某水庫帷幕灌漿第三方質量檢測及評價

王立志,馬 軍,司富生,楊發軍

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司, 西安 710065)

0 前 言

壩基滲漏是危及大壩安全的主要因素之一[1]。中國中小型水庫數量龐大，病險水庫問題較突出，其中壩基滲漏占病險水庫相當一部分。壩基滲漏主要由帷幕灌漿質量問題引起，防滲帷幕是水電水利工程中的主要地下隱蔽工程[2]。帷幕灌漿的目的是在基巖中形成一道有一定防滲能力的屏障[3]。帷幕灌漿施工過程中，施工自檢是質量管理體系的一部分，但不具備公平性原則[4]。在隱蔽工程質量檢查中，引入獨立的第三方進行質量檢測十分必要。其目的是檢查大壩防滲帷幕灌漿質量是否滿足規范及防滲評定標準，為防滲帷幕竣工驗收提供準確、可靠的檢測資料。

本文以青海某水庫工程為例，該工程帷幕灌漿施工自檢質量全部合格后，建設單位在大壩填筑前引入第三方進行防滲帷幕質量檢測。第三方檢測以傳統壓水試驗為主，結合孔內攝像、聲波測試等物探手段，對帷幕質量檢測，然后綜合評價。

1 工程概況

1.1 設計概況

青海某水庫工程是集調蓄、水源涵養、灌溉為一體的攔蓄式綜合性水利工程，壩高57.3 m，興利庫容200.2×104m3，工程等級為Ⅳ等小(1)型，大壩為壤土心墻砂殼壩。

大壩填筑前對壩基進行固結灌漿及帷幕灌漿做防滲處理。固結灌漿采用雙排，孔排距3.0 m，孔深8.0 m，灌漿壓力采用0.3 MPa。帷幕灌漿采用雙排灌漿孔，孔距1.5 m，排距1.0 m，設計帷幕透水率按5 Lu以內控制，采用分段自上而下，孔口封閉灌漿法，按2、3、5、5、5 m分段灌漿，對應灌漿壓力為0.3、0.5、0.7、1.0、1.0 MPa。

1.2 基本工程地質條件

壩基巖體左岸為白堊系砂巖、砂礫巖，右岸為加里東期安山巖。砂巖、砂礫巖屬中硬巖，巖體內陡傾角裂隙中等發育，層厚10～20 cm。安山巖屬中硬巖，微裂隙極發育，裂隙多閉合，巖體破碎，薄層狀結構。砂礫巖與安山巖呈角度不整合接觸，接觸帶風化較強烈，巖體質量差。

2 第三方質量檢測

2.1 孔位布置

本次檢測帷幕灌漿長度為285 m，第三方質量檢測孔位置由建設單位和監理單位根據灌漿施工過程中具體情況確定，檢測孔數量根據相關規范按灌漿孔總數1%～3%控制，檢測孔位于2排灌漿孔中間，檢測孔深度比帷幕灌漿深度少0.5 m控制。

2.2 主要檢測設備及技術流程

(1) 采用XY-150型立軸回轉鉆機、孔徑75 mm金剛石“雙管單動”鉆頭，提高巖芯獲得率，直觀判斷裂隙發育程度及水泥結石充填飽滿度。

(2) 灌漿自動記錄儀，并經相關單位進行率定，氣壓式止水栓塞封孔，提高壓水試驗質量。

(3) 孔內高清全景彩色數字成像系統，直觀、逼真觀察水泥灌漿充填及帷幕灌漿質量。

(4) 孔內智能聲波檢測儀，檢測聲波在巖體內穿透情況，評價帷幕質量。

(5) 通過以上手段綜合評價帷幕灌漿質量。

2.3 檢測試驗段長度和壓力值

壓水試驗檢測試驗段長度與施工帷幕灌漿段長度一致。第1段長2 m、第2段長3 m、以下各段均為5 m。根據SL62-2014《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》[5]，水庫壩高57 m除特殊情況外，灌漿工程各部位的試驗壓力為設計壓力的80%。

3 檢測結果分析與評價

3.1 一期檢測

壩基最初布置10個檢測孔，孔長共計305 m，壓水試驗59段，其中透水率>5 Lu試壓段 14段，占比多達23.7%，不合格段主要集中在前1～3段試驗段。為進一步驗證不合格范圍邊界，在不合格相對集中部位增加2個檢測孔，每個檢測孔深均為16 m，共做10段壓水試驗，檢測結果表明>5 Lu段依然集中在帷幕深度15 m范圍內。

