液壓銑削水泥土防滲墻在希尼爾水庫除險加固中的應用

盧康林

(新疆昌吉方匯水電設計有限公司, 新疆 昌吉 831100)

1 概 述

希尼爾水庫位于巴音郭楞蒙古自治州孔雀河流域的尉犁縣境內，始建于2000年，是一座以灌溉為主的注入式反調節平原水庫。工程等別為Ⅲ等，工程規模為中型，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別4級[1]。經過近20年的運行，主壩段、西副壩段防滲體下部基巖存在滲漏問題。經有關部門鑒定為三類壩，對該水庫進行除險加固十分必要，需進行壩體加固、壩基防滲處理、壩后排水工程、放水涵洞改造工程建設。本文針對壩基防滲問題，通過現場試驗比較分析采用液壓銑削水泥土防滲墻與帷幕灌漿防滲效果，對地基防滲提出新方法、新技術。

2 防滲線工程地質評價

2.1 主 壩

主壩段防滲線主要處于自然洼地內，地基上部為第四系沖洪積中粗砂夾砂礫石及局部低液限粉土，層厚在1.3～4.2 m之間，滲透系數2.5×10-3～3.3×10-4cm/s，具有中等透水性；下伏地層巖性為新近系砂巖、泥巖，互層狀，據鉆孔壓水試驗，自基巖面9.2～16.2 m以上巖體透水率多數大于5.0 Lu，在5.4～46.6 Lu之間，個別為96.88 Lu；9.2～16.2 m以下巖體透水率多在0.17～4.8 Lu之間，滲透性較弱。

2.2 西副壩

根據勘探揭露[2]，西副壩地層巖性上部巖性為第四系沖洪積中粗砂，層厚1.0～4.0 m，為中強透水層；下伏地層巖性以新近系砂巖為主夾泥巖(局部夾薄層礫巖透鏡體)，強風化層厚5～8.0 m，其中砂巖呈灰白色(局部為砂巖巖殼，較硬)，膠結與成巖差，易風化，遇水后結構疏松呈散體狀，強度較低。根據鉆孔壓水試驗，自基巖面13.3～15.1 m以上砂巖透水率一般大于5 Lu，最大為27.8 Lu，具有中強透水性，13.3～15.1 m以下基巖透水率多數小于5 Lu，透水性較弱。

3 試驗方法

3.1 帷幕灌漿試驗

壩基防滲試驗段位于樁號2+436～2+466段前壩坡腳上游50 m處水庫庫盤內，帷幕灌漿試驗段長30 m。灌漿孔深14.4 m，主帷幕灌漿孔數24孔，副帷幕灌漿孔數25孔。主帷幕孔距1.5 m，副帷幕孔距1.5 m，主副帷幕孔間距1.5 m。

3.2 液壓銑削攪拌水泥土防滲墻試驗

由于本工程地基多為風化巖，成墻方式選擇往復式雙孔全套打復攪式施工。試驗段灌漿材料采用普通硅酸鹽水泥，水泥強度為42.5R，注漿水灰比1∶1。

試驗段防滲墻厚0.7 m，幅長2.8 m，搭接0.15 m，成墻垂直度偏差不大于1/300，防滲滲墻28 d無側限抗壓強度不小于1.0 MPa，滲透系數不大于1×10-6cm/s，滲透破壞比降不小于60。考慮到希尼爾壩基中有泥巖分布，破碎后將混摻到膠凝材料中，影響水泥土防滲墻的性能。本次試驗選取13%、15%和18%共3種水泥摻量成墻試驗。見表1。

表1 液壓銑削攪拌水泥土防滲墻試驗施工參數表

采用巖芯鉆機在試驗墻體中心部位鉆取注水試驗孔，孔徑φ75 mm，采用降水頭注水試驗方式進行檢查，試驗深度13 m，并對在現場制作的水泥土試件進行7和14天的抗壓強度檢測。

