努爾加水庫大壩基礎防滲灌漿參數設計及施工分析

陳 剛

(新疆昌吉市三屯河流域管理處，新疆 昌吉 831100)

攔河大壩是水庫工程的核心建筑物，其設計工程包括壩基、混凝土基座、防滲墻、護坡、壩頂公路等多個結構，且對整體的安全穩定性、防滲性等要求很高，壩基是這一切的基礎，因此對壩基防滲而采取的灌漿設計和施工要點是一項及其重要且復雜的工作。

1 工程概況

努爾加水庫位于昌吉市境內三屯河上，總庫容6 844萬 m3，工程規模為中型，等別屬Ⅲ等。攔河大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻壩，總長486.7 m，壩高超過70 m。工程位于強震區(烈度Ⅷ度)，故建筑物級別提高一級，為2級建筑物，洪水標準不變。經地質勘測：壩基巖體屬弱透水巖體，為保證承載力和防滲性，專家組決定對大壩左壩肩、河床段和右壩肩段進行固結和帷幕灌漿，按照透水率q≤5Lu控制設計。

2 灌漿參數設計分析

2.1 基礎開挖

努爾加水庫所在位置河床寬220 m，在河床左側陡崖下普遍分布有寬30 m、厚5～8 m含土砂礫石。在樁號0+240范圍發育一條河床深槽，寬約60 m，最大深度為12 m，上部為2.5 m河床覆蓋層，河谷基巖面平整，覆蓋巖性主要為含漂石砂卵礫石，下部基巖為砂礫巖。

本項目心墻基座基礎開挖深度較大，因此設計挖掘機開挖分兩層進行，每層臺階高度為3～5 m。

2.2 固結灌漿參數設計

2.2.1 灌漿分區設計

本項目壩基固結灌漿防滲處理深度按5 Lu及水頭的1/3深度控制，根據基巖位置、裂隙、滲透性的不同，共分為以下3個灌漿區：

(1)左岸基巖，其透水率q=0.2～3.38 Lu，滲透系數2.08～2.77×10-4cm/s，該段巖石屬弱透水，設計灌漿深度10～15 m；

(2)河床壩基，巖石屬弱透水，q<5 Lu下限位于基巖面以下5～15 m，設計灌漿深度20～25 m[1]；

(3)右岸基巖，在基面以下11～15 m深度，透水率q<5 Lu，設計灌漿深度20～25 m。

2.2.2 灌漿孔設計

(1)左岸巖基滲透率最低，且深度小，因此設計單排灌漿孔即可，采用矩形布置，間距設計為3.0 m；

(2)河床壩基受水力作用最明顯，且對壩體穩定性影響最大，所以設計5排灌漿孔，采用矩形布置，行間距均設計為3.0 m；

(3)右岸基巖總情況適中，設計3排灌漿孔，采用矩形布置，行間距均設計為3.0 m。

2.2.3 漿液材料設計

(1)水泥采用42.5R普通硅酸鹽水泥，水泥要求出廠日期不超過3個月，且無受潮、結塊問題。細度要求通過80 μm方篩余量不得超過5%[2]；

(2)漿液外加劑有3類，速凝劑選用水玻璃、氯化鈣、硫酸鈉等均可；減水劑選用萘系類、聚羧酸類均可；穩定劑選用膨潤土，具體摻入量可通過現場試驗確定。

2.3 帷幕灌漿參數設計

2.3.1 灌漿孔距設計

帷幕灌漿孔距D與漿液擴散半徑R有直接關系，具體計算公式見(1)(2)[3]。計算得R=1.05 m，取值1.0 m，D=1.73 m，取值1.5 m。

(1)

D=2R·cos30°

(2)

式中：K為土體滲透系數；t為灌漿持續時間，h；u1/u2為水與漿液粘滯系數，取0.15；H為注漿最大水壓力；r為輸漿管半徑，10 mm；n為土體孔隙率，20%。

2.3.2 不同部位帷幕灌漿設計

(1)右岸帷幕設計

本項目右岸壩基6～26 m深度范圍內的含土砂卵礫石采用混凝土防滲墻處理，因此設計在墻下設單排帷幕灌漿即可[4]，灌漿深度12～20 m。

(2)壩肩帷幕設計

左壩肩在溢洪洞開挖后形成壩頂平臺，設計直接在平臺進行帷幕灌漿，灌至溢洪洞右邊墻，灌漿長度約19 m，深度10～15 m，單排帷幕；右壩肩在地面高程處帷幕灌漿，帷幕中心線與心墻軸線重合，灌漿長度約16.5 m，深8～10 m，單排帷幕。

