CUTOFFS FOR DAM MURS PARAFOUILLES INTERNATIONAL COMMISSION ON LARGE DAMS COMMISSION INTERNATIONALE DES GRANDS BARRAGES 61, avenue Kléber, 75116 Paris Téléphone : (33-1) 47 04 17 80 - Fax : (33-1) 53 75 18 22 http://www.icold-cigb.org./ 1 Cover/Couverture : Cover illustration: Péribonka Dam – Québec (Canada)/Barrage de Péribonka – Québec (Canada) Photo Hydro-Québec. CRC Press/Balkema is an imprint of the Taylor & Francis Group, an informa business © 2018 ICOLD/CIGB, Paris, France Typeset by Apex CoVantage, LLC Published by: CRC Press/Balkema Schipholweg 107C, 2316 XC Leiden, The Netherlands e-mail: [email protected] www.crcpress.com – www.taylorandfrancis.com AVERTISSEMENT – EXONÉRATION DE RESPONSABILITÉ : Les informations, analyses et conclusions auxquelles cet ouvrage renvoie sont sous la seule responsabilité de leur(s) auteur(s) respectif(s) cité(s). 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No part of this publication or the information contained herein may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, by photocopying, recording or otherwise, without written prior permission from ICOLD. The information, analyses and conclusions referred to herein are the sole responsibility of the author(s) thereof. The information, analyses and conclusions in this document have no legal force and must not be considered as substituting for legally-enforceable official regulations. They are intended for the use of experienced professionals who are alone equipped to judge their pertinence and applicability and to apply accurately the recommendations to any particular case. This document has been drafted with the greatest care but, in view of the pace of change in science and technology, we cannot guarantee that it covers all aspects of the topics discussed. We decline all responsibility whatsoever for how the information herein is interpreted and used and will accept no liability for any loss or damage arising therefrom. Do not read on unless you accept this disclaimer without reservation. Original text in English Texte original en anglais French translation by the CFBR Traduction en français par le CFBR Layout by Nathalie Schauner Mise en page par Nathalie Schauner ISBN: 978-1-138-49008-6 (Pbk) ISBN: 978-1-351-03598-9 (eBook) 2 COMMITTEE ON MATERIALS FOR FILL DAMS COMITE DES MATÉRIAUX POUR BARRAGES EN REMBLAI Chairman/Président Colombia/ Colombie A. MARULANDA Vice-Chairman/Vice-Président Russia/ Russie V. G. RADCHENKO Members/Membres Australia/ Australie M. MARLEY Austria/ Autriche P. TSCHERNUTTER Brazil/ Brésil J. PIMENTO DE AVILA Bulgaria/ Bulgarie N. I. DIMITROV Canada J. P. TOURNIER China/ Chine L. NENGHUI Finland/ Finlande J. LAASONEN France J. J. FRY Germany/ Allemagne D. GODDE India/ Inde V. K. KAPUR Iran N. TARKECH DOUZ Italy/ Italie R. JAPPELLI Japan/ Japon Y. KOGO Pakistan A. KHATTAK Portugal E. MARANHA DAS NEVES South Africa/ Afrique du Sud H. F. ELGES Spain/ Espagne C. OLALLA Switzerland/ Suisse P. BRENNER United Kingdom/ Royaume Uni R. C. BRIDLE United States/Etats-Unis D. E. KLEINER Venezuela G. MARTINEZ Co-opted (Russia/ Russie) V. A. PEKHTIN-PROFF 3 SOMMAIRE CONTENTS AVANT- PROPOS FOREWORD 1. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION 2. NÉCESSITÉ DES MURS PARAFOUILLES 2. NEED OF CUTOFFS IN DAM DANS LES FONDATIONS DE BARRAGES FOUNDATIONS 3. PAROIS MOULÉES 3. DIAPHRAGM WALLS 4. PAROIS MINCES 4. VIB WALLS 5. PAROIS DE PIEUX 5. PILE WALL 6. GALERIES EN BÉTON SUPERPOSÉES 6. SUPERPOSED CONCRETED GALLERIES 7. INJECTION À FORTE PRESSION SOUS 7. JET GROUTING JET DIRIGÉ 8. DEEP MIXING 8. MÉLANGE EN PROFONDEUR APPENDIX 1 - CASE HISTORIES ON DIAPHRAGM WALLS 5 TABLE DES MATIÈRES 1. INTRODUCTION ........................................................................................................................... 30 2. NÉCESSITÉ DES MURS PARAFOUILLES DANS LES FONDATIONS DE BARRAGES ............ 34 2.1 CONTRÔLE DE L’INFILTRATION DANS LES FONDATIONS ......................................... 34 2.2 MÉTHODES DE CONTRÔLE DU GRADIENT HYDRAULIQUE ...................................... 36 2.2.1 Principes généraux ............................................................................................... 36 2.2.2 Tapis amont ........................................................................................................... 36 2.2.3 Parafouille partiel .................................................................................................. 38 2.3 MÉTHODE SERVANT À RÉDUIRE LE DÉBIT D’INFILTRATION .................................... 40 2.3.1 Facteurs à considérer durant la conception et la construction .............................. 40 2.3.2 Parois moulées ..................................................................................................... 40 2.3.3 Parois en palplanches ........................................................................................... 44 2.3.4 Parois de pieux ..................................................................................................... 46 2.3.5 Parois minces ....................................................................................................... 46 2.3.6 Galeries en béton superposées ............................................................................ 