灌浆帷幕的设计与实施

葛千军朱元文

葛千军朱元文（浙江省围海建设集团股份有限公司，浙江宁波315040）

摘要：帷幕灌浆对控制坝基渗流有明显的作用，但当坝基透水率较小时，对降低坝基扬压力作用不明显。帷幕灌浆孔的孔深、间排距根据地质条件和渗流条件确定，没有统一的标准。

关键词：灌浆孔；帷幕；灌浆；间距；实施

帷幕灌浆压力以4～6MPa为宜。拱坝帷幕灌浆孔的倾角对坝基岩体位移和应力有一定的影响，通过三维有限元计算比较了垂直帷幕和向上游倾斜45°的帷幕两种情况。坝基主要构造面有倾向上游，倾角40°的板岩层面K1，倾向下游的反倾角裂隙面K3以及顺河向裂隙面K2。帷幕垂直时，在自重、水压力及渗透压力作用下计算所得的应力结果分析表明，在坝基上游大范围出现垂直于K3裂隙面的拉应力，数值达300kN/mm2。如进行黏塑性计算，则此拉应力会产生坝基岩体的开裂。当帷幕倾斜时，在坝体自重、水压力及渗透压力作用下，垂直于K3裂隙面的拉应力值大大小于帷幕垂直时的情况。因此，如何符合实际地考虑坝体和基岩的相互作用是至关重要的，此外，坝基中的应力及位移状态受防渗排水措施设置的方式影响很大。

1灌浆孔的布置

1.1帷幕排数

在确定帷幕厚度即帷幕孔的排数上，存在不同意见和做法。卡萨格兰德对于单排帷幕有很大的怀疑，提出若帷幕有效，布置多排孔是必要的。而P·郎德则认为，无论何种岩石（唯独对有黏性土充填的岩溶区例外）最好采用单排孔布置。必要时可加密孔点，减小孔距，以保证帷幕的连续性，较之增加孔排数更为有效。在前苏联，帷幕的厚度根据规范规定的一定坝高条件下允许的水头梯度值决定，我国许多坝也是这样设计的。因此，坝越高，帷幕就越厚，而日本、美国和前南斯拉夫等国则不考虑“允许梯度”的问题，主要根据坝基岩体状态，结合考虑坝型、坝高等因素综合确定帷幕排数。一般软弱岩石取多排，坚硬岩石取少排。我们认为这种做法是合理的。在已建成的工程中，往往是有些很高的坝因基岩好则只做单排帷幕，而一些低坝则由于坝基岩体较差，则做2～4排帷幕。

目前国际上灌浆帷幕的发展趋势是单排帷幕，反映了采用现代灌浆技术后单排帷幕能够满足要求的经验。

总结以往经验，大致可提出以下原则：（1）对于坚硬岩石，中低坝可采用1排，而高坝可采用1～2排；（2）对于软弱岩石，中低坝可采用2排，高坝可采用2~3排；（3）根据坝基渗流流速分布（图1），河床坝基要布置多排，或利用高压固结灌浆进行加固。

1.2帷幕孔深

根据渗流理论，具有相同透水性的等厚度岩层，处在浅层的渗漏量大而处在深层的渗漏量小，当达到相当深度后，由于渗径的延长使渗透流速大大降低。因此，愈往深部，对帷幕防渗标准的要求也应愈低。因此，只要将帷幕延伸到经计算渗透量已经很小的岩层，即使该岩层的透水性大于要求标准，也可认为帷幕达到了不透水岩层。

1.3帷幕孔间距

对于一般裂隙型岩层，帷幕灌浆孔的合理孔距，可以通过灌浆试验或初期试验性施工中，通过分析吸水率与注入率顺序减少的情况中得到。但在岩溶地区，以及具有复杂情况的坝基中，注入量和吸水率的递减往往不明显，这时只能通过逐步缩小孔距进行灌浆，当判断出不存在大的漏水通道时才能停止。

然而，事实上，不论孔距多小，总有一些小的裂隙未被充填。因此，所谓的连续帷幕，并不是“无缝天衣”，只能是在某种标准条件下的连续。

实际工程设计中，设计人员往往喜欢用标准的孔距均匀布孔，这样平均分配灌浆孔的做法显然是不可取的。这样导致的结果是有些需要加强的地方没有得到加强，而有些应该减少灌浆孔的地方却没有减少，最后难以达到满意的效果或造成不必要的浪费。所以帷幕灌浆布孔时应该有所侧重，通过地质剖面，重点照顾断层破碎带和裂隙密集带。

