特高拱壩防滲帷幕幕體厚度及高壓長期壓水試驗研究

安鑫 唐應鵬

【摘 要】錦屏一級水電站為世界第一高雙曲拱壩，壩頂高程EL1885m，最大壩高305m，在超高水頭壓力，對壩體軸線上防滲帷幕灌漿的防滲帷幕體厚度、強度、耐久性及抗疲勞性能指標提出了更高的要求。通過對壩基防滲帷幕進行高壓長期壓水試驗，采用“五點法”反復交變的試驗壓力模擬大壩蓄水期間的水頭壓力，對防滲帷幕體進行非常規壓水試驗檢測，并結合帷幕常規質量檢查手段和方法，對壩體防滲帷幕在高水壓力作用下的穩定性進行綜合評價。

【Abstract】Jinping first stage hydropower station is the world's highest double-curved arch dam， with the crest elevation EL1885m and the maximum dam height 305m. At the pressure of ultra-high water head， higher requirements are put forward for the thickness， strength， durability and anti-fatigue performance indexes of the impermeable curtain grouting on the dam axis. Through dam foundation seepage prevention curtain for high pressure water pressure test for a long time， the water head pressure of the dam during the impoundment period is simulated by the "five-point method"， and the non-conventional water pressure test of the impermeable curtain body is carried out. Combined with the conventional quality inspection method of the curtain， the stability of the dam's impermeable curtain under high water pressure was evaluated comprehensively.

【關鍵詞】特高雙曲拱壩;幕體厚度;耐久性;疲勞壓水試驗;非常規壓水試驗

【Keywords】 ultra-high double-curved arch dam; curtain thickness; durability; fatigue pressure water test; unconventional pressurized water test

【中圖分類號】TV543? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）09-0170-03

1 引言

錦屏一級水電站為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程EL1885m，最大壩高305m，水庫總庫容77.6億m3，巨大的水頭壓力，對防滲灌漿施工提出了更高的要求;壩址區內巖性變化復雜，斷層、軟弱夾層、層間擠壓錯動帶等地質缺陷發育，基礎處理異常艱難。因此，壩基防滲帷幕對錦屏一級水電站305m高拱壩在水壓力作用下的穩定性具有重要作用。

鑒于壩基防滲帷幕對大壩的重要作用，對防滲帷幕進行質量檢查顯得尤為重要，除對防滲帷幕進行常規質量檢查外，還應對其進行幕體厚度檢測以及高壓長期壓水試驗以對防滲帷幕作出全面評價。

2 研究目的

2.1 幕體厚度檢測

對帷幕幕體厚度進行檢測以查明灌后不同地質條件帷幕幕體的實際厚度，驗證用灌漿方法解決基礎防滲問題的可能性。

2.2高壓長期壓水試驗檢測

通過對防滲帷幕進行高壓長期壓水試驗，總結出防滲帷幕在長期壓水情況下透水率的變化情況;驗證防滲帷幕在高水頭壓力持續作用下的長期有效性;為后期施工各項施工參數的設定提供參考依據。

3 研究方案

3.1幕體厚度檢測方案

根據左岸地質報告和前期帷幕灌漿過程中的地質揭示情況，設計帷幕灌漿幕體厚度檢測方案，包括檢查孔的布置形式，鉆孔施工工藝及施工參數等，最終形成整套適用于Ⅲ1巖體以及斷層、擠壓錯動帶等軟弱結構面的帷幕灌漿幕體厚度檢測方案。

帷幕灌漿幕體厚度質量檢查以檢查孔壓水試驗成果為主，結合鉆孔、取芯資料、鉆孔全景圖像等進行綜合評定分析。

①壓水試驗。根據壓水試驗成果，提供檢測區不同孔深防滲帷幕幕體厚度以及剖面示意圖。②巖芯檢查。檢查孔進行巖芯采集，觀察巖芯裂隙中水泥漿液充填、結石固結等情況。③鉆孔全景圖像。對幕體厚度檢查孔進行鉆孔全景圖像檢查，觀察灌區巖體條件以及水泥漿液充填、結石固結等情況，并結合鉆孔取芯情況分析水泥漿液擴散半徑。

3.2 高壓長期壓水試驗方案

在帷幕洞布置帷幕灌漿灌后高壓長期壓水試驗孔，試驗孔施工完成后對試驗孔采用多級壓力進行長期壓水。

4 研究手段和成果

4.1 幕體厚度檢測

4.1.1 檢查孔布置及分段

由于帷幕0～30m鉆孔段灌漿壓力較低（1.5～5.0MPa），對漿液擴散影響較大，帷幕幕體厚度檢測重點在鉆孔0～30m左右孔段，檢查孔深度確定為38m。

各幕體厚度測試區檢查孔均布置在帷幕線上、下游，帷幕線上游布置2排，下游布置2排，每排檢查孔間距2m。檢查孔1與檢查孔2、檢查孔3與檢查孔4的孔底間距均為2m，同時檢查孔2和檢查孔3孔底距帷幕孔均為2m。每個測試區檢查孔數最少布置12個。

因帷幕灌漿平洞底板布置有孔深6～8m的固結灌漿和淺孔搭接灌漿，檢查孔壓水試驗從8m以下孔深起，壓水試驗段長均為5m，第一段為鉆進至入基巖8m后起算為5m，第二段為5m，第三段及以下均為5m。

4.1.2 幕體厚度檢測成果

為了查明灌后不同地質條件帷幕幕體的實際厚度，分別對左岸1601m、1670m以及1730m高程進行了帷幕灌漿幕體厚度檢測。對左岸1601m、 1670m以及1730m高程的檢查孔進行壓水試驗、鉆孔取芯以及全景圖像檢測，通過對檢測結果進行分析得出1601m高程在孔深38m處幕體厚度為11.25m，漿液擴散半徑達到4.00m;1670m、1730m高程在孔深38m處幕體厚度為10.92m，漿液擴散半徑達到4.24m。帷幕厚度檢查各項指標均滿足設計要求。

