1、第六章大壩基巖防滲帷幕設計防滲帷幕簡單的定義為：在大壩基巖中建造的一道連續的、完整的、較大壩基巖滲透性 低的、平面上呈條帶狀、立面上形似舞臺上的帷幕的防滲結構。根據工程具體情況還要求幕 體的滲透性達到一定低的標準。在巖石地基上筑壩，為了防止壩基滲漏，多采用灌漿方法建造防滲帷幕，簡稱“灌漿帷幕”，利用這種防滲措施并結合排水是減少大壩基巖滲漏、降低揚壓力的主要的和有效的方法。灌漿帷幕和排水設計的基本原則是先灌漿以防滲，后排水以降壓。也就是說，先通過灌 漿帷幕將基礎巖石滲漏減少到一定程度后，再做排水，這樣對基巖的防滲和穩定最為有效。 這種措施一般可分為三種情況：(1)透水性強的地區，灌漿帷幕防滲效果

2、一般均較顯著，宜采用以“阻”為主，結合排水 的措施。(2)透水性弱的地區，灌漿帷幕防滲效果一般不會很顯著，因滲漏量不大，故宜采用以“排”為主，結合少數量的帷幕灌漿的措施，詳見本章第七節。(3)特殊地質條件地區，例如斷層、擠壓破碎帶、泥化夾層等，有時巖石透水性雖不大， 但為了防止管涌，確保基巖的滲透穩定，仍常采用“阻”、“排”并重，或以“阻”為主，結合排水的措施。同時在排水孔中，應采取專門措施，以防止細顆粒土流出。根據實踐經驗，在透水性比較大的地區，防滲帷幕常能使壩基幕后揚壓力降低到約0. 5H(H為水頭)；而防滲帷幕結合排水措施，常可使壩基揚壓力在帷幕后主排水孔處降低到 0.2H 0.3H。第

3、一節灌漿帷幕設計應考慮的問題為了做好灌漿帳幕設計工作，一般應考慮下列一些主要的問題。一、查清地質情況為了保證帷幕設計和施工的正確性，一般要求地質工作盡量做的全面、深透，不僅應查 明影響大壩滲透穩定的主要地質缺陷和水文地質條件，還應進一步闡明其特性，特別是對于 溶洞、裂隙、斷層、破碎帶等更應詳細闡述。只有將地質情況查清后，才能正確地選擇地基 處理方案及相應的施工工藝。實踐證明，順河斷層是庫水最易滲漏的通路，必須予以特別注意。遇到這種斷層，除采 用結構措施外，還應采取相應的防滲措施。例如有的大壩在帷幕線上斷層通過的部位，采用 了建造防滲井的措施；有的大壩除在帷幕線上斷層通過的部位采用多排孔灌漿外，

4、在帷幕上 游斷層所在部位還采用深孔固結灌漿和加強防滲的措施等。既使是規模小的順河斷層，也應 予以重視，同樣地應采取必要的加強防滲的措施，千萬不可疏忽大意。二、做好灌漿試驗基巖防滲采用灌漿方法處理，應有一定的適用范圍和條件，并且帷幕技術參數(如孔距、排距)及灌漿施工工藝(如灌漿壓力，施工順序等)也將因大壩基巖地質條件的不同而異。因此,在地質條件比較復雜或大壩很高的情況下，在查清地質情況后，往往還需在筑壩地區選擇有 代表性的地段，針對某些主要問題，進行灌漿試驗工作，并以試驗所得的資料，作為灌漿設 計和施工的主要依據。高壩例如三門峽、烏江渡、潘家口、三峽、水布堰等大壩均進了一次 或多次比較全面和細致

5、的灌漿試驗工作，取得了可靠的資料和需要的技術參數，保證了設計 的準確性和灌漿施工的順利進行，達到了預期效果。三、擬定周密的設計方案在查明地質情況，做好灌漿試驗工作的基礎上，結合水工建筑物整體布局，選定設置 帷幕的部位和結構形式 (深度、厚度和長度)，并根據水工建筑物的重要性及其計算條件， 選定防滲標準與質量檢查方法。當基坑開挖后，地質條件如有變化，則在任何條件下，都要按開挖后實際的地質情況調 整帷幕結構，使其更符合客觀情況。四、考慮備留日后帷幕補修、補強灌漿的施工條件由于大壩基巖地質條件多變和灌漿技術的局限性、復雜性，帷幕灌漿比較難于做到盡善 盡美。即使灌漿帷幕質量很好，經過若干年運行后，也有

6、可能出現一些問題。為此，在進行 帷幕設計時，應考慮為日后補灌工作創造有利的施工條件，如設置足夠尺寸的廊道，預留補 充灌漿的施工部位，以及必要時可以降低庫水位的措施等，使以后工作不致被動。五、妥善安排灌漿施工工序帷幕灌漿施工設計中，應注意在大壩修建期間其它各工序的施工情況，要相互聯系，密 切配合，避免干擾。妥善地安排好灌漿施工工序。六、壩基帷幕后設置測壓孔為計算幕后揚壓力系數，應在壩基帷幕下游設置測壓孔，一般情況下每個壩段或每隔 1624m范圍內應設置一個。測壓孔采用鉆孔方法成孔，孔口裝有三通，既能安裝壓力表測 試揚壓水位，也可測試涌水量。測壓孔不宜采用滲壓計替代，主要理由為：滲壓計埋設時 間在

