烏魯木齊河大西溝水庫工程壩基處理

【摘要】本文通過對大西溝水庫大壩心墻基礎硫化氫氣體的成因進行綜合分析，查找灌漿效果差的原因，為大壩心墻基礎的處理措施提供可靠依據，以保證水庫蓄水后安全運行。

【關鍵詞】大西溝水庫，大壩心墻基礎，硫化氫氣體

1、大西溝水庫概況

水庫工程為烏魯木齊河上游河段的控制性工程。水庫樞紐由攔河粘土心墻壩、開敞式溢洪道、導流兼泄洪洞及放水灌溉洞組成。水庫庫容6985萬m3，工程等別為Ⅰ等，工程規模為大（1）型。

2、區域工程地質

壩址位于烏魯木齊河上游后峽下游河段處，呈不對稱“U”型谷。壩頂高程1989.2m，最大壩高為90m。壩頂寬度為10m，壩頂長度為415.6m。正常蓄水位1961m，設計洪水位1981m，校核洪水位1988m。粘土心墻壩軸線與河床正交。

壩址區為單斜構造，出露基巖主要為較堅硬的凝灰巖，巖層產狀：310～315°SW∠30～40°，傾向上游偏左岸，層理不發育。壩址區斷層、節理裂隙較發育，斷層以NW、NE向為主。壩址主要斷層為北西向斷層和北東向斷層。

3、大壩心墻基礎

大壩心墻基礎開挖上部砂礫石層時，未出現異?，F象，大壩心墻基礎開挖到見基面時：①0+150～0+236m段上游基坑右側偏上游部位出現較重臭雞蛋氣味；②河床基礎下游0+222～0+240m靠近邊坡及坡腳處發育F130斷層，斷層產狀為290～300°SW∠55°，斷層破碎帶一般為0.5～1.0m，斷帶內充填有黃綠色斷層泥、糜棱巖、角礫等，較密實，遇水軟化，斷層影響帶內巖體破碎；③河床中部順河方向多處分布砂礫石坑和強風化基巖。心墻基礎基巖經地質編錄，河床基巖基礎節理裂隙發育，無大的貫通性裂隙，X型剪節理較發育，并將基礎巖體切割成10×20cm的菱形塊體，規模不大的小斷層發育，斷層破碎帶一般寬1～5cm，長度數米不等，少數斷層破碎帶寬5～40cm，延伸較長；斷帶內充填黃綠色糜棱巖、泥質及碎裂巖等，局部形成密集帶。

針對大壩心墻基礎出現的問題，心墻基礎澆筑混凝土蓋板前采取了相應的處理措施。已清除斷層破碎帶內軟弱碎渣；心墻基礎0+222～0+240m下游靠近邊坡及坡腳處發育的F130斷層，對F130斷層破碎帶及其影響帶按30～50cm深度挖除破碎巖石；F130斷層向下游延伸進入河床段被第四系地層覆蓋，采取加強反濾保護措施（反濾層厚度50cm、長20m）；大壩心墻基礎在施工中基坑0+190～0+240m右側偏上游出現臭雞蛋氣味，并伴有冒泡現象，通過取水樣進行水質簡分析試驗及H2S含量試驗、Fe2+與Fe3+含量試驗、取巖樣做巖石鑒定試驗、測壩基水溫，打鉆孔取芯做壓水試驗及進行物探波速測試等手段，對硫化氫氣體進行分析研究，判定心墻基礎硫化氫氣體主要是通過硫酸鹽還原菌對硫酸鹽的異化還原代謝而生成（黃鐵礦的次生氧化物生成H2S氣體的可能性較大），屬生物成因，施工中在有氣體逸出的基巖面上，涂抹2～3mm厚的乳化瀝青，將蓋板與巖石基礎隔離，起到一定的保護作用；心墻基礎在0+174～0+208m段基坑上游和下游順河道多處分布松散的砂卵礫石坑和強風化巖體出露處，清除松散的砂礫石及松動破碎的強風化巖石，采取回填混凝土塞的處理措施。

4、大壩心墻固結灌漿與帷幕灌漿

河床段心墻基礎大部分位于弱風化基巖層上，巖體為厚層狀碎裂鑲嵌結構。由于大壩河床段地下水溫度較低（為6℃）、灌漿過程中施工方法與工藝存在問題、河床右側受硫化氫氣體的影響等因素，2010年固結灌漿與帷幕灌漿均有未凝結現象。

（1）、固結灌漿

2010年8月中下旬對壩基心墻基礎的固結灌漿質量做補充檢查，檢查孔孔深與灌漿深度相同，施工方法均采用單管雙動鉆進半合管取芯。固結灌漿檢查孔巖芯破碎，效果不好，取芯很少見到水泥結石（僅蓋板下1～2m可見極少量的結石），見未凝結的水泥漿液，巖芯裸露在外與空氣結合后水泥凝結。固結灌漿檢查孔壓水試驗透水率偏大，基坑24小時抽排水與過高的灌漿壓力造成巖石節理和裂隙進一步劈裂與張開，也使固結檢查孔壓水試驗透水率偏大。