(3)壩基帷幕設計

本項目在壩體中心設計瀝青混凝土心墻，因此壩基位置帷幕設計在防滲墻底部，灌漿長度423.4 m，深15～29 m，單排帷幕。

3 灌漿施工要點分析

3.1 固結灌漿施工要點分析

根據設計要求，在瀝青心墻基礎范圍內進行鋪蓋式固結灌漿，共2排，排距為2.0 m，孔距3 m，呈矩形布置，深度為5 m，灌漿防滲標準為透水率q≤5 Lu，具體施工要點如下：

(1)本項目設計采用XY-2型地質鉆機進行鉆孔，孔徑為91 mm。當每一孔段鉆孔完畢后，待監理、業主一同驗收合格后再進行后續鉆孔及裂隙沖洗，要求孔內殘留物厚度不得大于20 cm，裂隙沖洗至回水澄清后10 min結束[5]；

(2)抽取有代表性鉆孔進行“單點法”壓水試驗，要求抽取率不低于10%，試驗壓力設計為灌漿壓力的80%，要求吸水量最大值與最小值之差小于10%；

(3)本項目固結灌漿孔按照“先下游、后上游”原則進行施工，為防止塌孔和相互干擾，在每一排上分三序進行，先Ⅰ序，中Ⅱ序，后Ⅲ序(見圖1所示)。

圖1 固結灌漿孔序施工示意圖

(5)灌漿注入率與壓力有著直接關系，本項目共設計4級壓力，具體試驗詳情見表1所示。在達到設計壓力情況下，單位吸漿量不大于0.4 L∕min時，再延續30 min即結束灌漿。

表1 灌漿注入率與壓力關系參考值

3.2 帷幕灌漿施工要點分析

本項目設計在混凝土防滲墻施工完成后，利用墻體中預埋鋼管的孔位上進行。因此孔洞位置、順直通暢度、深度等參數必須保證，在此不再詳述。本項目帷幕灌漿施工要點如下：

(1)本項目設計采用XY—2型鉆機鉆孔、YJ—340攪拌機制漿、YZ—180M型泥漿泵純壓式灌漿，水囊止漿塞止漿，成都西易自動記錄儀測定灌漿壓力和灌漿量[7]；

(2)帷幕灌漿設計分三序孔施工(見圖2)，按“自上而下”分段造孔，其中1序孔作為先導孔先行施工，逐孔段取樣，采用單點法壓水試驗，了解基巖透水率后確定帷幕灌漿入巖深度；

圖2 帷幕灌漿孔序施工示意圖

(3)采用“純壓式”進行灌漿，混凝土和基巖接觸部位先進行單獨灌漿并待凝，接觸段長度為2m，以下每段長度為5m，帷幕灌漿孔底段必須伸過設計帷幕線；

(5)當某一孔段在達到設計壓力的情況下，單位吸漿量不大于0.4 L/min時，再延續60 min，或單位吸漿量不大于1 L/min時，再延續90 min，即結束灌漿；

(6)在每個灌漿孔全孔灌漿結束后，采用“分段壓力灌漿封孔法”對灌漿孔進行封孔，封孔壓力采用該孔段的灌漿壓力。

本項目固結灌漿和帷幕灌漿質量檢查以分析檢查孔壓水試驗成果為主，結合鉆孔取芯資料、施工記錄、成果資料等綜合評定。在各單元工程灌漿全部結束14 d后，進行檢查孔施工。檢查孔壓水試驗結果見表2所示。

表2 固結、帷幕灌漿檢查孔壓水試驗成果表

4 結語

努爾加水庫基礎通過采取固結灌漿和帷幕灌漿手段，保證了透水率q≤5 Lu，為后續壩體施工提供了良好基礎。灌漿技術對設計和施工提出了很高要求，而且由于地質條件差異，其設計和施工參數也會存在很大差別，且需要在施工過程中進行實時調整，因此不可照搬其他工程經驗。