48 2.3.7 Parois produites par injection à forte pression sous jet dirigé ............................... 48 2.3.8 Parois produites par mélange en profondeur ........................................................ 48 2.4 EFFICACITÉ DU PARAFOUILLE ..................................................................................... 50 3. PAROIS MOULÉES ....................................................................................................................... 54 3.1 UTILITÉ DES PAROIS MOULÉES ................................................................................... 54 3.2 PRINCIPE DE CONSTRUCTION DES PAROIS MOULÉES ............................................ 54 3.3 ÉVOLUTION HISTORIQUE ............................................................................................. 56 3.3.1 Évolution de la méthode de construction des parafouilles .................................... 56 3.3.2 Méthodes d’excavation ......................................................................................... 56 3.4 MÉTHODES ET MATÉRIEL DE CONSTRUCTION ......................................................... 58 3.4.1 Murets guides ....................................................................................................... 58 6 TABLE OF CONTENTS 1. INTRODUCTION ........................................................................................................................... 31 2. NEED OF CUTOFFS IN DAM FOUNDATIONS ............................................................................ 35 2.1 FOUNDATION SEEPAGE CONTROL .............................................................................. 35 2.2 METHODS TO CONTROL THE HYDRAULIC GRADIENT .............................................. 37 2.2.1 General principles ................................................................................................. 37 2.2.2 Upstream blanket .................................................................................................. 37 2.2.3 Partial cutoff .......................................................................................................... 39 2.3 METHODS TO REDUCE THE QUANTITY OF SEEPAGE ............................................... 41 2.3.1 Design and construction considerations ................................................................ 41 2.3.2 Diaphragm walls ................................................................................................... 41 2.3.3 Sheet pile walls ..................................................................................................... 45 2.3.4 Pile walls ............................................................................................................... 47 2.3.5 Vib walls ................................................................................................................ 47 2.3.6 Superposed concreted galleries ............................................................................ 49 2.3.7 Walls produced by jet grouting .............................................................................. 49 2.3.8 Walls produced by deep mixing ............................................................................ 49 2.4 CUTOFF EFFICIENCY .................................................................................................... 51 3. DIAPHRAGM WALLS .................................................................................................................... 55 3.1 PURPOSE OF DIAPHRAGM WALLS .............................................................................. 55 3.2 PRINCIPLE OF DIAPHRAGM WALL CONSTRUCTION .................................................. 55 3.3 HISTORICAL DEVELOPMENT ........................................................................................ 57 3.3.1 Development of the cutoff construction method .................................................... 57 3.3.2 Excavation methods .............................................................................................. 57 3.4 CONSTRUCTION METHODS AND EQUIPMENT ........................................................... 59 3.4.1 Guide walls ........................................................................................................... 59 7 3.4.2 Matériel servant à l’excavation des tranchées ...................................................... 58 3.4.3 Contrôle de la qualité ............................................................................................ 78 3.4.4 Comparaison des parafouilles construits en une étape et en deux étapes ........... 80 3.5 MATÉRIAUX DES FLUIDES STABILISATEURS ............................................................. 82 3.5.1 Propriétés requises des boues bentonitiques à l’état frais et contrôle de la qualité ........ 82 3.5.2 Choix des matériaux de base des boues stabilisatrices ........................................ 88 3.6 MATÉRIAUX DES PAROIS MOULÉES ........................................................................... 90 3.6.1 Exigences générales ............................................................................................. 90 3.6.2 Mélanges pour la méthode en une étape (parois étanches ciment-bentonite) ...... 94 3.6.3 Parois étanches sol-bentonite (tranchées de boue) .............................................. 