7、前，而帷幕灌漿施工在后，灌漿有可能將滲壓計破壞或影響其測試精度；滲壓計不能 測試涌水量。第二節灌漿帷幕設計的特點灌漿帷幕設計與一般的水工建筑物設計有所不同，因帷幕設計中應用的參數較多，且難 于準確地計算，在很多情況下還需憑借施工實踐經驗和參照已有的工程實例進行設計。灌漿 帷幕設計的特點是：(1)灌漿帷幕設計常常不是一成不變的，隨著基坑的開挖和灌漿施工的逐步進展，常會揭露出或新發現一些以前沒有預料到的情況，因而可能有些改動，甚至有較大的修改。帷幕灌漿設計最基本、最重要的地質資料是帷幕線上的工程地質和水文地質滲透剖面。這項資料在勘測階段，由于真正位于帷幕線上的勘探孔一般較少，孔距很大，所以其反映的

8、 地質情況，對灌漿設計來講，往往精度不夠，不能滿足要求，并且在基礎開挖后，由于卸荷 和爆破等的影響，巖石的透水性較原先也會有所變化，只有在灌漿施工正式開始后，根據先 導孔和I序孔的地質和灌漿資料，才能使之逐漸完善和準確。由于地質條件一時難于被完全 揭露清楚，也很難于精確掌握，灌漿施工情況又常有異，且帷幕設計中的參數較多，故而在 灌漿施工過程中常會出現修改設計的情況，例如有些壩段需要補加灌漿孔，有些壩段可以削 減灌漿孔；有些灌漿孔需要加深，有些灌漿孔的深度可以減少；有時在某些部位需要增加或 減少灌漿孔的排數等，這些改變都是正常的現象，業主、監理與施工部門對此均應理解，并 應密切配合、協作。(2)

9、灌漿帷幕設計應根據帷幕線上不同的地質條件和水工要求而定，全工程并不是完全一致的。如有的部位可以布設兩排孔或三排孔，必要時，還可能再加一排化學灌漿孔；而有的 部位可以僅布設一排孔；有的部位需要采用自上而下的灌漿方法，而有的部位卻可以采用自 下而上的灌漿方法等。地質條件愈復雜，帷幕設計的類型將會愈多，對施工的技術要求，也 將會隨著工程的進展而有不同程度的改變。(3)帷幕灌漿設計人員應熟悉灌漿施工技術。根據我國目前情況，灌漿帷幕設計人員的職責，不僅要確定帷幕結構(如灌漿孔排數、孔距、排距、孔深、帷幕線位置和長度等)，而且還要制定主要的灌漿技術要求 (如灌漿方法、灌漿壓力、漿液變換、結束標準，以及沖洗

10、、壓 水試驗和質量合格標準、 檢查方法等)。這些帷幕參數和技術要求對帷幕的質量、進度和工程造價等都有很大關系，而灌漿施工人員的主要職責僅是依照灌漿技術要求進行施工，如需要 改變技術要求，需征得監理和設計的同意。所以設計人員不僅必須熟悉灌漿業務和灌漿施工 技術，還應深入工地隨時掌握現場灌漿進行情況，便于及時發現問題和解決問題，同時也可 以和施工人員相互研究，聽取意見，改進施工工藝，修改設計，使灌漿設計更趨完善，更適 合該工程的具體條件。第三節灌漿帷幕的位置灌漿帷幕的位置，依據大壩形式及其基礎應力狀況而定。 一、混凝土重力壩圖6/阻廢土重力坂18巖 常裁椎幕的位置 t一菊瓶廊ah工一重聚催募的結扎

11、* 0汨Ltkllh 或 0. XL灌漿帷幕布置的原則是盡可能靠近大壩的上 游面，這樣對降低揚壓力有利。一般情況下，帷 幕中心線多設在距上游壩踵0.06H。0.1Ho的部位(Ho為壩前最大水深，即指在正常高水位時，壩前 由基巖面起算的水深)，或0.1倍左右壩底寬度的 部位，見圖6-1。帷幕灌漿施工，可在上游壩面底 部或是在灌漿廊道中進行。表6-1中的附圖是日本混凝土重力壩中常采用的幾種防滲帷幕的形 式，可供參考。A型比較理想，Ci型和A3型較易施 工O為了降低壩基的揚壓力，還應設置排水系統， 使之與灌漿帷幕相互結合，共起作用。二、拱壩一般拱壩基礎底寬較小，通常僅為壩高的 15%- 40%。在設

12、計拱壩時，上游壩踵處常常會出 現有拉應力，在這種情況下，帷幕的位置應設置 在壓應力區之內，以便防止破壞。拱壩的基礎巖石和兩岸承受拱壩主要推力的巖石， 壓力對壩身穩定的影響不很大，帷幕主要是起防止滲漏的作用，但幕后排水設施仍有必要。 特別是兩岸拱座部位的排水設施，尤應加強。重力拱壩帷幕設置的原則，可參照重力壩中所述。三、土壩和帷石壩灌漿帷幕的位置，根據壩內防滲體的位置而定，有設置在壩的上游面處的， 見圖6-2(a);有設置在基礎中部的，見圖6-2(b),但是帷幕本身都必須與壩內防滲體緊密相連，以達到有效阻水的目的。四、混凝土面板帷石壩灌漿帷幕一般是沿趾板中心線布置。圖6-2 土石場基砒的濯漿椎幕

13、位置粘土斜墻根f 3）站土心墻現 1 一防海體* 2-MXttW第四節灌漿帷幕防滲標準和灌漿壓力灌漿帷幕設計首先考慮的應是帷幕的防滲標準和灌漿壓力。一、帷幕的防滲標準帷幕的防滲標準關系到大壩基巖的滲漏量與滲透穩定，也與帷幕灌漿施工造價密切相關。故必 須持慎重態度。帷幕的防滲標準一般應是根據壩型、壩高、基巖地質條件、庫水使用價值以及其他有關因素等 確定。而最主要考慮的應是兩個因素：一為大壩基巖的滲透穩定；二為庫水的經濟價值。霍爾斯貝(Houlsby.A.C )于1976年著文提出一種新的灌漿帷幕防滲標準見圖6-3。這個標準將大壩型式、基巖特性、帷幕的排數以及庫水的經濟價值等結合起來一并考慮，可供

