庫斯托汗水源工程基礎(chǔ)防滲處理試驗(yàn)分析

李欣蕾

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

帷幕灌漿是水利工程建設(shè)過程中常見的防滲加固措施,帷幕灌漿施工質(zhì)量對(duì)工程最終質(zhì)量影響較大。為了保證帷幕灌漿施工質(zhì)量,需要選取科學(xué)、合理的施工工藝參數(shù)。由于每個(gè)工程所在區(qū)域的地質(zhì)情況各不相同,不同工程的防滲加固效果要求也不盡相同,因此,在工程實(shí)施前進(jìn)行帷幕灌漿工程試驗(yàn)是非常必要的。可為后續(xù)大面積施工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。結(jié)合庫斯托汗水源工程實(shí)際情況,對(duì)大壩帷幕灌漿試驗(yàn)進(jìn)行分析。

2 工程概況

庫斯托汗水源工程水庫引水渠設(shè)計(jì)流量為2.6 m3/s,加大流量為3.12 m3/s；水庫設(shè)計(jì)總庫容973 萬m3；供水管道工程放水流量0.95 m3/s。其工程等別為Ⅳ等,工程規(guī)模為小（1）型,主要建筑物為4 級(jí),次要建筑物為5 級(jí),臨時(shí)建筑物5 級(jí)。

庫區(qū)地形特點(diǎn)三面環(huán)山,根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地形條件、地質(zhì)情況,考慮充分利用下游山體擋水,沿山體高部位選擇防滲線,設(shè)一道防滲軸線,采用帷幕灌漿+瀝青混凝土心墻壩的防滲形式。樞紐由瀝青混凝土心墻壩+防滲帷幕灌漿、表孔溢洪道、泄洪渠、放水和放空涵洞等建筑物組成。利用水庫東側(cè)2#沖溝的地形布置泄水建筑物和泄洪建筑物。

3 帷幕灌漿設(shè)計(jì)

帷幕灌漿布置在山體防滲軸線及心墻混凝土基座中部,與瀝青混凝土心墻軸線一致,孔距設(shè)為1.5 m,帷幕灌漿設(shè)1排,防滲標(biāo)準(zhǔn)為深入基巖透水率小于10 Lu 以下5 m 控制,深度為5 m～64 m。帷幕孔鉆孔孔向應(yīng)垂直水平面。具體分段如下：

樁號(hào)0+000～3+108 m 段基礎(chǔ)為熔結(jié)凝灰?guī)r段,透水率q ≥10 Lu 埋深較深,以下透水率q＜10 Lu,具弱透水性,防滲標(biāo)準(zhǔn)為深入基巖透水率小于10 Lu 以下5 m 控制。

樁號(hào)3+108～3+214 段基礎(chǔ)為熔結(jié)凝灰?guī)r段,透水率q ≥10 Lu 埋深較淺,地面以下5 m～13 m 為巖體透水率q＜5 Lu；壩3+686～壩3+845 段以砂礫巖為主,巖體透水率q ≥10 Lu 埋深在基巖面以下5 m 左右,以下巖體透水率q＜5 Lu；以上兩段防滲標(biāo)準(zhǔn)為深入基巖透水率小于5 Lu 以下5 m 控制。

4 試驗(yàn)區(qū)域選擇及地質(zhì)條件

4.1 試驗(yàn)區(qū)的選擇

為了論證試驗(yàn)采用的灌漿方法在技術(shù)上的可行性,施工效果的可靠性,經(jīng)濟(jì)上的合理性,本次帷幕灌漿選擇在3#壩段進(jìn)行,樁號(hào)范圍為：2+221.5～2+250.0 進(jìn)行灌漿試驗(yàn)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)束后所得的成果進(jìn)行灌漿工藝與灌漿效果的分析,選擇適合本工程正常灌漿的施工工藝與參數(shù),本試驗(yàn)為生產(chǎn)性試驗(yàn),施灌后不再進(jìn)行重復(fù)施工。