4.2 高壓長期壓水試驗

4.2.1 檢查孔布置

高壓長期壓水試驗在左岸1670m高程選取4個試驗孔，壓水7段;左岸1785m高程選取2個試驗孔，壓水3段。

4.2.2 試驗方法

①左岸1670m高程 。每個試驗孔在選取試驗段時應避開孔口（0～10m）段，試驗段長均為5m。壓水壓力使用兩個壓力比級，先將壓力穩定在3MPa（1倍的水頭），連續壓水24h，再將壓力升到并穩定在4MPa（1.33倍的水頭），連續壓水360h（15d）后結束。②左岸1785m高程。每個試驗孔在選取試驗段時應避開孔口（0～10m）段，試驗段長均為5m。采用三級壓力進行長期壓水，壓力分別為1MPa、2MPa、3MPa，先將壓力穩定在1MPa，連續壓水48h（2d），再將壓力升到并穩定在2.0MPa，連續壓水48h（2d），再將壓力升到并穩定在3.0MPa，連續壓水168h（7d），再將壓力降至并穩定在2.0MPa，連續壓水48h（2d），再將壓力降至并穩定在1.0MPa，連續壓水48h（2d）結束。

壓水過程中使用自動記錄儀進行壓水試驗的全程記錄，同時用手工記錄作為補充，每隔10min測記一次，現場記錄與資料整理應及時、準確、真實、齊全、整潔，以便分析指導后序工作的順利進行，并為驗收工作做好準備。

4.3 試驗成果

①在高壓長期壓水作用下，帷幕的防滲能力隨著時間的延續以及壓力的增大而衰減，透水率隨時間的延續而增大。②每段的壓水呂榮值均大于1（設計q≤1），此次高壓長期壓水不合格。

4.4 不合格原因分析

根據高壓長期壓水成果以及左岸地質情況分析可以看出，在微風化和弱風化的大理巖中，大部分巖體完整。以左岸1670m高程為例，試驗資料表明在最大壓力3MPa的情況下有新的裂隙產生，原有裂隙一般是閉合的或者被鐵質和鈣質充填，但也會被擴張;在4MPa壓力下，局部裂隙規模部分被擴大或巖體中已膠結的裂隙被重新破裂及擴張，造成壓水流量大增后并沒有減小，說明吸水量未達到飽和或者是部分已達到飽和并且還有新的裂隙。

5 關鍵性技術問題研究

5.1 歷史資料研讀與分析是基礎

歷史資料研讀與分析的重點是掌握地質構造缺陷部位、防滲帷幕質量檢查未達標部位及滲流、滲壓異常部位的具體地質條件及灌漿施工情況，分析灌漿施工中對帷幕質量的不利因素及影響，以及滲流量、壩基揚壓力異常部位的成因等，據此確定帷幕檢測的重點及鉆孔檢查的布置，指導現場檢測工作的進行。

5.2 現場鉆孔檢查的布置原則

現場鉆孔檢查具有直觀、準確的特點，根據歷史資料研讀與分析確定的重點部位進行鉆孔壓水檢查和測試，是帷幕幕體厚度檢測和高壓長期壓水檢測研究的內容。本次檢查孔布置原則如下：①已按施工圖完成防滲帷幕的水泥灌漿;②完成灌后檢測工作并滿足設計要求;③代表Ⅲ1巖體以及斷層、擠壓錯動帶等軟弱結構面。

5.3 檢查孔參數

檢查孔的布置形式、施工參數直接關系到帷幕幕體厚度檢測和高壓長期壓水檢測成果的準確性及代表性，根據工程地質及特點分析研究出合適的檢查孔的布置形式及施工參數可以減少鉆孔檢查工程量，并使帷幕質量得到全面評價。

5.3.1 幕體厚度檢測

幕體厚度檢查孔孔深及傾角如圖1和表1所示。

5.3.2 高壓長期壓水

1670m高程帷幕洞共布置3個高壓長期壓水試驗孔。分別布置于帷幕灌漿洞樁號K0+100.00、K0+300、 K0+500，孔深均25m，孔向9度，每個試驗孔取3個試驗段，壓水壓力使用兩個壓力比級，先將壓力穩定在3MPa（1倍的水頭），連續壓水24h，再將壓力升到并穩定在4MPa（1.33倍的水頭），連續壓水360h（15d）后結束。

1785m高程帷幕洞長期壓水共布置壓水孔2個（Z1785-1和Z1785-2），分別布置于帷幕洞樁號K0+478.5m和K0+501.5m處，長期壓水段次合計3段，其余段次不進行壓水試驗。Z1785-1號孔頂角為9度，偏向上游側，Z1785-2號孔為鉛垂孔。具體參數如表2所示。

6 結語

①對防滲帷幕進行帷幕幕體厚度檢測和高壓長期壓水檢測查明灌后不同地質條件帷幕幕體的實際厚度，驗證防滲帷幕在高水頭壓力持續作用下的長期有效性，對防滲帷幕作出全面評價。②帷幕幕體厚度和高壓長期壓水試驗研究是防滲帷幕質量檢測的重要工作，研讀與分析初期工程與防滲帷幕相關的地質、設計、施工、檢查資料以及監測資料，是確定帷幕檢測重點的基礎，也是保證帷幕檢測工作準確進行的關鍵。③現場鉆孔檢查工作應重點突出，可按照資料分析確定的重點，由難到易，推理論證，動態調整和優化，以減少鉆孔檢查工程量。