14、我們參考。來水制損失的經軒怏值T堀型單排博幕時采用催- 7 lOLu三排或三排以上的 修暮采用值5-7Lu值款士重力發.然加. 克里原有排水登AP圖6-3帷幕的防滲標準1 .壩基巖石滲透性大于方格內的呂容值時，需要灌漿；灌漿帷幕需要達到方格內的呂容值。2 .此標準僅具有指導意義，各壩址可根據具體情況加以修改。3 .此標準僅適用于巖石灌漿，主要用于表面段，巖層部位較深處允許采用更大值。4 .當按此圖標準確定無需灌漿時，也應相隔一定距離打一定數量的校核孔。從總的趨勢看，國內關于灌漿帷幕防滲標準問題傾向于逐漸放寬。根據混凝土重力壩設計規范 DL5108-1999規定：壩高100m以上，防滲標準透水率

15、 q=13Lu ; 壩高=100m50m, q=35Lu;壩高50m以下，q=5Lu。抽水蓄能電站上庫或水源短缺的水庫，q值控制標準宜取小值。SL2742001碾壓式土石壩設計規范 規定：1級、2級壩及高壩灌后基巖的透水率宜為35Lu,3級及其以下的壩透水率宜為510Lu。抽水蓄能電站上庫可取低值。從基巖防滲的要求看，透水率q=1Lu的標準已經是不低了，一般情況下，較此再小的標準例如要求q=0.5Lu等似無必要。另外，一座大壩基巖灌漿帷幕防滲標準也可根據該部位承受水頭的大小和該部位在工程上的重 要程度采用兩種或三種的，例如貴州省東風水電站大壩基巖灌漿帷幕防滲標準就是采用三種，參見第十二章第五節

16、第n工程實例。二、灌漿壓力（指中值）灌漿壓力是提高帷幕灌漿質量和保證帷幕灌漿質量的重要因素之一。關于如何選用灌漿壓力問 題，在前第四章第五節中已予闡述，在本章中再次提出，主要目的是提醒設計者在選用高壓時應注 意的事項。從近期一、二十年的設計情況看，國內帷幕灌漿比較傾向于使用高壓，在選用高壓時需注意下 列問題。1 .設計原則上講，一般情況下，采用的灌漿壓力應以不使巖體劈開，不引起永久變形 為好，否則必須通過現場試驗和詳細論證。2 .在巖溶發育地區修高壩， 為了使溶洞內的充填物固結、密實，常常使用高壓。根據實踐經驗，一般情況下灌漿壓力為 56MPa就夠了，大于6MPa的灌漿壓力似無必要。3 .宜考

17、慮大壩承受水頭的因素，一般情況下壩高100750m時，帷幕灌漿壓力不宜大于4倍壩前水深；壩高150200m,不宜大于3倍壩前水深。4 .宜考慮巖體結構和巖體強度，巖體結構是緩傾角水平層狀的巖體和抗壓強度低的巖體，如頁 巖、板巖、泥質砂巖等，不宜采用過大的灌漿壓力。與帷幕的防滲標準一樣，一座高壩的基巖帷幕灌漿也可由于各部位承受壩前水頭的不同，而采 用兩種或三種灌漿壓力。三、混凝土面（或巖面）抬動無論選用任何灌漿壓力均應以不引起混凝土面（或巖面）抬動，或抬動不超過允許值為準。切 實防止由于上抬而使混凝土產生裂縫，影響水工建筑物的整體性。一般規定：混凝土面上抬值應小 于0.2mm,且帷幕灌漿應在無抬

18、動工況下進行。第五節灌漿帷幕的形式和深度一、帷幕的形式1 .封閉式帷幕灌漿帷幕深入基巖的相對不透水巖層，基本上全部截斷滲流的，稱為封閉式帷幕。這種帷幕的 防滲效果好，在可能的條件下，大壩基巖宜采用這種形式的灌漿帷幕。英國葛蘭德對歐美一些大壩灌漿帷幕所進行的分析認為，對于均質透水巖層，即使帷幕深度達 到透水巖層厚度的 90%,而經過其余10%透水巖層厚度的滲漏量，仍然高達相當于完全未處理（即 沒設帷幕時）時滲漏量的 35%。這說明帷幕深度應該深入到相對不透水巖層，才能收到顯著的防滲 效果。2 .懸掛式帷幕在相對不透水巖層埋藏較深的或分布無規律的壩址區，其帷幕深度沒有達到相對不透水巖層的， 稱為懸

19、掛式帷幕。采用這種形式的帷幕，一般常需配合其它的防滲措施，如在上游設置鋪蓋，下游 增設排水設施等。當帷幕由兩排或多排鉆孔組成時，各排鉆孔深度有時不同，有些鉆孔深達相對不透水巖層，起 到主要防滲作用，稱為主帷幕。其他幾排帷幕孔較淺，主要是增進基巖的整體性、密實性，加強防 滲效果，稱為副帷幕。對于混凝土重力壩來講，這兩種帷幕有的是在同一廊道內施工，有的則不同，主帷幕在廊道內施工，而副帷幕在壩的上游面底部施工（如圖 6.5-1）。在后者情況下，主帷幕孔多向上游傾斜或是 垂直，副帷幕則向下游傾斜，使主、副帷幕孔隨著鉆孔深度的增加而逐漸接近。有時恰與此相反， 主帷幕在壩的上游面底部鉆孔，而副帷幕卻在廊道