4 試驗結果分析

4.1 帷幕灌漿注灰量及防滲分析

根據現場調查，在灌漿過程中普遍存在“吃水不吃漿”現象，即壓水試驗巖層透水率很大，但灌漿量很小。主帷幕單位注灰量為43.11～385.43 kg，其中單位注灰量在50～100 kg的灌漿段為40.6%，單位注灰量小于50 kg的灌漿段為40.6%；副帷幕單位注灰量為22.69～769.54 kg，其中單位注灰量在50～100 kg的灌漿段為17.9%，單位注灰量小于50 kg的灌漿段為47%。見圖1。

圖1 帷幕灌漿試驗段檢查孔巖芯取樣

根據該試驗段鉆孔壓水試驗及取樣巖芯分析，試驗段巖層透水率灌漿前后變化不大，巖芯內水泥漿液量分布較少，部分巖芯無水泥漿液擴散痕跡，灌漿影響范圍較小，兩檢查孔的透水率遠大于設計中5 Lu的防滲標準，帷幕灌漿在該試驗區灌漿效果不明顯，因此說明該地層不合適帷幕灌漿防滲處理。

4.2 液壓銑削攪拌水泥土防滲墻強度及防滲性分析

表2為水泥土試件抗壓強度及滲透系數試驗結果[3]，表3為墻體芯樣抗壓強度及滲透系數試驗結果。

表2 水泥土試件注水試驗及抗壓強度結果統計表

由表2可知，水泥土試件7天抗壓強度最大的為15%摻量，平均值為1.64 MPa，其次為18%摻量，平均值為1.35 MPa；最小為13%摻量，其值為1.25 MPa。14天抗壓強度最大的為18%摻量，平均值為1.97 MPa；其次為15%摻量，平均值為1.82 MPa；最小為13%摻量，其值為1.65 MPa。試件滲透系數最小的為18%摻量，平均值為7.42×10-7cm/s；其次是15%摻量，平均值為1.05×10-6cm/s；最大的為13%摻量，其值為3.64×10-6cm/s。可見，試件抗壓強度和抗滲性能均隨著水泥摻量的增加而增加。

表3 墻體芯樣抗壓強度及滲透系數試驗統計表

由表3可知，25天芯樣的抗壓強度最大的為18%摻量，平均值為4.15 MPa；其次為15%摻量，平均值為3.63 MPa；最小的為13%摻量，平均值為2.10 MPa。滲透系數最小的為18%摻量，平均值為4.32×10-7cm/s；其次是15%摻量，平均值為7.47×10-7cm/s；最大的為13%摻量，其值為1.65×10-6cm/s。

從墻體芯樣抗壓強度及滲透系數試驗數據可以看出，隨著水泥摻量的增加，墻體抗壓強度和滲透系數逐步提升，與試件試驗相符。在水泥參量為15%和18%的情況下，墻體滲透系數均小于1×10-6cm/s； 25 d抗壓強度指標均大于28 d無側限抗壓強度不小于1.0 MPa設計指標要求。見圖2。

圖2 各水泥參量墻體芯樣取樣圖

由圖2可知，墻體上部8 m以上巖芯完整率、水泥土均勻性均較好，8 m以下巖芯完整性、水泥土均勻性稍差。

5 結 論

1) 與帷幕灌漿法相比，液壓銑削攪拌鉆及施工工藝更適合本工程地質條件，能保證施工質量，加快施工進度。

2) 隨著水泥摻量的增加，試件和芯樣的抗壓強度和抗滲性均提升。在抗壓強度和抗滲性均合格的情況下，綜合考慮壩基防滲體耐久性和工程投資，本次基礎防滲液壓銑削攪拌水泥土防滲墻水泥摻量為15%。

3) 液壓銑削攪拌水泥土防滲墻設計施工參數為：注漿水灰比為1∶1純水泥漿液，水泥摻量15%，分兩序施工，墻與墻之間搭接20 cm，銑削下沉為風水聯動下沉，考慮地層8 m以下大部為泥巖，其銑削破碎、與水泥漿攪拌均勻性較砂巖較差，建議注漿施工時，注漿提升至8 m位置時，向下注漿復攪至墻底后，延續30 s左右對墻底至8 m范圍，復攪提升一次，8 m以上墻體注漿提升一次即可，注漿提升速度控在0.3～0.5 m/min。