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水工建筑物基础(第2版)
1.7.5.3 三、坝基的防渗与排水
三、坝基的防渗与排水

1.坝基的防渗

帷幕灌浆是在岩基内平行坝轴线钻一排或几排孔,用高压将水泥浆灌入孔中,并把周围裂隙充填起来,胶结成整体,形成一道防渗帷幕。

帷幕灌浆的目的是:降低坝底渗透压力,防止坝基内产生机械或化学管涌,减少坝基渗流量。灌浆材料最常用的是水泥浆,有时也采用化学灌浆。化学灌浆的优点是可灌性好、抗渗性强,但较昂贵,且污染地下水质,使用时需慎重,目前已较少采用。

防渗帷幕一般布置在靠近上游坝踵附近或在坝踵与坝内灌浆廊道之间,自河床向两岸延伸。靠近岸坡处也可在坝顶、岸坡或平洞内进行。平洞还可以起排水作用,有利于岸坡的稳定。钻头若为铁砂钻头,则钻孔方向一般为铅直,或略向上倾斜,与竖向夹角一般小于10°,防止钻孔弯曲;若为金刚石钻头,必要时也可有一定斜度,或与主裂隙面垂直,以便穿过主节理裂隙,提高灌浆效果。

当坝下相对隔水层埋藏较深或分布无规律时,可采用悬挂式帷幕,帷幕深度为0.3~0.7倍水头。当坝基下有明显隔水层且埋深较浅时,防渗帷幕应深入到隔水层内3~5m。防渗帷幕靠近坝上游面布置,自河床向两岸延伸,伸入两侧岸坡的范围、深度以及方向应根据工程地质及水文地质条件确定。帷幕的防渗标准和相对隔水层的透水率应根据不同坝高采用下列控制标准:当坝高大于100m时,透水率q=1~3Lu;当坝高为100~50m时,透水率q=3~5Lu;当坝高小于50m时,透水率q=5Lu。透水率的单位Lu(吕容)是指当水压力为1MPa时,每米钻孔长度内注水流量为1L/min时,其透水率为1Lu。

帷幕由一排或几排灌浆孔组成。一般坝高100m以上(含100m)的坝可采用两排,坝高在100m以下可采用一排,对地质条件较差的地段,可考虑增加排数以加强防渗效果。当帷幕由几排灌浆孔组成时,一般仅将其中的一排孔钻灌至设计深度,其余各排孔的深度取设计深度的1/2~2/3。帷幕孔距一般为1.5~3m,排距比孔距略小。施工时,采用逐步加密法,开始孔距可大些,然后在中间加检查孔,如检查孔透水率仍大于允许值,则将检查孔作为灌浆孔继续灌浆,直至满足要求为止。

帷幕灌浆必须在坝体浇筑到一定厚度作为盖重后进行,以保证岩基表层的灌浆压力。但为了使坝能连续浇筑,帷幕灌浆一般都在廊道内进行。帷幕灌浆的压力应通过试验确定,通常在表层部分,灌浆压力不小于1~1.5倍坝前水头;孔底部分不宜小于2~3倍坝前水头,但以不抬动坝体混凝土和不破坏坝基岩体为原则。灌浆材料一般多用普通硅酸盐水泥,灌浆时浆液由稀逐渐变稠。

2.坝基的排水

坝基排水与帷幕灌浆相结合是降低坝基渗透压力的重要措施。重力坝坝基排水通常用排水孔幕,即在坝基面的帷幕孔下游2m左右钻一排主排水孔。对于中等高度的坝,除主排水孔外,还可设1~2排辅助排水孔;高坝可设2~3排辅助排水孔。主排水孔孔距为2~3m,辅助排水孔孔距为3~5m,如图4-35所示。孔深应根据防渗帷幕和固结灌浆深度及地质条件确定。

图4-35 基础排水系统

1—坝基排水廊道;2—半圆形排水管;3—主排水孔;4—辅助排水孔;5—灌浆廊道

主排水孔深度约为防渗帷幕深度的0.4~0.6倍;高、中坝坝基主排水孔深度不应小于10m;辅助排水孔深度一般为6~12m。如坝基有透水层,排水孔应穿过透水层。排水孔应在灌浆之后钻孔,以免浆液堵塞排水孔。

对于重要工程,当坝基基岩裂隙发育,单靠排水孔幕尚不足以减少坝基渗透压力时,可做坝基面排水。