20、內鉆孔，見圖6.5-2，這種形式，一般不常采用，因主帷幕施工時間易受限制，且干擾大。圖6-5主、副帷幕位置1-主帷幕；2-副帷幕圖6-4灌漿帷幕形式1-主帷幕；2-副帷幕；3-相對不透水巖層；4-排水孔二、帷幕的深度壩基灌漿帷幕深度最好是能深入基巖的相對不透水巖層，這樣做效果好，已如前述。但若相對 不透水巖層埋藏很深，則只好選用懸掛式帷幕了。懸掛式帷幕深度應根據地質條件、地層的透水性、壩基揚壓力允許值、壩基排水措施等因素， 結合大壩工程實際需要，參照滲流計算成果及其它類似工程的實踐經驗，綜合考慮確定。一般情況 下主帷幕深度不宜小于壩前最大水深的30%。國內一些大壩，其帷幕深度一般約為壩高的45

21、%,見圖6-6 （圖中每一小圓圈代表一個壩），其變化范圍多在 30%70%之間。美國有的單位總結了許多大壩的灌漿帷幕設計與施工的經驗，認為在一般地質條件下，帷幕深度可為壩前最大水深的 40%,其變化范圍在 20%70%之間。英國葛蘭德統計了歐、美一些大壩的帷幕深度與壩前最大水深關系的資料，見圖6-7 （圖中每一D=式中 D帷幕深度（m）Ho3+C小圓圈代表一個壩）。并提出了確定帷幕深度的簡單公式。H0壩前最大水深（m）;C常數，一般取 825m。在同一個壩，由于各個部位的條件不同,10020406080 IW 120 14Q 16Q。 5Q 10C1&Q卯 0茹。垠甫JK大水深日 白巖

22、鬲畫算超）o O S (曰5制法H第曜署圖36幡暮深度與壩高的關系圖6? 幡暮深度與填前量大水深的關系在河床部位，帷幕深度規定進入相對不透水巖層5m；而在左岸壩肩部位，壩高自該處巖面算起僅2035m,但巖石破碎，透水性大，相對不透水巖層埋藏很深，所以帷幕深度規定為該處壩高的1倍左右。一般情況下，當帷幕鉆孔深度超過100m后，施工比較困難，鉆孔容易偏斜，影響帷幕的連續性和完整性，工程造價也高，很不經濟，所以壩基帷幕鉆孔深度以不超過100m為宜。這里必須指出，帷幕鉆孔深度與帷幕深度有時是不一致的，通常有兩種情況：(1) 帷幕鉆孔的深度就是帷幕的深度，見圖6-8。(2) 各層灌漿平洞中鉆孔深度之和為

23、帷幕的深度，見圖 6-9。圖6-8幡幕的深度d一鉆孔程度帚深度r L透水率圖6-9鉆孔上下相互匍接情況下的罐幕豫度 小、曲、烝-各弟甲附內鉆孔的深度.D-博其深度,1 一期殖4 2-塞蒙平母，L透水率SI 6-10上下幡落相百而接剖面圖 一烹蒙育道一相紫椎X： 一般精/聲當壩基的相對不透水巖層埋藏很深，需要設置較 深的帷幕時，為了施工方便而又不使鉆孔深度過大， 常常在兩岸專門開挖幾層平洞，在平洞內進行鉆孔灌漿。這樣，由兩岸各層平洞中所鉆的灌漿孔，即構成 上下相互銜接的帷幕，見圖 6-9和圖6-10。在巖溶地 區修建的高壩，也常常采用這種類型的帷幕，例如烏 江渡大壩、隔河巖大壩等防滲帷幕就是采用

24、這種類型 的。拱壩由于地形條件的關系，在兩岸也經常采用開 挖平洞方法，在平洞內進行鉆孔灌漿。例如意大利桑 塔久斯庭納拱壩就是在兩岸專門開挖的三層平洞內 進行鉆孔灌漿的。第六節灌漿帷幕的厚度和長度一、設計帷幕厚度應遵循的幾項原則帷幕的厚度主要是根據地質條件，帷幕允許的水力坡降，大壩基礎的防滲標準和幕體本身的密實性、穩定性而決定的。（1）在致密、堅硬、裂隙少、透水性小的巖石基礎中，設置一排孔的帷幕即可。在巖石 破碎、節理裂隙發育、透水性大的地區，為了保證幕體的密實性，減少滲透性，使巖石透水率按設 計要求達到13Lu,常常需要設置二或三排鉆孔組成的較寬的帷幕。（2）在復雜的地質條件下，如巖石中遇有大

25、的斷裂構造，或是含有可溶性巖層，或是巖 溶強烈發育、大量漏水等情況，應考慮設置較寬厚的帷幕，帷幕鉆孔也常為兩排或兩排以上。（3）對于高壩，為了降低壩基揚壓力值，或由于某些原因，對壩基巖體防滲性要求很高 時，也應考慮設置較寬的帷幕。二、灌漿帷幕鉆孔排數的選用我國修建的一些較高的大壩，除少數基巖地質條件良好者外，一般的防滲帷幕多由23排灌漿孔所組成，其中一排多深達相對不透水巖層，其它各排較淺，起增強帷幕上部的防滲和穩定作用。美國有的單位主張帷幕灌漿施工應采用單排鉆孔，由該單位負責施工的大壩，水頭在400ft（約等于122m）以下的，大壩基巖防滲多采用這種單排鉆孔的帷幕形式。蘇聯有的人員意見是：當一

