红岩水库大坝帷幕灌浆设计方案

周志鸿

(新疆兵团十二师水务公司，乌鲁木齐830013)

1 水库概况

红岩水库建于1972年，为一座引水注入式山区水库，设计为库容3 600万m3，设计水位933 m。大坝全长622 m，最大坝高9 m，坝顶高程为936 m，防浪墙顶高程为937 m。该水库位于乌鲁木齐西山北坡一山间洼地内，水库因长年运行，存在诸多隐患，特别是坝基存在严重渗漏。

水库兴建时，坝基未进行防渗处理，坝基岩石存在渗水通道，坝后渗水出逸点较多，渗水量较大，坝基渗漏已影响到水库的正常蓄水和大坝的安全。两坝肩基岩裂隙发育，具有强透水性，但未进行防渗、加固处理，绕坝渗漏现象明显，在高水位情况下坝肩渗漏可能造成坝后坡的冲刷以引起管涌险情，严重影响水库正常蓄水。

2 坝址区工程地质条件

水库坝体分为砂砾石填筑坝段与天然山脊坝段两部份，整个坝体均采用复合土工膜斜墙防渗结构。其中0+000～0 +160、0+498.8～0+622坝段为砂砾石填筑坝段，0+160～0+498.8为天然山脊坝段。防渗体的上游为砂砾料保护层与40 cm厚浆砌石下铺设无纺布护坡，防渗体均伸入坝基岩石下1.0 m，并用混凝土塞全坝段封堵。

2.1 地形地貌

坝址区位于库区东端，地形呈“马鞍”型，左右坝肩为EW向延伸的基岩山脊，坝前、坝后为倾向相反的斜坡。坝址区地面高程927～935 m，左右坝肩山脊顶部高出坝顶30～50 m。坝前地形整体向库内缓倾，中部为凸起的山梁，山梁走向NE58°，两侧为冲沟。桩号0+220～0+370段坝前50 m处为原坝基开挖基坑，呈长条形与现坝线平行展布，宽20 m，深5 m左右，两侧为堆土，高出地面4～5 m。桩号0+370～0 +450段坝前10 m处为取土坑，该处砂砾石层被用作坝壳填筑料，取土坑深3～5 m，形态不规则。坝后坡两侧为凸起的基岩，中间为凹槽，坡脚被王家沟深切，地形坡度20°～35°，沟底与坝顶的高差为55～61 m;坝轴线大体呈南北向，长622 m，南北两侧形成小冲沟，呈“W”型与山脊相连。坝后王家沟底高程875 m，低于正常蓄水位61 m，王家沟是该区最低的侵蚀基准面，库水通过坝基渗漏向王家沟排泄。

2.2 地层岩性

坝址区出露侏罗系上统奇古组(J3q)、喀拉扎组(J3k)及第四系上更新统洪积物和全新统坡积和人工堆积地层。

侏罗系上统奇古组(J3q)为泥质砂岩，夹薄层砂质泥岩，红褐色，产状为:85°NW∠65°～82°，呈薄层～中厚层状结构，层理特别发育，且发育斜交层理，岩体完整性较差，据试验，饱和抗压强度为16 MPa，属较软岩。

侏罗系上统喀拉扎组(J3k)岩性为砂岩，青灰色，灰白色，产状为:85°NW∠65°～82°，呈块状结构，层理不发育，岩体完整性较好，据试验，饱和抗压强度为33 MPa，属中硬岩。

第四系上更新统冲积物(Q3al):岩性为砂砾石层、砾质土层，主要分布于坝基及坝前斜坡地段。砂砾石层厚3～5 m，呈杂色，以灰褐色为主，砾石粒径一般为1～5 cm，大者可达15 cm，呈扁平状，磨园度一般，分选较好，以砾石为主，含泥量较高，砾石成份为花岗岩，灰岩，砾岩，砂岩，泥质砂岩等。砾质土层厚3～5 m，呈红褐色，棕红色，局部夹土黄色砂质粉土，饱和，稍密。为冰积物，混杂堆积，无分选，含泥量较大，砾石为砂质泥岩或泥质砂岩碎屑。

