第6章帷幕设计(大坝基岩灌浆)

第六章大坝基岩防渗帷幕设计防渗帷幕简单的定义为：在大坝基岩中建造的一道连续的、完整的、较大坝基岩渗透性低的、平面上呈条带状、立面上形似舞台上的帷幕的防渗结构。

根据工程具体情况还要求幕体的渗透性达到一定低的标准。

在岩石地基上筑坝，为了防止坝基渗漏，多采用灌浆方法建造防渗帷幕，简称“灌浆帷幕”，利用这种防渗措施并结合排水是减少大坝基岩渗漏、降低扬压力的主要的和有效的方法。

灌浆帷幕和排水设计的基本原则是先灌浆以防渗，后排水以降压。

也就是说，先通过灌浆帷幕将基础岩石渗漏减少到一定程度后，再做排水，这样对基岩的防渗和稳定最为有效。

这种措施一般可分为三种情况：(1)透水性强的地区，灌浆帷幕防渗效果一般均较显著，宜采用以“阻”为主，结合排水的措施。

(2)透水性弱的地区，灌浆帷幕防渗效果一般不会很显著，因渗漏量不大，故宜采用以“排”为主，结合少数量的帷幕灌浆的措施，详见本章第七节。

(3)特殊地质条件地区，例如断层、挤压破碎带、泥化夹层等，有时岩石透水性虽不大，但为了防止管涌，确保基岩的渗透稳定，仍常采用“阻”、“排”并重，或以“阻”为主，结合排水的措施。

同时在排水孔中，应采取专门措施，以防止细颗粒土流出。

根据实践经验，在透水性比较大的地区，防渗帷幕常能使坝基幕后扬压力降低到约0．5H(H为水头)；而防渗帷幕结合排水措施，常可使坝基扬压力在帷幕后主排水孔处降低到0.2H～0.3H。

第一节灌浆帷幕设计应考虑的问题为了做好灌浆帐幕设计工作，一般应考虑下列一些主要的问题。

一、查清地质情况为了保证帷幕设计和施工的正确性，一般要求地质工作尽量做的全面、深透，不仅应查明影响大坝渗透稳定的主要地质缺陷和水文地质条件，还应进一步阐明其特性，特别是对于溶洞、裂隙、断层、破碎带等更应详细阐述。

只有将地质情况查清后，才能正确地选择地基处理方案及相应的施工工艺。

实践证明，顺河断层是库水最易渗漏的通路，必须予以特别注意。

遇到这种断层，除采用结构措施外，还应采取相应的防渗措施。

例如有的大坝在帷幕线上断层通过的部位，采用了建造防渗井的措施；有的大坝除在帷幕线上断层通过的部位采用多排孔灌浆外，在帷幕上游断层所在部位还采用深孔固结灌浆和加强防渗的措施等。

既使是规模小的顺河断层，也应予以重视，同样地应采取必要的加强防渗的措施，千万不可疏忽大意。

二、做好灌浆试验基岩防渗采用灌浆方法处理，应有一定的适用范围和条件，并且帷幕技术参数(如孔距、排距)及灌浆施工工艺(如灌浆压力，施工顺序等)也将因大坝基岩地质条件的不同而异。

因此，在地质条件比较复杂或大坝很高的情况下，在查清地质情况后，往往还需在筑坝地区选择有代表性的地段，针对某些主要问题，进行灌浆试验工作，并以试验所得的资料，作为灌浆设计和施工的主要依据。

高坝例如三门峡、乌江渡、潘家口、三峡、水布堰等大坝均进了一次或多次比较全面和细致的灌浆试验工作，取得了可靠的资料和需要的技术参数，保证了设计的准确性和灌浆施工的顺利进行，达到了预期效果。

三、拟定周密的设计方案在查明地质情况，做好灌浆试验工作的基础上，结合水工建筑物整体布局，选定设置帷幕的部位和结构形式(深度、厚度和长度)，并根据水工建筑物的重要性及其计算条件，选定防渗标准与质量检查方法。

当基坑开挖后，地质条件如有变化，则在任何条件下，都要按开挖后实际的地质情况调整帷幕结构，使其更符合客观情况。

四、考虑备留日后帷幕补修、补强灌浆的施工条件由于大坝基岩地质条件多变和灌浆技术的局限性、复杂性，帷幕灌浆比较难于做到尽善尽美。

即使灌浆帷幕质量很好，经过若干年运行后，也有可能出现一些问题。

为此，在进行帷幕设计时，应考虑为日后补灌工作创造有利的施工条件，如设置足够尺寸的廊道，预留补充灌浆的施工部位，以及必要时可以降低库水位的措施等，使以后工作不致被动。

