搭接帷幕設(shè)計及施工技術(shù)問題分析與探討(水利水電技術(shù)2007.06)

帷幕搭接設(shè)計及施工技術(shù)問題分析與探討姜命強鄧文明（中國水利水電第八工程局基礎(chǔ)工程分局湖南長沙）摘要：帷幕搭接的設(shè)計及施工技術(shù)沒有規(guī)范可依，各設(shè)計單位之間也有不同的觀點，本文通過對近年來國內(nèi)各主要水電工程中搭接帷幕的設(shè)計和施工技術(shù)的總結(jié)，分析了搭接帷幕設(shè)計與施工中關(guān)于與主帷幕的施工依次、施工方法、施工參數(shù)、質(zhì)量檢查等主要方面，并提出了自已的見解，目的是拋磚引玉，引起業(yè)界對這一問題的重視，也希翼對水電工程建設(shè)中對這一問題的處理和規(guī)范有肯定的借簽意義。關(guān)鍵詞：地基基礎(chǔ)工程搭接帷幕分析設(shè)計施工依次前言大壩壩肩帷幕灌漿由于垂直深度和水平范圍都延長至數(shù)百米，為了灌漿施工的便利、保證灌漿質(zhì)量及日后修補，經(jīng)常在大壩壩肩每隔肯定的高差開挖水平灌漿平洞分層灌漿，在各層灌漿平洞之間分別形成帷幕，各層帷幕水平方向上有肯定的錯開，上下層平洞的幕體之間須要進行搭接，以形成連續(xù)的幕體,故有了“搭接帷幕”一詞。帷幕搭接采納兩種形式相結(jié)合，一種稱之為搭接帷幕（或連接帷幕、連接帷幕），一種是上層帷幕深化下層灌漿底板肯定深度。國內(nèi)許多大型水電工程的防滲帷幕都采納了這兩種方式進行帷幕搭接，如大朝山水電站、二灘水電站等。國內(nèi)大壩基巖灌漿技術(shù)在經(jīng)驗烏江渡水電站采納孔口封閉法進行高壓灌漿以來，發(fā)展到今日已經(jīng)相當成熟，關(guān)于灌漿的專著在市場上也許多，水電行業(yè)也早已有了較為科學(xué)合理的水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范。然而，縱觀各類灌漿專著，關(guān)于帷幕搭接的設(shè)計和施工技術(shù)問題實犯難見，現(xiàn)行的規(guī)范中對此也只字未提，然而目前水電帷幕灌漿工程中對于搭接帷幕施工的要求相當混亂，讓人莫衷一是，卻是不爭的事實。目前帷幕搭接設(shè)計及施工中存在的問題工程招標時對搭接帷幕與主帷幕的施工依次不明確縱觀近年來國內(nèi)多數(shù)大型水電工程的防滲灌漿招標（包括含防滲工程的大壩標），大部分招標文件中對搭接帷幕灌漿與主帷幕灌漿的施工依次都沒有明確的規(guī)定（個別設(shè)計單位編制的招標文件除外）。而由于沒有規(guī)范可循，國內(nèi)灌漿界對這一問題好像也有兩種迥然不同的看法，投標單位往往也對這一問題無所適從，這給投標文件的編制帶來很大困難。搭接帷幕與主帷幕的施工依次及質(zhì)量檢查的時機不統(tǒng)一這是目前關(guān)于搭接帷幕施工存在的主要問題，主要存在兩種截然相反的觀點。一種認為搭接帷幕應(yīng)先于上層主帷幕施工（指肯定范圍內(nèi)，一般為30m，下同），其次種觀點認為主帷幕灌漿應(yīng)當在搭接帷幕施工完成后進行。在其次種觀點中，更有認為應(yīng)當在上下層主帷幕均施工完成后再施工搭接帷幕的。表1中列出了近年來國內(nèi)主要大型水電工程中搭接帷幕與主帷幕的施工依次。搭接帷幕質(zhì)量檢查的時機問題。有的工程要求在上層主帷幕完工后、檢查孔施工前檢查，有時要求在主帷幕檢查孔施工后檢查，而有的工程則要求在主帷幕施工前檢查。