26、排灌漿帷幕鉆孔的最終距離已縮短至0.5m而仍未達到規定的防滲標準時，建議帷幕鉆孔應增為兩排。日本修建的混凝土重力壩，大壩基巖灌漿帷幕多采用主、副帷幕形式，比較高的大壩，主帷幕多為兩排；拱壩基礎的灌漿帷幕采用一排的較多，見表 6.3-1.通過工程實踐，我們認為在地質條件復雜、巖石破碎、裂隙多、透水性大的基巖中建造帷幕，如果要求幕體透水率 q<1Lu時，可設置三排鉆孔，其孔距可稍大一些。灌漿時先灌邊排，后灌中間排，擠密壓實，這樣做灌漿效果好，帷幕也較厚，而鉆孔工程量并不一定多。例如朱莊水庫大壩河床第8、9、10號三個壩段，壩基透水性大，帷幕設計為三排灌漿孔，孔距3m。灌漿后效果良好，其工程量

27、與孔距 1m的單排孔相同。對地質條件比較好的壩基，壩工設計對基礎巖石又沒有特殊要求時，其帷幕組成是設計一排孔，還是兩排孔，如何考慮孔深、孔距，則應結合具體情況通過灌漿 試驗確定。兩排孔或多排孔組成的帷幕，排距一般不再變動。根據地質條件的變化，需要補加灌漿孔時，一般多在各排上補孔加密，縮短孔距。故在設計灌漿帷幕時，一般的原則應為排距小于孔距。三、帷幕厚度設計帷幕厚度與帷幕幕體內的水力坡降的最大允許值有關，并可用式6.6-1表示：88(6.1)6-2可以作為設計時的參考。Ia=H即T=HTIa式中Ia帷幕體內（即帷幕前后）的允許水力坡降，表8通過帷幕的水頭衰減系數（ 沖帷幕前后的水頭差水頭H 水頭

28、（m）;T帷幕厚度（m）。表6-2帷幕厚度與幕體允許水力坡降的關系帷幕厚度T （米）允許水力坡降I a< 1101218>2256-3。對混凝土重力壩巖石基礎的防滲帷幕，其幕體允許的水力坡降值見表表6-3防滲帷幕幕體允許的水力坡降值幕體透水性允許的水力坡降值透水率q (Lu)滲透系數K (cm/s)I a< 5<1 X 10-410< 3<6X 10-515< 1<2X 10-520對懸掛式帷幕，通過帷幕的水頭衰減系數8的近似值，可按表 6.6-3中的資料求得。表6-4水頭衰減系數與帷幕形式的關系壩底寬度B與帷幕深度S的比值帷幕型式B 飛一 &l

29、t;1B 十-12SB >2水頭衰減系數S近似值0. 850.750.750.700.700.65注：帷幕后有鉛直排水。四、帷幕厚度與孔距、排距等參數的關系假定條件如下：(1)受灌介質是均質巖層，漿液擴散范圍呈 圓形，其有效半徑為Ro(2)各灌漿孔灌入的漿液彼此相互連接，不 使幕體留有空隙，而又不相互搭接過多，造成 鉆孔工程量的增加。理想的各灌漿孔漿液擴散范圍相互連接情 況如圖6-11所示。圖中三角形 ABC為等邊三角形，由幾何關 系得出以下幾項關系式：孔距與排距的關系L=Dsin60 : 即 D=1.15L(6.2)孔距與漿液擴散半徑的關系D=2Rcos30 °,即 D=1.

30、73R(6.3)幕厚與孔距的關系T =qtg30° + (N- 1)sin60 其中N為帷幕鉆孔的排數。圖6 1客灌第幾蒙液擴敝葡葡理想迷接情況 抖、八孔距血人上一排脂Cm)； 夫一察液始做率檢(mhT1抻， 二排，三排的幡幕厚度(nO,即 T = (0.87 NI- 0.29 ) D (6.4)根據式(6.4)得：一排鉆孔帷幕厚度Ti=0.58D二排鉆孔帷幕厚度 W.45D ;三排鉆孔帷幕厚度 W2.32D。幕厚與排距，幕厚與漿液擴散半徑的關系T = (1.5 N-0.5 ) R(6.5)T = (N-0.33) L(6.6)以上是在理想的均質的條件下理論計算的成果，實際上漿液在巖

31、石中的擴散情況多系沿裂隙灌入，呈樹枝狀，并非圓形；灌漿孔的孔排距也不能保證漿液擴散恰如圖6.6-1中所示的情況，故上述的關系式純屬理想，并不能直接用于工程中。為簡便計，在工程上常采用下述方法估算帷幕的厚度：單排孔帷幕厚度約為孔距的70%-80%多排孔的帷幕厚度約為兩邊邊排之間的距離再加上邊排孑L孑L距的60% 70%五、漿液擴散半徑的估算估算漿液擴散半徑 R的公式很多，這里僅列出在裂隙均勻分布的巖石中，較為常用的一個公式 和隆巴迪公式僅供參數，難以實際應用。1.常用公式:2Kt 1 Hr(6.7)式中 K 灌漿前巖層的滲透系數；t 灌漿的延續時間；H灌漿壓力，以水柱高度計；r 鉆孔半徑；科1、

32、科2 水與漿液的粘滯系數;n巖層的有效孔隙率。2 .隆巴迪公式Rax =PmaXt(6.8)隆巴迪采用力的平衡法表示出縫寬為2t的縫中，漿液最大擴散半徑 Rma掰計算公式。表明Rmax依下列三個因素而變；最大灌漿壓力Pmax縫的寬度2t ;以及漿液的內聚力 Q六、灌漿帷幕長度確定的原則為了減少繞壩滲流，降低兩岸孔隙水壓力，以保證岸邊壩塊的穩定，灌漿帷幕往往需要沿壩軸 線向兩端延伸一定距離，其延伸長度應依地質條件確定，一般可根據下面兩個原則考慮；(1)帷幕延伸至水庫正常高水位與相對不透水巖層標準范圍線在兩岸的相交處，見圖6.6-2.(2)帷幕延伸至水庫正常高水位與水庫蓄水前兩岸的地下水位線相交處