1.4帷幕位置

帷幕向两岸延伸的部分，应尽可能地向上游折转。若折向下游，将使坝肩大部分岩体中的水位抬高，对坝肩岩体及大坝的稳定极为不利。坝肩部位，通常地下水位就较高，再加上绕坝渗漏的影响，扬压力（岩层中的孔隙水压力）就相对较高，对于拱坝，尤其应注意这种影响。此外，从帷幕本身的稳定考虑，折向下游也不好，这样幕后岩体将变薄，出溢速度将增大，帷幕容易遭到破坏。

2例如二滩双曲拱坝帷幕灌浆设计与实施

二滩拱坝坝基岩体透水性总体上具有随深度增加由强渐弱的垂直分带特征。大坝基础面位于中等至弱透水带，岩体透水率为5～1Lu，少部分岩体透水率为5～10Lu。考虑到弱透水性的隐裂隙岩体，帷幕灌浆降低渗压效果并不明显，为了降低坝基渗压，满足拱座稳定要求，采取帷幕为辅，设置多道排水幕切断渗水为主的设计思想。

拱坝基础帷幕的走向，曾研究了与拱座面不同交角的几种方案。分析计算表明帷幕中心线走向垂直流向或略偏向上游，对拱座基础应力最为有利。经综合分析，确定河床部位和右岸，帷幕中心线近似平行于拱坝坝轴线，左岸则垂直河流向，插入拱座山体内部，与折向上游的地下厂房幕连成一体。高程1130m以下为双排，高程1130m以上为单排，孔排距分别为2m和1．5m。孔深按H/3+（8～25）确定，其中H为上游水头。帷幕最大深度位于地下厂房前部，深度为270m。灌浆压力根据地质情况和所承受的水头大小，综合分析后进行分区设计，最大设计压力为5．5MPa。

3帷幕灌浆的实施

帷幕灌浆实施过程中，根据不断揭示的新情况，可随时对灌浆孔的排数、孔距、孔深和范围等进行调整。一个安全、经济的帷幕，应该是根据大坝不同部位的需要和不同的地质情况，用量体裁衣的方法做成的，常常是参差不齐、疏密不均、厚薄不等、防渗标准不同的。要实现这一目标，必须要有设计、施工、监理等几方的密切合作，并需要采取以下措施：

（1）对重点部位要先安排进行重点灌浆，重点部位指较高的坝段、坝底面附近、透水性超过要求标准较多及软弱岩石等显然有必要进行灌浆的地区。透水性普遍较小的坚硬岩石可先进行适当灌浆，或留在蓄水后根据观测结果再决定是否进行帷幕灌浆。

（2）当帷幕有多排布孔时，除非地质条件完全清楚，一般应先做主排孔，后做副排孔。当河床部位基础进行高压灌浆后，可取消副排孔。通过主排孔的施工可以进一步摸清地质情况，明确哪些部位可需要几排孔，哪些部位可做少量加密孔，从而把有可能节省的部分节省下来。

在实际工程中，有些基础条件较好的混凝土拱坝，虽然设计布置了帷幕灌浆孔，但在压水试验或施工中，因吸水量或吸浆量小，而取消了部分地段的帷幕或减少了帷幕孔。

如欧阳海拱坝（坝高58m），坝基为花岗岩，一般较完整，原设计布置了1排帷幕孔，但施工中，在4#—11#坝段打了18个试验孔，一般吸水率小于0.1Lu，因此除在12#坝段的张开裂隙处布置了4个孔外，其他坝段帷幕孔取消；石门拱坝（坝高88m），在8#—12#坝段基岩上游段为透水性小的钙质云母片岩，其吸水率小于1～0．1Lu，故未设帷幕孔。两岸3#—5#坝段、13#～15#坝段取消了Ⅱ、Ⅲ序孔，原设计基本孔距为2m，实际施工时孔距调整为4~8m;向洪甸拱坝（坝高85．5m），原设计为单排帷幕，基本孔距为3m。由于右岸基岩完整，漏水率小，故取消了部分帷幕灌浆孔，实际孔距为6～12m，而1#坝段及坝头均未灌浆；泉水拱坝（坝高80m）坝基为花岗岩，3#和8#坝段也取消了部分灌浆孔。上述工程在运行中情况正常。