（2）帷幕灌漿

帷幕灌漿孔透水率偏大，吃漿量大。截止2010年8月底，固結與帷幕灌漿總吃漿量已超過2000噸水泥，且上下游排水溝內的水變渾濁，顏色變綠，針對帷幕灌漿透水率較大這一問題，2010年8月下旬在心墻軸線上共布置2個帷幕灌漿檢查孔，孔深與帷幕灌漿深度一致，均為42m。鉆孔巖芯多呈短柱狀，巖芯未見水泥結石及水泥漿液，巖石由于受到壓力過大的抬動破壞，節理裂隙進一步劈裂與張開，基坑抽排水，致使壓水試驗透水率比前期勘察透水率大。

根據固結灌漿和帷幕灌漿的情況，采用新型的硫鋁酸鹽水泥。硫鋁酸鹽水泥抗SO42-腐蝕，且抗H2S侵蝕，有一定的耐久性。2010年12月～2011年1月天津基礎處理公司在大壩河床段附近、高程在1879.7m～1891.7m之間打15個深20m的鉆孔進行帷幕灌漿試驗，在壩線0+140～0+150m附近防滲軸線下游45m處、圍堰進入基坑臨時道路旁邊靠近圍堰堰體一側進行防滲墻試驗。灌漿試驗先導孔壓水試驗結果表明：心墻基礎基巖透水率最大值為48.95Lu（G14孔），最小值為0.54Lu（G2孔），一般值在17.77～2.22Lu之間，平均值為8.48Lu。檢查孔壓水試驗小于5Lu。

5、壓水試驗

施工期造成壓水試驗透水率較前期偏大的主要原因是灌漿壓力偏大、巖石抬動、裂隙劈裂所致。

根據前期和施工期鉆探資料揭露，大壩心墻基礎左側基巖完整、右側基巖破碎、中間部位處二者之間。壩基基巖雖較破碎、構造發育，但基巖巖體的強度較高，承載力滿足要求，壩基深層不會發生沉降變形問題。

2011年初大壩心墻基礎最終處理方案確定為上墻下幕的補充防滲的處理方案，即保持心墻建基面不變，防滲線處條帶砼蓋板免爆拆除并下挖基巖，開口寬度6.0m，下挖邊坡1∶0.3（呈倒梯形槽），下挖最大深度5.0m。其中0+093.642～0+110m開挖深度2.2m，0+110～0+124m開挖深度2.2～5.0m，0+124～0+220m開挖深度5.0m，0+220～0+249.454m開挖深度3.5～5.0m，回填C20F200W8高抗硫酸水泥混凝土，3排帷幕灌漿、孔排距1m，最大孔深68m。整體在原建基面的已澆筑的砼蓋板上再加厚50cm厚砼蓋板。

壩基0+093.642～0+249.454m揭蓋后，從開挖后的基槽中可看到，基巖裂隙發育，裂隙大多平直閉合，部分充填有泥質，裂隙面上有紅褐色的銹斑及少量的鈣質與方解石；基坑內很難嗅到H2S的氣味。2010年的固結灌漿和帷幕灌漿因地下水溫度較低和灌漿凝結時間短而未凝結的水泥漿液，經過半年的凝結時間，固結灌漿和帷幕灌漿效果較好（2010年灌漿前基坑上游水頭差28m左右、下游水頭差23m左右，地下承壓水水頭壓力約2～5m，地下水最大自流量達1.09L/s），壩基地下水很小，基坑上游壁基本處于干燥狀態，局部見有少量裂隙有滲水現象，未見有承壓水的跡象 （基槽上游0+140～0+150m附近有集中滲水現象，滲水量約1.3L/min左右）?；鶐r裂隙中大部分可見結石，基巖面上也可見結石膜，裂隙中結石厚度一般在3～8mm之間，局部最厚有1.2～1.5cm，巖石表面的結石膜厚1mm左右，尤其在斷層發育部位灌漿效果尤為顯著，結石厚度一般在3～10mm之間，局部最厚有2～3.0cm?；凵舷掠紊w板與基巖結合處鉸合較好，未發現裂縫和托空現象。2010年帷幕灌漿孔中產生塌孔（0+219m下游排）的部位，水泥漿液充分充填到塌孔處，可見到較大的塊狀水泥塊，厚度達12cm左右，且上下游灌漿孔中均可見到有一定強度的水泥結石（包括高抗硫酸水泥、高抗硫酸水泥+膨潤土的混合漿液及硫鋁酸鹽水泥等），尤其在0+180～0+220m段開挖的基槽軸線上游面上部，在連通性較好的基巖裂隙中可見到竄漿長達30m左右的混合漿液結石，結石厚度在3～8mm之間，可充分說明壩基灌漿效果較好。0+200～0+240m段上游由于2010年固結與帷幕灌漿壓力過大，造成蓋板抬動，最大抬動近30cm，因此在抬動最大處（0+220～0+228m）拆除蓋板后，未發現蓋板與基巖接觸部位有裂縫及托空現象，因此灌漿壓力過大造成的巖石劈裂所導致的蓋板抬動，為基巖與蓋板整體抬動。

7、結論

通過對大西溝水庫壩基在施工中出現的問題進行綜合分析與評價，查找出壩基灌漿效果差的原因，且水庫自2013年10月蓄水后至今安全運行，為大壩心墻基礎的處理措施提供了可靠依據。