33、，見圖6.6-3。如果缺少以上資料，或是按上述兩項原則計算，帷幕線需延伸很遠時，則可根據當地地質條件 和水工設計實際情況，暫定向兩岸延伸3050m或再稍長一些。待大壩竣工蓄水后，觀測滲漏情況，如有必要，再行延伸。圖612帷幕長度設計之一A一正常高水位與相對不透水巖層線相交處；1一相對不透水巖層標準范圍線；2原河床水位；3一大 壩建成后的正常高水位；4一灌漿平洞；5一帷幕灌 漿孔；6一排水孔A一正常高水位與原地下水位線相交點；1BB'線，即蓄水后地下水位線；2AA'線，即原來地下水位線；3一灌漿平洞；4大壩建成后政正常水位；5原河床水位；6一相對不透水巖層標準范圍線；7一帷幕灌漿

34、孔；8一排水孔第七節弱透水巖石壩基防滲帷幕設計在弱透水性巖石（通常系指透水率q小于13Lu的巖石）地基上建壩，關于帷幕應如何設計的問題，意見較多。都認為這是個關系到能否保證大壩安全，節約資金和加快工程進度的大問題，需 要詳細探討和認真對待。我國三門峽、龍羊峽、潘家口、白山以及長江三峽等大壩基礎巖石中，有 大部分巖石屬于弱透水性的，簡要地總結一下這方面的設計經驗是有好處的。任何事物都不是絕對 的，有其一般性，也有其特殊性。關于這一問題，這里僅概略地、原則性地談談我們的認識和看法。本節所論述的主要限于 70m以上的高壩；對于兩岸壩肩水頭小的部位以及中壩、低壩，可作適當參 考，不在此限。一、設計原則

35、在弱透水性基巖中，灌漿帷幕效果一般不是很顯著的。如果巖石比較完整，又沒有如斷層、擠 壓破碎帶、泥化夾層等特殊地質情況時，原則上宜采用以“排”為主的措施。二、設計思路和設計依據對于帷幕灌漿來講，灌漿設計應有足夠的地質資料作為依據，而勘測階段提供的帷幕線的工程 地質與水文地質滲透剖面，精度往往不夠，有些工程在設計帷幕線上只有極少數勘探孔甚至一個沒 有，需要補充。在帷幕灌漿施工中，又常常利用前一批灌漿孔的資料來指導后一批灌漿孔的設計與 施工；而后一步所采取的措施，也往往取決于前一步所實施的結果，因而帷幕設計有時需要進行小 量修改，這是灌漿工程的特點。弱透水基巖防滲帷幕設計也是如此。所以，我們覺得在這

36、樣基巖中 是否不做帷幕或少做帷幕，需要在下述條件的基礎上進行考慮和研究；1 .首先在設計帷幕線上應有足夠的地質勘探孔，說明基巖透水性情況，有較多工程宏觀看基巖透水性小，透水率 qwi3Lu的占80% 90艱上，但通過加密勘探孔或灌漿先導孔細查， 發現有小斷層，破碎帶等透水率大的部位。2 .還需了解每個壩段巖石透水性強弱的程度和分布狀況，了解巖石在設計灌漿壓力下 吸漿的情況。有的巖體在灌漿壓力小于1MPa時，吸漿量很小；大于 1MPa時吸漿量變大。3 .要有較大的把握，估計到在水庫蓄水后不會再行灌漿工作。因為水庫蓄水后，在高 水頭作用下，灌漿孔口易產生較高的涌水壓力，灌漿施工困難，對灌漿質量也有

37、影響。所以，若無 太大把握，一般寧愿在蓄水前多做一些灌漿工作，多掌握一些資料，從長遠觀點看，還是有利的。 當然，還必須結合節約一同考慮，做到兩者兼顧。二、設計萬案為了保證安全可靠，我們建議應該做到三個“一定”，就是：做一定數量的灌漿帷幕；少數帷幕灌漿孔需達到一定深度；灌堵可能存在的滲漏水量大的部位，將基巖滲漏量減少到一定的程度。帷幕設計為單排孔。灌漿先導孔孔距1218m孔深不小于壩前最大水深的30%- 50%或不小于4555m,實際上兼起勘探孔和灌漿試驗孔的作用，用以了解在帷幕設計深度范圍內巖體的透水情況和灌漿情況，并可據之簡略勾劃出滲透剖面圖。這樣就滿足了前第二項中所述第1、2款的條件。根據

38、先導孔壓水試驗和灌漿情況，結合水工設計要求，確定各部位灌漿帷幕孔的孔距、孔數、孔序 和孔深，不排除有在某些先導孔之間僅做排水，不再進行灌漿或僅進行少數量灌漿的情況。這樣進 行設計，工作主動，論據充分。總的想法是：對于高壩，完全采取排水設施而不考慮帷幕灌漿先導孔（或少數I序孔）配合是不很合適的。有時，鑒于工程的重要性，對基礎巖石提出較高的要求；或是為了某一特殊目的，需盡量降低 基礎巖石滲水流速或滲漏量時，即使大壩基礎巖石透水性較小，也常常進行一定數量的帷幕灌漿。這里還想提出的一點是，如果僅準備鉆設排水孔而不準備做或計劃少做灌漿帷幕孔的壩段，仍 應預留帷幕孔的位置，而在帷幕后依照常規設計排水孔的位