表1：主要水電工程搭接帷幕與主帷幕施工依次及檢查時機序號工程名稱與主帷幕施工依次孔深檢查孔施工時機1二灘水電站無明確要求5未單獨檢查2大朝山水電站無明確要求5未單獨檢查3索風(fēng)營水電站先上下層主帷幕后搭接5主帷幕檢查后檢查4構(gòu)皮灘水電站先上層主帷幕后搭接7.5主帷幕檢查孔施工后檢查5龍灘水電站先主帷幕后搭接5～10主帷幕檢查孔施工后檢查6小灣水電站先搭接后上層主帷幕10上層主帷幕施工前檢查7彭水水電站先上層主帷幕后搭接7主帷幕檢查孔施工后檢查8光照水電站先上下主帷幕后搭接59溪落度水電站先搭接后上主帷幕雙排10m，單排8m10綿屏一級水電站先搭接后上主帷幕11～16說明：溪落度水電站資料來源為溪落度水電站大壩施工招標文件，綿屏一級水電站資料來源為綿屏一級水電站左岸基礎(chǔ)處理施工招標文件，表2同。搭接孔數(shù)的確定依據(jù)沒有統(tǒng)一一般認為，搭接孔數(shù)應(yīng)與壩高和巖石條件有關(guān)，但也有認為與主帷幕的排數(shù)有關(guān)的，如構(gòu)皮灘水電站的搭接帷幕每排孔數(shù)設(shè)計為與上層主帷幕排數(shù)相同，小灣水電站搭接帷幕每排孔數(shù)設(shè)計為上層主帷幕排數(shù)-1。上層主帷幕進入下層灌漿平洞深度的問題目前的設(shè)計一般是上層主帷幕灌漿進入下層灌漿平洞底板5～10m，但也有進入達20m以上的，如小灣水電站設(shè)計規(guī)定上層主帷幕進入下導(dǎo)灌漿平洞底板以下25~40米（主帷幕為頂角8度的斜孔）表2：近年來國內(nèi)主要水電工程搭接帷幕孔數(shù)及上層帷幕進入下層帷幕深度序號工程名稱壩高（m）巖性排數(shù)進入下層深度（m）備注1二灘水電站240正長巖452大朝山水電站111玄武巖453索風(fēng)營水電站121.8灰?guī)r254構(gòu)皮灘水電站230灰?guī)r同上層主帷幕排數(shù)55龍灘水電站216.5砂巖、泥板巖不少于2排5～106小灣水電站292花崗巖上層主帷幕排數(shù)-125~407彭水水電站116.5灰?guī)r、白云巖158光照水電站195灰?guī)r359溪落度水電站278玄武巖5510綿屏一級水電站305大理巖、沙板巖410搭接帷幕的主要作用從字面上理解，搭接帷幕就是對上下層帷幕起搭接的作用。事實上，搭接帷幕主要是搭接上層帷幕，而對下層帷幕的搭接作用是有限的。如圖一為某工程搭接帷幕布置方式，盡管上層主帷幕已深化下層主帷幕高程肯定深度，但由于上下層主帷幕是錯開的，而水泥漿液的擴散范圍是有限的，而且主帷幕在孔口段及孔底下層灌漿平洞洞周旁邊的灌漿壓力較小，漿液的擴散更加受到了限制，距帷幕線越遠，漿液充填效果越差，因而，在平洞底板肯定范圍內(nèi)，可能形成一個防滲薄弱區(qū)域（見圖中上下層幕體搭接部位的空白部分），大壩蓄水后，上游水有可能通過上層帷幕底部→防滲薄弱區(qū)域→平洞上游側(cè)→平洞頂?shù)耐緩嚼@滲。因此，須要在平洞上游側(cè)增加一排水平方向的搭接帷幕，以截斷這一繞滲途徑，同時，也對防滲薄弱區(qū)域進行補充灌漿，這就是搭接帷幕的主要作用。對帷幕搭接問題的分析與探討搭接帷幕與主帷幕的施工依次對于搭接帷幕與主帷幕的施工依次，目前不同設(shè)計院之間存在的兩種觀點事實上是截然相反的，與每個工程的詳細條件（地質(zhì)條件、壩高、防滲標準等）沒有關(guān)系，這完全是對搭接帷幕的理解不同而得出的兩個結(jié)論形成的兩種觀點。認為搭接帷幕應(yīng)當在上層主帷幕施工完成后再施工的觀點，是受了“帷幕灌漿應(yīng)當先下層平洞，后上層平洞”這一傳統(tǒng)施工依次的影響，或是對“搭接”二字的片面理解：假如無可搭接之物，何來搭接？認為搭接帷幕應(yīng)當在上層主帷幕施工前施工的觀點，則是基于對搭接帷幕所處灌漿部位的特點和對灌漿機理的理解。我們通常對帷幕灌漿效果的理解，不外乎體現(xiàn)在兩個方面，一是肯定范圍內(nèi)的巖石裂隙是否完全被漿液充填，二是充填的密實性。