96 3.6.4 Dosage des constituants dans les parois moulées en béton rigide ....................... 96 3.6.5 Dosage des constituants dans les parois moulées en béton et en mortier plastiques ............................................................................................................ 100 3.7 MATÉRIEL DE MALAXAGE CONVENANT À LA PRÉPARATION DES BOUES .............. 118 3.8 COMPORTEMENT À LONG TERME DES PAROIS MOULÉES ...................................... 120 3.8.1 Facteurs qui influencent le comportement à long terme ........................................ 120 3.8.2 Influence des conditions de la fondation ............................................................... 122 3.8.3 Fuites observées après la construction dans les parois moulées ......................... 124 4. PAROIS MINCES ......................................................................................................................... 128 4.1 FONCTION ET UTILISATIONS DES PAROIS MINCE ..................................................... 128 4.2 PRINCIPE DE CONSTRUCTION DES PAROIS MINCES ............................................... 128 4.3 ÉVOLUTION HISTORIQUE ............................................................................................. 132 4.4 RECONNAISSANCES GÉOTECHNIQUES PRÉALABLES ............................................. 134 4.4.1 Type de sol............................................................................................................ 134 4.4.2 Densité du sol ....................................................................................................... 134 4.4.3 Gradient hydraulique pendant la construction ....................................................... 136 4.4.4 Encastrement de la paroi ...................................................................................... 136 4.4.5 Caractéristiques des eaux souterraines ................................................................ 136 4.5. CONTRÔLE DE LA QUALITÉ .......................................................................................... 138 8 3.4.2 Equipment for trench excavation ........................................................................... 59 3.4.3 Quality control ....................................................................................................... 79 3.4.4 Single-phase versus twin-phase cutoffs ................................................................ 81 3.5 MATERIALS FOR STABILIZING SLURRIES ................................................................... 83 3.5.1 Required properties of fresh bentonite slurries and quality control........................ 83 3.5.2 Selection of base materials for stabilizing slurries ................................................. 89 3.6 MATERIALS FOR DIAPHRAGM WALLS ......................................................................... 91 3.6.1 General requirements ........................................................................................... 91 3.6.2 Single-phase mixes (Cement-bentonite walls) ...................................................... 95 3.6.3 Soil-bentonite walls (slurry trenches) .................................................................... 97 3.6.4 Mix proportions for rigid concrete diaphragm walls ............................................... 97 3.6.5 Mix proportions for diaphragm walls of plastic concrete and plastic mortar ........ 101 3.7 SUITABLE MIXING EQUIPMENT FOR PREPARATION OF SLURRIES ......................... 119 3.8 LONG-TERM PERFORMANCE OF DIAPHRAGM WALLS.............................................. 121 3.8.1 Factors influencing the long-term performance ..................................................... 121 3.8.2 Influence of foundation conditions ......................................................................... 123 3.8.3 Post-construction leaks in diaphragm walls .......................................................... 125 4. VIB WALLS ................................................................................................................................... 129 4.1 PURPOSE AND USE OF VIB WALLS ............................................................................. 129 4.2 PRINCIPLE OF VIB WALL CONSTRUCTION ................................................................. 129 4.3 HISTORICAL DEVELOPMENT ........................................................................................ 133 4.4 REQUIRED PRE-INVESTIGATIONS ............................................................................... 135 4.4.1 Soil type ................................................................................................................ 135 4.4.2 Soil density............................................................................................................ 135 4.4.3 Hydraulic gradient during construction .................................................................. 137 4.4.4 Wall embedment ................................................................................................... 137 4.4.5 Groundwater characteristics ................................................................................. 137 4.5. QUALITY CONTROL ....................................................................................................... 139 9