39、置鉆設排水孔，為以后萬一若仍需進行帷幕灌漿時，留有施工位置。第八節灌漿帷幕結構的驗算根據大壩基巖穩定計算要求、地質勘探資料和灌漿試驗成果，初步確定了帷幕結構形式、幕 深、幕厚和幕體滲透性。對于帷幕的防滲效果，降低揚壓力的程度及幕體本身的穩定性，則可依照 滲流理論建立物理和數學模型，采用有限元方法或其它方法進行計算。這里僅介紹一種比較簡便的 手算方法供參考。一、封閉式帷幕滲流計算假定透水巖層為有限厚，且為均勻介質。帷幕深入相對不透水巖層，相對而言，帷幕本身滲透 性雖很低，但并非完全不透水，滲流通過帷幕滲至下游，如圖6-14(a)所示。般對不忘水巖層填暢(a)")圖的14透水巖層為有限厚

40、度時的情歡出一水去t上下爵水位差八7一樓幕幕直*心一椎事馬上注及障制的距町川一幡黑與F醉承童網的距離f G一常貴厚度T 或 L3= -q T qc在這種情況下，可先將帷幕厚度T按其透水性變換為一個當量厚度|3(6.8-1 )式中K 灌漿前巖體的滲透系數；K灌漿后帷幕幕體的滲透系數；q灌漿前巖體的透水率；qc灌漿后帷幕幕體的透水率。這樣就將實際的計算條件轉換為圖6-14(b)所表示的設想計算條件，壩底寬度改換為L1 + L2 +L30假定基礎巖層為均勻介質，沿基礎巖層表面的滲透水頭可依照比例關系，近似地確定。在日C'兩點處的水頭值可以分別代表相應于帷幕前、后的水頭，而C'點的水頭

41、與總水頭的比值(H' c/H),即為揚壓力衰減系數 “1。B、C'兩點白水頭 偉、仕的數值如下：L2 + L3Li + L2+ L3L2Li + L2+ L3L2H=80m帷幕至Li + L2 + L3舉例：某大壩帷幕深入相對不透水巖層，為封閉式帷幕，已知帷幕上下游水位差上游壩踵與下游壩趾處的距離分別為Li=8m,L2=72m,帷幕厚度T為3.5m,基巖透水率q平均值為20Lu,帷幕防滲標準為1Lu,見圖 6-15 (a)。圖ET5封閉式施暮給構就算0.5H（即xi=0.5）;幕體水力坡降是否小于規試驗算：幕后水頭（即 C'點水頭）可否降到 范允許值。解：首先將帷幕厚度

42、換算為當量厚度L3= -q-T 型 3.5 70m oqc1滲徑總長 L=L1+L2+L3= 8+72+70=150m由圖6-15(b)求出B點水頭 HB=HL-L3 = 80 72+70 =75.7m L150L272-C 點水頭 Hc=H - = 80 =38.4mL150v 0.5C'點水頭 c ,38.4=.= r=0.48總水頭 80幕體水力坡降=75.7工淞43.5小于表62中的允許水力坡降 25;也小于表63中的20。帷累結構滿足要求、懸掛式帷幕滲流計算 假定透水巖層較厚，帷幕深度沒有達到相對不透水巖層，為懸掛式6.8-3所示。圖6-16懸掛式帷幕結構驗算（長度單位：m帷

43、幕。帷幕幕體滲透系數小，透水巖層滲透系數大，滲流沿帷幕邊緣滲至下游，如圖現假定滲流在鉛直方向的水頭損失較水平方向大一倍（此比值系根據巖石具體條件而定）。設qc、qi、q2分別表示帷幕幕體、壩基透水巖體、帷幕底部巖體的透水率值。先將帷幕底部厚度t ,變換為一個當量厚度 ti,則：qi11= - tq2則實際的計算條件可換為圖6.8-3 （b）所示的設想計算條件，滲徑總長L改換為l i+2d+ti+2d+l2。L-l i12LHb-Hc L-l 1-I2 H幕體水力坡降：揚壓力衰減系數:I= = 'tLtl2 a 1=L如果假定滲流在鉛直方向的水頭損失與水平方向一致，而帷幕底部巖體的透水率

44、值與壩基透水 巖體也相同時，則滲徑總長L應為l1+d+t+d+l 2,余者計算同前。舉例：某壩壩基帷幕為懸掛式帷幕，壩基巖體透水率q平均值為25Lu,帷幕底部巖體透水率為5Lu,帷幕上、下游水位差H=60m帷幕至上游壩踵與下游壩趾處的距離分別為：11=8m, 12=48m帷幕深度d=30m；帷幕厚度t=2.4m ,幕體透水率為 1Lu。試驗算：幕后水頭（即C'點水頭）可否降到 0.5H （即a 1=0.5）;幕體水力坡降是否小于規范允許值。解：仍假定巖體中滲流在鉛直方向的水頭鍋失較水平方向大一倍。依前述程序1=4 t =q225X 2.4 = 12m滲徑總長 L=l i+2d+ti+2

45、d+l2=8+60+12+60+48=188m揚壓力衰減系數121 1 =L<0.5幕體水力坡降I=L 1112LH188-8-4860二 X =-47.6t1882.4，小于表6-2圖6-17夾有中間層的透水巖層11透水層的厚度(11=11 z + 1 / ) ; 1 2 一帷幕的厚度；K、K2透水巖層，帷幕的滲 透系數；巾、h2一上游、下游的壓力水頭；1 透水巖層；2一帷幕(6.10)中的25,小于表6-3中的20,帷幕結構滿足要求。第五節帷幕的防滲效率灌漿帷幕的主要目的是減少大壩基巖內的滲流。今用簡單的公式，概略地估算一下帷幕的效率。圖6-17中所示為在透水巖體中間有一滲透系數低的