因而，在進行帷幕灌漿設(shè)計時，也應(yīng)當圍繞這兩方面進行。搭接帷幕與主帷幕的施工依次對灌漿效果的影響下面就搭接帷幕與主帷幕的施工依次對灌漿效果的影響作簡潔分析。搭接帷幕灌漿部位的特點是在洞周旁邊，裂隙相對較多且張開。洞四周巖因開挖爆破及應(yīng)力釋放的影響，裂隙要比原生裂隙要寬，還可能增加爆裂開隙。受圍巖擠壓的影響，洞周旁邊的裂隙一般呈“V“形，即越往巖石深處，縫寬越小。假如首先進行主帷幕灌漿，相當于漿液從裂隙窄端流向裂隙寬端。水泥漿液作為一種典型的賓漢流體，其流變特性確定了它對裂隙的填充是由水泥顆粒在流淌的路途中，漸漸沉淀形成的。這種狀況的發(fā)生，是因為漿液的流淌速度隨著離鉆孔的距離的增加而漸漸減小，經(jīng)過一段時間，在離開鉆孔肯定距離處形成了由水泥細顆粒構(gòu)成的堵塞。在漿液從裂隙窄端流向裂隙寬端時，由于受裂隙窄端這一瓶頸口的影響，進入裂隙寬端的灌液數(shù)量受到了限制，使流速更加變緩，增加了灌漿液沉淀的速度，這樣造成的后果是裂隙寬端處不能被完全充填，灌漿在寬裂隙內(nèi)擴散的范圍也更加受到了限制。而且在漿液從裂隙窄端流向裂隙寬端時，漿液經(jīng)過的“瓶頸口”處很簡潔被堵死，從而完全堵塞了灌漿的流淌通道，這一點從平常灌漿過程中漿液通道較小的接頭部位簡潔堵塞的現(xiàn)象中可以很簡潔證明。這樣，在經(jīng)過了主帷幕灌漿后，下層平洞洞周旁邊較深處巖石已相對密實，而洞周表層的灌漿效果相對較差，可能存在主帷幕灌漿中未遇到或未能充填好的裂隙，在隨后進行的搭接帷幕灌漿中，雖然可以對未充填的裂隙進行補充灌漿，但由于搭接帷幕灌漿一般壓力較小，充填的密實性不及高壓灌漿，而且從不密實一端向密實一端灌漿，沒有形成牢靠的封閉區(qū)域，灌漿效果可想而知。而假如首先進行搭接帷幕灌漿，則可首先對寬裂隙進行充填，并堵塞主帷幕灌漿時向洞周的滲漏通道，從而形成封閉區(qū)域，為主帷幕進行高壓灌漿創(chuàng)建條件。高壓灌漿還可以對搭接帷幕灌漿中充填的寬裂隙進一步充填，從而提高漿液結(jié)石的密實性。搭接帷幕與主帷幕的施工依次對襯砌混凝土的影響其次，搭接帷幕與主帷幕的施工依次的不同所帶來的影響，還反映在對襯砌混凝土的平安上。在主帷幕灌漿時，假如孔內(nèi)存在與洞周砌襯混凝土干脆相通的裂隙，灌漿壓力將通過漿液干脆作用于襯砌混凝土，由于主帷幕距下層平洞洞壁較近（一般在5m左右，有的工程甚至只有2m多），而使襯砌混凝土承受的壓力較大而可能產(chǎn)生破壞，這也是有些工程要求在襯砌混凝土表面安裝抬動觀測裝置的緣由。而經(jīng)過搭接帷幕灌漿后，表層裂隙已基本被封堵，主帷幕高壓灌漿時作用于襯砌混凝土的側(cè)壓力要通過圍巖傳遞，可以大大降低，從而確從而確保襯砌混凝土的平安。綜合以上分析，搭接帷幕在上層主帷幕施工前完成，有利于洞周松動裂隙的封堵，有利于上層主帷幕在下層灌漿平洞旁邊孔段的高壓力灌漿，從而有利于保證裂隙充填的范圍和充填的密實性。還有利于確保襯砌混凝土的平安。由于帷幕灌漿施工前，一般要先對洞周進行固結(jié)灌漿，事實上搭接帷幕的要求比固結(jié)灌漿要高，因此，在須要進行搭接帷幕灌漿的部位，搭接帷幕灌漿施工可結(jié)合圍巖固結(jié)灌漿進行。搭接帷幕灌漿方法搭接帷幕作為帷幕灌漿中的一種，也作為防滲體系中不行缺少的一部分，雖然有它的特別性，但其性質(zhì)為帷幕灌漿，這一點是不容置凝的，它與以提高巖石整體性為主要目的的固結(jié)灌漿有著本質(zhì)的區(qū)分。因而，其灌漿方法也應(yīng)按帷幕灌漿的標準進行，但目前這一點也沒有統(tǒng)一，如某工程招標文件規(guī)定：“搭接帷幕灌漿方法同固結(jié)灌漿”。