根據統計，一期檢測孔巖芯獲得率為60%～94%，RQD值均低于68%，其中RQD值低于10%占比達80%。一期檢測孔僅在6個孔里發現9處水泥結石，巖芯破碎，安山巖巖芯以碎塊狀、散體顆粒狀為主。

通過孔內攝像及聲波測試，透水率>5 Lu試驗段巖體質量差、灌漿痕跡不明顯。檢測孔ZK04前3段(0.5～15.6 m)壓水試驗透水率分別為34.61、12.89、13.57 Lu，ZK05前2段(0.6～11.0 m)壓水試驗透水率分別為33.42、14.1 Lu。孔內聲波測試顯示，在透水率較大試驗段內均存在波速較低點(見圖1)。根據波速統計，平均波速為3 500 m/s，試驗不合格段一般波速為1 900～2 900 m/s。

圖1 ZK04、ZK05孔內聲波測試圖

ZK08檢測孔巖性為安山巖，1.2～8.5 m孔內攝像巖體破碎，灌漿痕跡不明顯(見圖2)。

圖2 ZK08檢測孔孔內攝像圖

ZK08檢測孔，第1段(1.2～6.5 m)，壓水試驗透水率為26.10 Lu、獲得率為68%、RQD值均為0；第2段(6.4～11.7 m)，壓水試驗透水率為13.38 Lu、獲得率為53%、RQD值均為0；以下各段透水率均<5 Lu，巖芯獲得率有所提高，RQD值依然較低，但孔內攝像顯示巖體質量有變好趨勢。孔口滲水較嚴重，通過簡易測試，滲水量達1 L/min，滲水來源于帷幕破碎帶。

選取具有代表性檢測孔ZK04及ZK05，對各種檢測手段數據分析得到如下特征：隨著鉆孔深度增加，波速曲線逐漸升高并趨于穩定；巖芯獲得率與RQD值逐漸升高，但安山巖受巖性影響，RQD值均較低；壓水試驗透水率在表部15 m范圍值較大，不滿足設計要求(見圖3、4)。

圖3 ZK04檢測孔綜合對比圖

圖4 ZK05檢測孔綜合對比圖

透水率線形與孔深呈負相關關系，聲波、獲得率以及RQD值線形與孔深均呈正相關關系。

3.2 二期檢測

針對以上檢測結果綜合對比分析，帷幕灌漿質量問題主要集中在河床淺表部15 m范圍及巖性接觸帶部位，河床淺表部巖體風化較強烈、裂隙發育，帷幕灌漿壓力偏小等原因導致各孔之間漿液擴散半徑未能形成有效搭接，經灌漿處理，基礎各項指標與原勘探結果相比得到很大改善[6]，但帷幕質量仍不能滿足設計要求。經各方討論決定對不合格段補強灌漿。補強方案為在原設計的2排灌漿孔中間增加1排灌漿孔，補強灌漿完成后，增加檢測孔進行二期質量檢測。

二期帷幕檢測共布置9個檢測孔，共計160 m。38段壓水試驗，試驗結果顯示：僅ZK16第2段(2.8～5.8 m)、第3段(5.8～10.8 m)壓水試驗透水率分別為41.48 Lu和5.39 Lu，其余試驗段透水率均<5 Lu。分析認為，ZK16所檢測位置為巖性不整合接觸帶，接觸帶受風化影響巖體質量差，灌漿質量效果不佳。遂對此段再次布置14個灌漿孔補強處理，隨后再次布置檢測孔，經檢測透水率均<5 Lu，孔內攝像揭示，補強灌漿后孔內灌漿痕跡飽滿度較一期檢測階段明顯增多(見圖5)。補強灌漿處理后，原ZK08孔口滲水現象亦消失。

圖5 ZK16檢測孔孔內攝像圖

經增加單排灌漿孔以及對接觸帶部位補強灌漿處理后，二期檢測滿足設計要求，按規范帷幕灌漿質量評價為合格。

4 結 語

(1) 本次帷幕灌漿質量檢測雖然施工單位自檢為合格，但經第三方檢測，帷幕灌漿質量問題突出，經補強處理后才滿足設計要求，在壩體填筑前及時發現問題并進行有效處理，降低了施工成本。

(2) 帷幕灌漿質量檢測宜采用傳統壓水試驗與現代物探科技等多種手段結合，并相互驗證、綜合評價。