46、帷幕，兩者總的厚度為L。根據達西定律：V = KILh1 h2Q = VA = K - - AL在研究單寬的情況下，A=1。基巖不設帷幕時的單寬滲流量為:K1(h1-h2)/cc、Q =(6.9)L式中Q b不設帷幕時基巖的單寬滲流量；K1基巖的滲透系數；h1上游面水頭；h2下游面水頭；L壩基寬度(L=1 1' +1 2+1 1”)。6.9-1 )的設置帷幕(相當于在基巖中有一透水性很小的巖層)后的單寬滲流量計算式，與式( 情況相似，通過推導得出：K1 (h1 h2)K1(L 12)+ 12K2K1K2 (h1 h3)A =K2(L 12)+K112式中Qa設置帷幕后的單寬滲流量;K2

47、帷幕體的滲透系數；12帷幕的厚度；Ki上二 12 帷幕的當量厚度。K2根據定義，灌漿帷幕的防滲效率EC為:(6.11 )Qb QaQb將式（6.9 ）中的Q,式（6.10 ）中的Q代入式（6.11 ）,便得:Ec =12L12(1 - L(1 -爛K1(6-12)K2K2)+-K1K1人 K212 .令a = , （K2<K1 = , 3 =代入式（6-11 ）則得：K1L3（1-“）EC= -r3 （1-a） + a式（6-13）可用圖6-18表不'。由圖6-18中可以看出，當a為一定值時，3值愈大，Ec值愈大,防滲效率愈高。若3為一定值時，則“值愈小，E c值愈大，也就是說時

48、，或K1值愈大，在強透水性巖石中時，防滲效率愈高。(6-13)也就是說1 2愈大，帷幕愈厚,K2值愈小，帷幕的滲透性愈小ffi 6-18防滲效率與滲透系數比和層厚比的美系 ElIS*城摩，l看遁系數比，。=強； ，屆厚比，g *防滲效率Ec是個百分數，它僅表示經過灌漿后巖石基礎滲透流量較灌漿前減少了百分之多少。巖石基礎透水性大的，巳值易高；透水性小的，Ec值一般不易很高。所以，不要以Ec值的大小來作為評定帷幕灌漿施工質量標準。例如壩基巖石滲透系數 K1原先就很小，與帷幕滲透系數K2相接近，此時a值將近等于1,由式（6.13）計算，則防滲效率 Ec值將會很小，這就說明了為什么在弱透水基礎巖石中，

49、灌漿帷幕的效果一般不很顯著的原因，而這與帷幕灌漿施工質量好壞卻無關。為了提高防滲效率，在設計灌漿帷幕厚度和確定幕體的防滲標準時，均需慎重。第十節排水設計與施工巖石地基排水的主要目的是降低壩基揚壓力，對于混凝土重力壩來說，尤為重要。混凝土壩基巖一般均設置防滲帷幕和排水孔，水庫中的水通過帷幕后，壩基揚壓力值就有衰減， 通常稱其衰減系數為 ，；至排水孔處揚壓力又有衰減，稱其衰減系數為a 2（圖6-19）。一般情況下，對于混凝土重力壩，/1值需根據壩基地質條件、帷幕的結本及其滲透性而定，一般取 0. 450.6; 而a 2宜采用0.250.3。由于地質條件和地下滲流的復雜性，因此難以用準確ffl e-

50、19混款土力珈境將指壓力圖1 一面錯博暮中心線:工一主推水孔中心畿，一番壓力衰凌浜數：1一上暗水深1Hi一下游水廉的計算方法來進行排水設計，一般多根據大壩基礎巖石的 水文地質和工程地質條件，壩工設計的需要，結合帷幕設計，一并考慮。比較準確的排水設計，例如確定孔距、孔 深、排水效果等，需通過電模擬試驗才易獲得。例如葛洲 壩一期工程二江泄水閘護坦設計，采用了抽排方案，為了搞清經排水后，揚壓力能否降低到設計規定值，排水量究竟是多少，采取的孔距、孔深是否合理，在施工前做了三 向電模擬試驗。日本黑部第四大壩基礎排水設計也做了較 大規模的電模擬試驗。國內較多的重要工程在設計階段均 進行過電模似試驗。一、排

51、水孔的位置和布設排水孔一般分為主排水孔和副排水孔兩種。縱向主排水孔位于帷幕下游， 距帷幕較近，通常多與帷幕灌漿孔在同一廊道內，但應以在帷幕幕體及巖石內的水力坡降不超過允許值為限。帷幕灌漿孔多為垂直孔， 有少數工程采用向上游傾斜的孔。主排水孔則是向下游傾斜，見前圖6.5-1。一般規定，在基礎巖石表面處，主排水孔與帷幕下游排灌漿孔的間距不得小于2s故主排水孔向下游傾斜時角度常依所廊道底板混凝土厚度（m排水孔傾斜的角度<330°35225717°>715°表6-5主排水孔斜度表在部位廊道底板混凝土的厚度而定，例如潘家口大壩的主排水孔與灌漿帷幕孔布設在同一廊道

52、內， 主排水孔距帷幕下游排灌漿孔的間距為0.5m,主排水孔向下游傾斜的角度如表6-5所示。為了防止水力坡降過大，高壩有時在灌漿廊道下游專門設置主排水孔廊道，主排水孔與帷幕灌漿孔不在同一個 廊道內施工，在這種情況下，主排水孔向下游傾斜的角度 可小些，或為直孔。縱向副排水孔距帷幕較遠，對于高壩，常設置兩排或 更多排的副排水孔。從總的布局上看，高壩排水孔的布設多呈網格狀，除與壩軸線平行方向布設主、副排水孔外，在垂直壩軸線方向也布設幾排排水孔，與能者互相組成網格狀，更多的壩常利用橫向廊道鉆設排水孔。圖6.10-2是劉家峽大壩排水孔的布設情況示意圖。圖6.10-2劉家壩大壩地基滲流控制平面布置示意圖B一灌