規(guī)范中尚且規(guī)定深孔固結(jié)灌漿應(yīng)當依據(jù)帷幕灌漿的標準來進行，而作為帷幕一部分的搭接帷幕反而可按固結(jié)灌漿的標準來進行呢？搭接帷幕的效果檢查檢查時機搭接帷幕與上層主帷幕施工部位有肯定的重疊，但由于它起著搭接上下層主帷幕的作用，而上下層帷幕在水平方向上有肯定地錯開，故搭接帷幕在水平方向上有肯定的長度要求，要比主帷幕厚度長（見圖），因此對其進行單獨的質(zhì)量檢查是有必要的，這一點已形成共識。但原委選擇什么時機進行檢查合適呢？目前在工程實施中存在三種觀點：采納先搭接帷幕后主帷幕施工依次的有兩種搭接帷幕檢查孔施工時機，一種在主帷幕施工前即進行檢查，一種是待主帷幕檢查孔施工完成后再進行檢查；采納先主帷幕（含檢查孔）后搭接帷幕施工依次的當然是在搭接帷幕施工完成后進行檢查。依據(jù)前面所述，搭接帷幕施工完成后，主帷幕施工時還可以對搭接帷幕區(qū)域進行補強，因而，在主帷幕施工前對搭接帷幕進行檢查不能反映幕體形成后搭接區(qū)域的灌漿效果。但搭接帷幕檢查孔由于鉆孔角度一般較大，尤其是仰孔封孔質(zhì)量不簡潔保證，如在主帷幕施工前對搭接帷幕進行檢查，主帷幕施工在肯定程度上可以對局部封孔質(zhì)量不佳的搭接帷幕檢查孔進行補充灌漿，提高封孔質(zhì)量。綜上，搭接帷幕檢查孔應(yīng)在主帷幕施工完成前施工，但對于檢查發(fā)覺質(zhì)量有缺陷的部位，可在主帷幕施工完成后再次檢查。檢查標準前面已提到，搭接帷幕的性質(zhì)為帷幕灌漿，這一點是不容置凝的。而且，它起著干脆阻擋上游水流繞滲的作用，其幕體干脆暴露在上游水位的面前，因而其防滲標準也應(yīng)按帷幕灌漿的標準進行。某電站規(guī)定某一部位的搭接帷幕合格標準為3Lu，而同一高程主帷幕的合格標準為1Lu，既然同是防滲帷幕，為什么要在同一部位設(shè)不同的標準呢？會不會留下薄弱帶？搭接帷幕施工參數(shù)的確定孔深從圖一可以看出，上層主帷幕在下層平洞旁邊離平洞距離較近（一般3~5m），下游排（先灌排）灌漿時，為了不對平洞襯砌混凝土及洞四周巖產(chǎn)生破壞，在平洞旁邊的孔段（一般為3段）要采納較小的灌漿壓力，而上游排由于離洞周相對較遠，且下游排已進行灌漿，故可以采納相對較高的灌漿壓力，故主帷幕上游側(cè)的幕體質(zhì)量能夠得到保證，搭接帷幕發(fā)揮效應(yīng)的部位主要是在上層主帷幕的下游側(cè)，而不必畫蛇添足對其上游側(cè)進行所謂的補充灌漿，故其孔深只需達到主帷幕上游排孔位處即可。鉆孔排數(shù)及孔位目前在大多數(shù)工程中，搭接帷幕孔數(shù)設(shè)計為3~4排，同一豎直面的孔呈扇形分布。從圖一中可以看出，主帷幕的排數(shù)確定了帷幕水平方向的厚度，而搭接帷幕的排數(shù)確定了帷幕在豎直方向上的厚度，既然搭接帷幕是作為帷幕的一部分，且主要與上層主帷幕搭接而邊為一體，因此，其厚度應(yīng)與上層主帷幕厚度一樣，但由于它還有對上下層主帷幕之間的搭接薄弱部位起補充灌漿的作用，因而不宜少于兩排，尤其俯孔是必不行少的。排與排之間的孔位亦可參照主帷幕孔的布置方式，即采納梅花形布置，排距應(yīng)保證不小于上層主帷幕的排距。但同時鉆孔的角度也不應(yīng)相差太大，一來應(yīng)確保搭接帷幕幕體內(nèi)部的密實，二來也沒有必要建立比主帷幕更厚的幕體。上層帷幕進入下層帷幕的深度依據(jù)對搭接帷幕主要作用的分析，搭接帷幕的主要作用是在平洞上游側(cè)建立一道水平方向的帷幕及在平洞底板以下肯定范圍內(nèi)對上下層幕體的交接部位進行補充灌漿，上下層幕體能否較好的連續(xù)，主要取決于搭接帷幕是否勝利地建立，上層帷幕進入下層帷幕的深度主要取決于對幕體的厚度要求，而幕體厚度與灌漿壓力親密相關(guān)。一般的，在孔深1