特高拱坝防渗帷幕幕体厚度及高压长期压水试验研究
安鑫 唐应鹏
【摘 要】锦屏一级水电站为世界第一高双曲拱坝，坝顶高程EL1885m，最大坝高305m，在超高水头压力，对坝体轴线上防渗帷幕灌浆的防渗帷幕体厚度、强度、耐久性及抗疲劳性能指标提出了更高的要求。通过对坝基防渗帷幕进行高压长期压水试验，采用“五点法”反复交变的试验压力模拟大坝蓄水期间的水头压力，对防渗帷幕体进行非常规压水试验检测，并结合帷幕常规质量检查手段和方法，对坝体防渗帷幕在高水压力作用下的稳定性进行综合评价。
【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.
【关键词】特高双曲拱坝;幕体厚度;耐久性;疲劳压水试验;非常规压水试验
【Keywords】 ultra-high double-curved arch dam; curtain thickness; durability; fatigue pressure water test; unconventional pressurized water test
【中图分类号】TV543? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章编号】1673-1069（2019）09-0170-03
1 引言
锦屏一级水电站为混凝土双曲拱坝，坝顶高程EL1885m，最大坝高305m，水库总库容77.6亿m3，巨大的水头压力，对防渗灌浆施工提出了更高的要求;坝址区内岩性变化复杂，断层、软弱夹层、层间挤压错动带等地质缺陷发育，基础处理异常艰难。因此，坝基防渗帷幕对锦屏一级水电站305m高拱坝在水压力作用下的稳定性具有重要作用。
鉴于坝基防渗帷幕对大坝的重要作用，对防渗帷幕进行质量检查显得尤为重要，除对防渗帷幕进行常规质量检查外，还应对其进行幕体厚度检测以及高压长期压水试验以对防渗帷幕作出全面评价。
2 研究目的
2.1 幕体厚度检测
对帷幕幕体厚度进行检测以查明灌后不同地质条件帷幕幕体的实际厚度，验证用灌浆方法解决基础防渗问题的可能性。
2.2高压长期压水试验检测
通过对防渗帷幕进行高压长期压水试验，总结出防渗帷幕在长期压水情况下透水率的变化情况;验证防渗帷幕在高水头压力持续作用下的长期有效性;为后期施工各项施工参数的设定提供参考依据。
3 研究方案
3.1幕体厚度检测方案
根据左岸地质报告和前期帷幕灌浆过程中的地质揭示情况，设计帷幕灌浆幕体厚度检测方案，包括检查孔的布置形式，钻孔施工工艺及施工参数等，最终形成整套适用于Ⅲ1岩体以及断层、挤压错动带等软弱结构面的帷幕灌浆幕体厚度检测方案。
帷幕灌浆幕体厚度质量检查以检查孔压水试验成果为主，结合钻孔、取芯资料、钻孔全景图像等进行综合评定分析。
①压水试验。根据压水试验成果，提供检测区不同孔深防渗帷幕幕体厚度以及剖面示意图。②岩芯检查。检查孔进行岩芯采集，观察岩芯裂隙中水泥浆液充填、结石固结等情况。③钻孔全景图像。对幕体厚度检查孔进行钻孔全景图像检查，观察灌区岩体条件以及水泥浆液充填、结石固结等情况，并结合钻孔取芯情况分析水泥浆液扩散半径。
3.2 高压长期压水试验方案
在帷幕洞布置帷幕灌浆灌后高压长期压水试验孔，试验孔施工完成后对试验孔采用多级压力进行长期压水。
4 研究手段和成果
4.1 幕体厚度检测
4.1.1 检查孔布置及分段
由于帷幕0～30m钻孔段灌浆压力较低（1.5～5.0MPa），对浆液扩散影响较大，帷幕幕体厚度检测重点在钻孔0～30m左右孔段，检查孔深度确定为38m。
各幕体厚度测试区检查孔均布置在帷幕线上、下游，帷幕线上游布置2排，下游布置2排，每排检查孔间距2m。检查孔1与检查孔2、检查孔3与检查孔4的孔底间距均为2m，同时检查孔2和检查孔3孔底距帷幕孔均为2m。每个测试区检查孔数最少布置12个。
因帷幕灌浆平洞底板布置有孔深6～8m的固结灌浆和浅孔搭接灌浆，检查孔压水试验从8m以下孔深起，压水试验段长均为5m，第一段为钻进至入基岩8m后起算为5m，第二段为5m，第三段及以下均为5m。
4.1.2 幕体厚度检测成果
为了查明灌后不同地质条件帷幕幕体的实际厚度，分别对左岸1601m、1670m以及1730m高程进行了帷幕灌浆幕体厚度检测。对左岸1601m、 1670m以及1730m高程的检查孔进行压水试验、钻孔取芯以及全景图像检测，通过对检测结果进行分析得出1601m高程在孔深38m处幕体厚度为11.25m，浆液扩散半径达到4.00m;1670m、1730m高程在孔深38m处幕体厚度为10.92m，浆液扩散半径达到4.24m。帷幕厚度检查各项指标均满足设计要求。