五、妥善安排灌浆施工工序帷幕灌浆施工设计中，应注意在大坝修建期间其它各工序的施工情况，要相互联系，密切配合，避免干扰。

妥善地安排好灌浆施工工序。

六、坝基帷幕后设置测压孔为计算幕后扬压力系数，应在坝基帷幕下游设置测压孔，一般情况下每个坝段或每隔16～24m范围内应设置一个。

测压孔采用钻孔方法成孔，孔口装有三通，既能安装压力表测试扬压水位，也可测试涌水量。

测压孔不宜采用渗压计替代，主要理由为：①渗压计埋设时间在前，而帷幕灌浆施工在后，灌浆有可能将渗压计破坏或影响其测试精度；②渗压计不能测试涌水量。

第二节灌浆帷幕设计的特点灌浆帷幕设计与一般的水工建筑物设计有所不同，因帷幕设计中应用的参数较多，且难于准确地计算，在很多情况下还需凭借施工实践经验和参照已有的工程实例进行设计。

灌浆帷幕设计的特点是：(1)灌浆帷幕设计常常不是一成不变的，随着基坑的开挖和灌浆施工的逐步进展，常会揭露出或新发现一些以前没有预料到的情况，因而可能有些改动，甚至有较大的修改。

帷幕灌浆设计最基本、最重要的地质资料是帷幕线上的工程地质和水文地质渗透剖面。

这项资料在勘测阶段，由于真正位于帷幕线上的勘探孔一般较少，孔距很大，所以其反映的地质情况，对灌浆设计来讲，往往精度不够，不能满足要求，并且在基础开挖后，由于卸荷和爆破等的影响，岩石的透水性较原先也会有所变化，只有在灌浆施工正式开始后，根据先导孔和I序孔的地质和灌浆资料，才能使之逐渐完善和准确。

由于地质条件一时难于被完全揭露清楚，也很难于精确掌握，灌浆施工情况又常有异，且帷幕设计中的参数较多，故而在灌浆施工过程中常会出现修改设计的情况，例如有些坝段需要补加灌浆孔，有些坝段可以削减灌浆孔；有些灌浆孔需要加深，有些灌浆孔的深度可以减少；有时在某些部位需要增加或减少灌浆孔的排数等，这些改变都是正常的现象，业主、监理与施工部门对此均应理解，并应密切配合、协作。

(2)灌浆帷幕设计应根据帷幕线上不同的地质条件和水工要求而定，全工程并不是完全一致的。

如有的部位可以布设两排孔或三排孔，必要时，还可能再加一排化学灌浆孔；而有的部位可以仅布设一排孔；有的部位需要采用自上而下的灌浆方法，而有的部位却可以采用自下而上的灌浆方法等。

地质条件愈复杂，帷幕设计的类型将会愈多，对施工的技术要求，也将会随着工程的进展而有不同程度的改变。

(3)帷幕灌浆设计人员应熟悉灌浆施工技术。

根据我国目前情况，灌浆帷幕设计人员的职责，不仅要确定帷幕结构(如灌浆孔排数、孔距、排距、孔深、帷幕线位置和长度等)，而且还要制定主要的灌浆技术要求(如灌浆方法、灌浆压力、浆液变换、结束标准，以及冲洗、压水试验和质量合格标准、检查方法等)。

这些帷幕参数和技术要求对帷幕的质量、进度和工程造价等都有很大关系，而灌浆施工人员的主要职责仅是依照灌浆技术要求进行施工，如需要改变技术要求，需征得监理和设计的同意。

所以设计人员不仅必须熟悉灌浆业务和灌浆施工技术，还应深入工地随时掌握现场灌浆进行情况，便于及时发现问题和解决问题，同时也可以和施工人员相互研究，听取意见，改进施工工艺，修改设计，使灌浆设计更趋完善，更适合该工程的具体条件。