全新统坡积物(Q4dl)主要分布在右坝肩坡脚，岩性为碎石土层，红褐色，土黄色，松散，干燥。人工堆积物(Q4r)由3部分组成:①人工填筑坝体;②坝前原坝基(老坝线)开挖堆土;③左坝肩人工开采块石料时剩下的碎块石废料。

2.3 地质构造

坝址区为单斜地层，无大的断层发育，发育的主要构造为层间挤压断层和三组节理。坝址区出露的砂质泥岩夹薄层泥岩，层理发育，受构造变动中，层间挤压，形成断层破碎带，断层产状85°NW∠65°～82°，与岩层产状一致，破碎带主要由挤压片理和碎裂岩构成。岩层走向与坝线垂直，倾角较陡，形成坝基渗漏的通道，不利于坝基防渗。

据水库放水洞、引水洞及坝址区测绘统计，坝址区主要发育三组节理，节理面产状分别为55°NW∠14°、70°SE∠30°和10°SE∠22°，延伸长5～10 m，节理面粗糙、微张，与层面贯通并形成坝基渗漏的通道，在坝后沿节理面库水渗漏溢出。

3 帷幕灌浆设计

坝基、坝肩部位基岩裂隙发育，具有强透水性，同时部分基岩层面和坝轴线近乎垂直，形成渗水通道，2000年续建配套施工时对坝基的防渗处理仅深入到基岩强风化层内1 m，对坝基处理深度不够，以至漏水严重。考虑到防渗处理深度较深，坝基和坝肩防渗采用帷幕灌浆处理，大坝段帷幕灌浆设单排，右坝肩帷幕灌浆设双排。

3.1 灌浆帷幕位置的确定

灌浆帷幕桩号范围:0－062～0+622。可分为3段:①大坝段，桩号0+000～0+622;②右坝肩段，桩号0+000～0－062。③连接段，位于大坝0+000桩号处，连接大坝段帷幕与右坝肩帷幕。

大坝段帷幕轴线与防渗墙重合，右坝肩段帷幕轴线与大坝轴线重合，连接段轴线位于0+000处，与大坝轴线垂直。

右坝肩现状为水库右岸山体，山体陡峻，为此在前段(桩号0+000～0－020)设计开挖一段灌浆工作槽，工作槽地面高程与坝顶高程一致，为936.00 m，底宽与坝顶宽度一致，为5 m，工作槽长20 m，开挖断面边坡为1∶1，坡面采取喷锚支护措施。后段(桩号0－020～0－068)设计采用开挖一座灌浆平洞，考虑到施工工作面的要求，平洞桩号较灌浆桩号增加了6 m。平洞底高程与坝顶高程一致，为936.00 m，洞长48 m，洞身为城门洞形，底宽3 m，侧墙高2 m，中间拱顶高3.5 m，洞壁采取钢支承支护措施。

3.2 帷幕防渗标准的确定

根据SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》规定，3级及其以下坝的坝基处理应达到透水率5～10 Lu位置，本工程帷幕防渗标准确定为5 Lu。

3.3 灌浆压力的确定

灌浆压力是控制和提高灌浆质量的一个重要因素，一般情况下，宜选用较高的压力。考虑到红岩水库基岩的岩性和深度，以及灌浆方法和灌浆孔次序等因素，灌浆方法、灌浆施工参数(灌浆压力、浆液配合比、起始配合比、结束标准)可通过灌浆试验进行复核确定。

3.4 帷幕深度的确定

根据下式计算:

式中:D为帷幕深度，m;H0为坝前最大水深，m;C为常数，一般取8～25 m。

同时考虑帷幕深入基岩的相对不透水层(即弱风化层，q≤5 Lu)，计算得帷幕深度D≈25～35 m。实际施工过程中，应根据现场实验决定实际的或最终的灌浆深度。

3.5 帷幕的厚度、孔距设计

大坝段和连接段考虑设单排帷幕，根据地质资料，右坝肩的绕坝渗流严重，是整个大坝防渗的重点部位之一，为此右坝肩段采取双排帷幕，帷幕方向与基岩层面垂直，采用斜孔。

大坝帷幕0+400～0+622段，孔距采用2 m;大坝帷幕0 +000～0+400段、连接段右坝肩段，孔距采用1.5 m。

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