4.2 高压长期压水试验
4.2.1 检查孔布置
高压长期压水试验在左岸1670m高程选取4个试验孔，压水7段;左岸1785m高程选取2个试验孔，压水3段。
4.2.2 试验方法
①左岸1670m高程 。每个试验孔在选取试验段时应避开孔口（0～10m）段，试验段长均为5m。压水压力使用两个压力比级，先将压力稳定在3MPa（1倍的水头），连续压水24h，再将压力升到并稳定在4MPa（1.33倍的水头），连续压水360h（15d）后结束。②左岸1785m高程。每个试验孔在选取试验段时应避开孔口（0～10m）段，试验段长均为5m。采用三级压力进行长期压水，压力分别为1MPa、2MPa、3MPa，先将压力稳定在1MPa，连续压水48h（2d），再将压力升到并稳定在2.0MPa，连续压水48h（2d），再将压力升到并稳定在3.0MPa，连续压水168h（7d），再将压力降至并稳定在2.0MPa，连续压水48h（2d），再将压力降至并稳定在1.0MPa，连续压水48h（2d）结束。
压水过程中使用自动记录仪进行压水试验的全程记录，同时用手工记录作为补充，每隔10min测记一次，现场记录与资料整理应及时、准确、真实、齐全、整洁，以便分析指导后序工作的顺利进行，并为验收工作做好准备。
4.3 试验成果
①在高压长期压水作用下，帷幕的防渗能力随着时间的延续以及压力的增大而衰减，透水率随时间的延续而增大。②每段的压水吕荣值均大于1（设计q≤1），此次高压长期压水不合格。
4.4 不合格原因分析
根据高压长期压水成果以及左岸地质情况分析可以看出，在微风化和弱风化的大理岩中，大部分岩体完整。以左岸1670m高程为例，试验资料表明在最大压力3MPa的情况下有新的裂隙产生，原有裂隙一般是闭合的或者被铁质和钙质充填，但也会被扩张;在4MPa压力下，局部裂隙规模部分被扩大或岩体中已胶结的裂隙被重新破裂及扩张，造成压水流量大增后并没有减小，说明吸水量未达到饱和或者是部分已达到饱和并且还有新的裂隙。
5 关键性技术问题研究
5.1 历史资料研读与分析是基础
历史资料研读与分析的重点是掌握地质构造缺陷部位、防渗帷幕质量检查未达标部位及渗流、渗压异常部位的具体地质条件及灌浆施工情况，分析灌浆施工中对帷幕质量的不利因素及影响，以及渗流量、坝基扬压力异常部位的成因等，据此确定帷幕检测的重点及钻孔检查的布置，指导现场检测工作的进行。
5.2 现场钻孔检查的布置原则
现场钻孔检查具有直观、准确的特点，根据历史资料研读与分析确定的重点部位进行钻孔压水检查和测试，是帷幕幕体厚度检测和高压长期压水检测研究的内容。本次检查孔布置原则如下：①已按施工图完成防渗帷幕的水泥灌浆;②完成灌后检测工作并满足设计要求;③代表Ⅲ1岩体以及断層、挤压错动带等软弱结构面。
5.3 检查孔参数
检查孔的布置形式、施工参数直接关系到帷幕幕体厚度检测和高压长期压水检测成果的准确性及代表性，根据工程地质及特点分析研究出合适的检查孔的布置形式及施工参数可以减少钻孔检查工程量，并使帷幕质量得到全面评价。
5.3.1 幕体厚度检测
幕体厚度检查孔孔深及倾角如图1和表1所示。
5.3.2 高压长期压水
1670m高程帷幕洞共布置3个高压长期压水试验孔。分别布置于帷幕灌浆洞桩号K0+100.00、K0+300、 K0+500，孔深均25m，孔向9度，每个试验孔取3个试验段，压水压力使用两个压力比级，先将压力稳定在3MPa（1倍的水头），连续压水24h，再将压力升到并稳定在4MPa（1.33倍的水头），连续压水360h（15d）后结束。
1785m高程帷幕洞长期压水共布置压水孔2个（Z1785-1和Z1785-2），分别布置于帷幕洞桩号K0+478.5m和K0+501.5m处，长期压水段次合计3段，其余段次不进行压水试验。Z1785-1号孔顶角为9度，偏向上游侧，Z1785-2号孔为铅垂孔。具体参数如表2所示。
6 结语
①对防渗帷幕进行帷幕幕体厚度检测和高压长期压水检测查明灌后不同地质条件帷幕幕体的实际厚度，验证防渗帷幕在高水头压力持续作用下的长期有效性，对防渗帷幕作出全面评价。②帷幕幕体厚度和高压长期压水试验研究是防渗帷幕质量检测的重要工作，研读与分析初期工程与防渗帷幕相关的地质、设计、施工、检查资料以及监测资料，是确定帷幕检测重点的基础，也是保证帷幕检测工作准确进行的关键。③现场钻孔检查工作应重点突出，可按照资料分析确定的重点，由难到易，推理论证，动态调整和优化，以减少钻孔检查工程量。