第三节灌浆帷幕的位置灌浆帷幕的位置，依据大坝形式及其基础应力状况而定。

一、混凝土重力坝灌浆帷幕布置的原则是尽可能靠近大坝的上游面，这样对降低扬压力有利。

一般情况下，帷幕中心线多设在距上游坝踵0.06H O～0.1H O的部位(H O为坝前最大水深，即指在正常高水位时，坝前由基岩面起算的水深)，或0.1倍左右坝底宽度的部位，见图6-1。

帷幕灌浆施工，可在上游坝面底部或是在灌浆廊道中进行。

表6-1中的附图是日本混凝土重力坝中常采用的几种防渗帷幕的形式，可供参考。

A型比较理想，C1型和A3型较易施工。

为了降低坝基的扬压力，还应设置排水系统，使之与灌浆帷幕相互结合，共起作用。

二、拱坝一般拱坝基础底宽较小，通常仅为坝高的15%～40％。

在设计拱坝时，上游坝踵处常常会出现有拉应力，在这种情况下，帷幕的位置应设置在压应力区之内，以便防止破坏。

拱坝的基础岩石和两岸承受拱坝主要推力的岩石，应具有足够的强度和完整性，基础扬压力对坝身稳定的影响不很大，帷幕主要是起防止渗漏的作用，但幕后排水设施仍有必要。

特别是两岸拱座部位的排水设施，尤应加强。

重力拱坝帷幕设置的原则，可参照重力坝中所述。

三、土坝和帷石坝灌浆帷幕的位置，根据坝内防渗体的位置而定，有设置在坝的上游面处的，见图6-2(a)；有设置在基础中部的，见图6-2(b)，但是帷幕本身都必须与坝内防渗体紧密相连，以达到有效阻水的目的。

四、混凝土面板帷石坝灌浆帷幕一般是沿趾板中心线布置。

图第四节灌浆帷幕防渗标准和灌浆压力灌浆帷幕设计首先考虑的应是帷幕的防渗标准和灌浆压力。

一、帷幕的防渗标准帷幕的防渗标准关系到大坝基岩的渗漏量与渗透稳定，也与帷幕灌浆施工造价密切相关。

故必须持慎重态度。

帷幕的防渗标准一般应是根据坝型、坝高、基岩地质条件、库水使用价值以及其他有关因素等确定。

而最主要考虑的应是两个因素：一为大坝基岩的渗透稳定；二为库水的经济价值。

霍尔斯贝（Houlsby.A.C）于1976年著文提出一种新的灌浆帷幕防渗标准见图6-3。

这个标准将大坝型式、基岩特性、帷幕的排数以及库水的经济价值等结合起来一并考虑，可供我们参考。

1．坝基岩石渗透性大于方格内的吕容值时，需要灌浆；灌浆帷幕需要达到方格内的吕容值。

2．此标准仅具有指导意义，各坝址可根据具体情况加以修改。

3．此标准仅适用于岩石灌浆，主要用于表面段，岩层部位较深处允许采用更大值。

4．当按此图标准确定无需灌浆时，也应相隔一定距离打一定数量的校核孔。

从总的趋势看，国内关于灌浆帷幕防渗标准问题倾向于逐渐放宽。

根据《混凝土重力坝设计规范》DL5108-1999规定：坝高100m以上，防渗标准透水率q=1~3Lu；坝高=100m~50m，q=3~5Lu;坝高50m以下，q=5Lu。

抽水蓄能电站上库或水源短缺的水库，q值控制标准宜取小值。

SL274~2001《碾压式土石坝设计规范》规定：1级、2级坝及高坝灌后基岩的透水率宜为3~5Lu，3级及其以下的坝透水率宜为5~10Lu。

抽水蓄能电站上库可取低值。

从基岩防渗的要求看，透水率q=1Lu的标准已经是不低了，一般情况下，较此再小的标准例如要求q=0.5Lu等似无必要。

另外，一座大坝基岩灌浆帷幕防渗标准也可根据该部位承受水头的大小和该部位在工程上的重要程度采用两种或三种的，例如贵州省东风水电站大坝基岩灌浆帷幕防渗标准就是采用三种，参见第十二章第五节第Ⅱ工程实例。

二、灌浆压力（指中值）灌浆压力是提高帷幕灌浆质量和保证帷幕灌浆质量的重要因素之一。

关于如何选用灌浆压力问题，在前第四章第五节中已予阐述，在本章中再次提出，主要目的是提醒设计者在选用高压时应注意的事项。

从近期一、二十年的设计情况看，国内帷幕灌浆比较倾向于使用高压，在选用高压时需注意下列问题。