4.2 地質(zhì)條件

試驗(yàn)區(qū)心墻基座基礎(chǔ)開挖及試驗(yàn)地質(zhì)鉆孔揭露出：試驗(yàn)區(qū)地基巖層主要為熔結(jié)凝灰?guī)r間夾砂巖組成,建基面為熔結(jié)凝灰?guī)r,巖石整體結(jié)構(gòu)破碎。從試驗(yàn)孔巖芯可以看出基礎(chǔ)巖石為熔結(jié)凝灰?guī)r,巖石整體破碎,裂隙發(fā)育,多數(shù)為水平向裂隙,陡傾裂隙約占60%。

4.3 試驗(yàn)區(qū)帷幕灌漿工程量

灌漿試驗(yàn)漿液的水灰比可參考采用5∶1、3∶1、2∶1、1：1、0.7∶1、0.5∶1 六個(gè)比級(jí),由稀到濃逐級(jí)變換,開灌水灰比采用5∶1。

帷幕灌漿孔布置在心墻基座壩軸線上游0.5 m 處,單排孔布置、孔距1.5 m,孔深深入10 Lu 線以下5 m 控制。帷幕灌漿試驗(yàn)共計(jì)完成20 孔,孔深為入巖43 m～67 m 之間不等,其中Ⅰ序孔5 個(gè),Ⅱ序孔5 個(gè)、Ⅲ序孔10 個(gè)。試驗(yàn)從2022年07 月04 日開鉆鉆孔至2022 年07 月30 日檢查孔壓水結(jié)束,歷時(shí)27 天,完成工程量見表1。

表1 庫斯托汗水源工程帷幕灌漿試驗(yàn)完成工程量情況表

表2 灌漿壓力、段長劃分

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

5.1 地質(zhì)條件對(duì)灌漿的影響

通過鉆孔施工過程中出現(xiàn)的返水小、無返水、無返渣等現(xiàn)象,結(jié)合返水返渣時(shí)出現(xiàn)的不同顏色,說明壩基巖層較為破碎,有較大的裂隙、裂縫存在其中；大壩心墻基座以外出現(xiàn)裂隙涌水現(xiàn)象說明這些裂隙、裂縫發(fā)育、貫通且延伸較遠(yuǎn)。

灌漿施工過程中出現(xiàn)的漿液串孔、地表冒漿、漿液與開挖后的涌水通道相連及灌注時(shí)出現(xiàn)的壓力突然降低,流量增大；以及灌注同一孔段長時(shí)間無法達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)而采取的間歇、待凝、復(fù)灌等措施說明,這些孔段所表現(xiàn)出異常情況均說明大壩巖層中存有較大的裂隙、裂縫,且這些裂隙、裂縫發(fā)育、貫通且延伸。

綜上所述,通過分析試驗(yàn)區(qū)灌漿資料證明大壩基礎(chǔ)部分巖層較破碎、裂隙密集、節(jié)理發(fā)育,存在較寬的裂隙。灌漿過程中的串冒漿現(xiàn)象證明這些裂隙貫通且延伸較遠(yuǎn),地質(zhì)原因造成本工程水泥灌注量偏大。

在進(jìn)行帷幕灌漿先導(dǎo)孔及一序孔施工的時(shí)候串漏情況比較普遍。在灌注W-75-Ⅰ-4#孔時(shí),出現(xiàn)鉆孔無返水（52.7 m～57.7 m）長時(shí)間灌漿無法結(jié)束,經(jīng)指示進(jìn)行低壓、限流、待凝、復(fù)灌,經(jīng)多次待凝才使得正常灌漿結(jié)束。多數(shù)灌漿孔灌漿時(shí)出現(xiàn)上、下游巖石出現(xiàn)多處冒漿、串漿。串漿、冒漿點(diǎn)離灌漿處基本在2 m～3 m 的距離。立即采用濃漿、限流、低壓進(jìn)行灌注后冒、漏漿不再冒漿。逐步升壓達(dá)到設(shè)計(jì)壓力正常灌漿至結(jié)束[1-2]。

