飞2.5宽第追4翼段宪(夺5m)沫2.0仓2.5去2.5其3.0鼻2.5猛3.0角第题5柜段南(馆5m)颠2.5奥3.0沙3.0需3.5南3.0纲3.5椒第坚6昏段怎(俯5m)岁3.0捕3.5候3.5眼4.0用3.5始4.0想第歇7箱段壁及以下瓦3腾.5林4种.0代3葱.5舌4讯.0梅3借.5请4调.0告嘴注：表中渡灌浆压力妇系指孔口定回浆管上很压力。退在分级升深压的基础殿上，还必吩须协调灌砍浆压力与晶注入率的可关系，具俗体操作时骨按表电3裕控制。特架别关注当告压力贸为友4躺MPa饺及以上时广，注入率酒应小于旺10L/广min公。渗表背3信注入率与衣最大灌浆史压力关系堤表已注入率浅(瞒L/mi益n)馋＜统4旁0奴＜俘3裳0俭3煌0倦～诞20尝2忌0席～壳1累0目＜侄10辉最大灌浆惑压力申(泻MPa)抛0.5通～校1裁1析～狱2贴2发～袄3层3袖～嗽4且4慧4.3里茎灌浆效果瞎现场灌浆级试验时选纲取极其软妥弱和破碎梅的岩体作抄为灌浆效今果的研究狠对象，耐尝久性压水肠对接触段里采保用盆1MP扔a校（半幕）鹿压水压力候，持驼续友7乔2愈小时以后奴未发生渗递透破坏，邻在此基础葵之上，又趋进行破坏渡压水试验暖，得出接仆触段（半播幕）破坏雾时的峰值嗽压力为功2M驻P舅a齿。坐水布垭大捡坝趾板帷秆幕灌浆已璃完成蹈的举2000乱0嫌m革进尺的资垦料统计见新表侄4恩，各排、源序帷幕孔编透水率和衔灌浆单耗达随孔、排持序呈递减包规律，特羞别是先灌量排（下游便排）递减痒幅度更为溜显著。同炉时随着灌慌浆孔、排渠序的递增猫，小漏量逆孔段百分嚷率明显提违高，大漏纺量的孔段搜百分率大杜幅减小，茧如透水率竟小旱于乓1L垫u镇的百分率贸由先灌左排俯Ⅰ就序孔炼的昨65.1党%验提高到后捕灌稳排傍Ⅲ堪序孔违的息80.3滥%偿，单耗小驴于造10k扒g终的孔段百俭分率超由凝57.2节%货提高届到缎93.1戏%挨，可见明话显的灌浆烘效果。家灌后压水衬检查成果废，基岩透脆水率均满孩足舅q庭≤丰1L口u墓的设计防碗渗标准，冻特别是透扩水率与灌丛浆单耗大爱、涌水、可以及抬动绪变形值超瘦标的灌浆愉难点部位郊，均达到御了一次检贺查合格标塑准，灌浆摄效果良好谁。浇表科4缘纤大坝趾板映帷幕灌浆倍成果分序诵统计表震项夺询棕目帖先灌排葡后灌排睡Ⅰ秧序孔应Ⅱ帮序孔简Ⅲ舍序孔环Ⅰ庭序孔补Ⅱ扭序孔医Ⅲ桐序孔尺平均透水扭率（倒Lu鄙）傻23.6贿5.63或1伪.注07暖0.64逃0.62泼