其余多數(shù)灌漿孔在灌漿時(shí)出現(xiàn)串漿,被串孔立即停鉆,將被串孔用阻塞器進(jìn)行封堵,直到達(dá)到設(shè)計(jì)壓力和結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)灌漿,灌漿結(jié)束。待凝后將被串孔阻塞器拔出,掃孔至設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行正常壓水、灌漿。上游巖石出現(xiàn)兩處冒漿,采用濃漿、限流、低壓進(jìn)行灌注后冒、漏漿不再冒漿。逐步升壓達(dá)到設(shè)計(jì)壓力正常灌漿至結(jié)束。

5.2 試驗(yàn)效果分析

現(xiàn)場試驗(yàn)工作選擇在大壩心墻基座設(shè)計(jì)灌漿軸線上進(jìn)行,通過最終試驗(yàn)效果分析及灌漿質(zhì)量檢查情況說明,本次灌漿試驗(yàn)工作也取得了相當(dāng)好的成效,試驗(yàn)的預(yù)期目的已達(dá)到。通過試驗(yàn)結(jié)果分析論證,得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1）根據(jù)檢查孔壓水、取芯證明其孔距是合理的,能夠滿足本工程的防滲特點(diǎn),建議帷幕灌漿孔距為1.5 m。

（2）施工參數(shù)。段長：第一段2 m；第二段以下均為5 m。所設(shè)置的帷幕灌漿壓力能滿足本工程需求,該壓力控制是合理的。

（3）施工工藝。各次序孔砼與巖石接觸面首段2 m 段,在接觸段應(yīng)先灌并下入孔口套管待凝不少于36 小時(shí)。帷幕采用“自上而下灌漿法”試驗(yàn)施工,其工藝方法在本工程地質(zhì)情況下較為明顯,“自上而下灌漿法”灌漿效果及工程質(zhì)量通過分析檢驗(yàn),均能夠滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),本工程建議采用“自上而下灌漿法”。

（4）帷幕灌漿孔深按透水率控制,帷幕深度伸入10 Lu以下5 m。以各單元先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)確定帷幕底線。

6 結(jié)論及建議

6.1 結(jié)論

庫斯托汗水源工程水庫樞紐大壩壩基采用防滲帷幕灌漿,帷幕灌漿布置山體防滲軸線及心墻混凝土基座中部。為了論證試驗(yàn)采用的灌漿方法在技術(shù)上的可行性,施工效果的可靠性,經(jīng)濟(jì)上的合理性,選擇在3#壩段進(jìn)行,樁號(hào)范圍為：2+221.5～2+250.0 進(jìn)行灌漿試驗(yàn)。通過對(duì)帷幕灌漿75 單元灌漿透水率、單位注灰量、檢查孔壓水成果,本次帷幕灌漿試驗(yàn)效果明顯,滿足了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到了灌漿試驗(yàn)預(yù)期目的。帷幕灌漿孔距1.5 m,段長第一段2 m,第二段以下均為5 m,采用“自上而下灌漿法”的灌漿技術(shù)參數(shù)符合該地質(zhì)條件。后續(xù)大面積帷幕灌漿完全可以參照本試驗(yàn)方案相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工作業(yè),可滿足灌漿質(zhì)量要求。

6.2 建議

（1）生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)屬局部生產(chǎn)施工,雖選擇在具有較強(qiáng)代表性的區(qū)域進(jìn)行,但試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)也只能代表多數(shù),并不具有絕對(duì)的指導(dǎo)性,對(duì)于在后期灌漿施工過程中出現(xiàn)的因地質(zhì)缺陷造成的各種特殊情況時(shí),還應(yīng)針對(duì)具體情況,制定更為科學(xué)的處理措施。

（2）大壩基礎(chǔ)地質(zhì)主要由熔結(jié)凝灰?guī)r間夾粉質(zhì)土層、砂巖構(gòu)成,灌漿過程中,在巖層變化的地段易產(chǎn)生大的灌入量,建議于特大漏量的孔段,采取限量灌漿法,一般每段注入水泥量達(dá)5 t～10 t 后仍無法達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí),可間隙灌漿,待孔內(nèi)漿液初凝后,再進(jìn)行掃孔復(fù)灌。