某水電站高噴防滲墻檢測(cè)方法綜合分析

李 川,張 挺, 王 飛

(廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東省巖土工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510635)

某水電站高噴防滲墻檢測(cè)方法綜合分析

李 川,張 挺, 王 飛

(廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東省巖土工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510635)

通過在1次檢測(cè)過程中運(yùn)用多種檢測(cè)手段對(duì)某水電站防滲墻進(jìn)行檢測(cè)，并就檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，從而得出防滲墻工程中的一些值得借鑒的工程經(jīng)驗(yàn)。

防滲墻檢測(cè);圍井試驗(yàn);抽芯; 鉆孔電視

1 概述

某水電站樞紐工程是一宗以發(fā)電為主，結(jié)合航運(yùn)、灌溉的水電樞紐工程。其上游永久防滲墻采用雙排三管旋噴樁作為該水利樞紐工程閘壩前的垂直防滲帷幕。為了檢測(cè)墻體的施工質(zhì)量，包括樁身的均勻度、樁身強(qiáng)度、樁身的長(zhǎng)度及樁身防滲性能等多項(xiàng)指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)要求，采取了多種方法對(duì)防滲墻進(jìn)行了檢測(cè)并對(duì)其性能作一綜合分析。

2 工程地質(zhì)概況和防滲墻的設(shè)計(jì)施工情況

2.1 工程地質(zhì)情況

根據(jù)工程地勘資料，試驗(yàn)場(chǎng)地主要土層自上而下分布如下(見圖1)：

圖1 參考的地質(zhì)剖面示意

④第三系下統(tǒng)丹霞群砂巖(Edn)：呈灰色、灰白色，局部夾有砂礫巖，強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，節(jié)理裂隙較發(fā)育。

2.2 防滲墻的設(shè)計(jì)施工情況

根據(jù)防滲墻設(shè)計(jì)資料，防滲墻為閘壩上游永久防滲墻，采用雙排三重管高壓旋噴樁，固化劑采用32.5R普硅水泥，樁徑為Ф1 000 mm，高噴孔平行于防滲墻軸線方向孔距為0.80 m，垂直于防滲墻軸線方向孔距為0.693 m，梅花形布置，防滲墻要求進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化砂巖1 m。按設(shè)計(jì)要求，防滲墻滲透系數(shù)K≤5×10-5cm/s。防滲墻大樣圖見圖2。

圖2 高噴防滲墻大樣示意(單位：mm)

防滲墻施工各施工參數(shù)為：氣體壓力為0.6～0.8 MPa，流量為0.8～1.2 m3/min；水壓力為38 MPa，流量為75 m3/min；水泥漿液壓力為0.4 MPa，流量為80 m3/min，比重為1.65～1.70；噴漿提升速度為6 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度為6 r/min。

3 檢測(cè)方法及檢測(cè)結(jié)果

3.1 圍井注水試驗(yàn)[1]

圍井的形成是當(dāng)旋噴樁防滲墻施工完后，在防滲墻下游側(cè)隨機(jī)選擇一個(gè)位置，用與原設(shè)計(jì)相同的工藝施工兩面雙排旋噴樁墻(內(nèi)排旋噴樁軸心邊長(zhǎng)為 4.0 m)，與原防滲墻圍封成1個(gè)三角形的試驗(yàn)圍井。圍井內(nèi)布置1個(gè)注水孔，鉆至圍井底部，圍井外布置1個(gè)水位觀測(cè)孔。圍井的試驗(yàn)剖面圖見圖3。

試驗(yàn)時(shí)，采用小型水泵往注水孔里注水，定時(shí)用電測(cè)水位計(jì)觀測(cè)內(nèi)外水位觀測(cè)孔的水位，同時(shí)用流量表量測(cè)注水流量，當(dāng)水位及流量均達(dá)到水利部《水利水電工程鉆孔注水試驗(yàn)規(guī)程》有關(guān)規(guī)定的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，計(jì)算圍井的綜合滲透系數(shù)。

圖3 圍井試驗(yàn)剖面示意

假定防滲墻墻體為均質(zhì)，滲流為層流，符合達(dá)西定律，圍井的綜合滲透系數(shù)按《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》中公式:

(1)

式中Q為穩(wěn)定的注水流量；t為防滲墻厚度；L為圍井周邊軸線長(zhǎng)度；H0為圍井內(nèi)試驗(yàn)水位至井底深度；h0為圍井外水位至井底深度。

本工程中共做了2個(gè)圍井，從試驗(yàn)結(jié)果看，2個(gè)圍井的滲透系數(shù)分別為3.4×10-6cm/s和3.7×10-6cm/s，小于5×10-5cm/s。

3.2 墻體抽芯檢測(cè)

墻體的鉆孔抽芯檢測(cè)采用重慶探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的xy-2pl型鉆機(jī)，鉆頭口徑為Φ108 mm，采用單動(dòng)雙管金剛石鉆頭清水回旋鉆進(jìn)。鉆孔抽芯檢測(cè)的具體位置，以隨機(jī)抽取為原則，共抽取了9個(gè)孔。

抽芯結(jié)果表明，① 在粉細(xì)砂層(②-2)及中粗砂層(②-3)，各樁成樁質(zhì)量較佳，抽得芯樣呈短到長(zhǎng)柱狀，局部塊狀，水泥分布較均勻，膠結(jié)較好，部分芯樣還可見卵石鑲嵌其中；② 在砂礫石層(②-4)，抽得芯樣普遍呈碎塊到塊狀，部分呈短柱狀，較破碎，采取率也較低，含較多游離粒徑20～60 mm卵石，卵石有外裹水泥痕跡；③ 在全風(fēng)化層及強(qiáng)風(fēng)化層，大部分鉆孔芯樣未見水泥，小部分為與碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖膠結(jié)的水泥土，呈塊到短柱狀，水泥分布較均勻，膠結(jié)較好。

3.3 芯樣室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)及滲透試驗(yàn)

在抽芯取得的芯樣中選取符合試驗(yàn)尺寸要求的芯樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，包括芯樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和室內(nèi)滲透試驗(yàn)。

作抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的水泥土芯樣共8組24個(gè)芯樣，試驗(yàn)成果表明，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化較大，在2.2～13.7 MPa之間，平均為6.3 MPa。作室內(nèi)滲透試驗(yàn)的水泥土芯樣共2組12個(gè)芯樣，試驗(yàn)成果表明，其芯樣滲透系數(shù)在8.34×10-8～9.23×10-8cm/s之間，平均為8.79×10-8cm/s。

3.4 墻體抽芯孔注水試驗(yàn)

為檢測(cè)防滲墻墻體的滲透性，對(duì)抽芯孔采取注水試驗(yàn)，即在抽芯孔中注水，通過觀測(cè)記錄抽芯孔在單位時(shí)間內(nèi)的注水速度(此速度即為抽芯孔孔壁的滲透速度)，利用達(dá)西定律，計(jì)算出墻體的滲透系數(shù)。

假定防滲墻墻體為均質(zhì)，滲流為層流，符合達(dá)西定律，滲入土層的水等于鉆孔內(nèi)注入水的流量，則根據(jù)《水利水電工程鉆孔注水試驗(yàn)規(guī)程》公式：

(2)

式中 Q為注水流量；H為內(nèi)外水頭差；A為形狀系數(shù)，則可算出各隨機(jī)抽芯孔的滲透系數(shù)。

試驗(yàn)在9個(gè)抽芯孔中分段次進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明，各孔上部的滲透系數(shù)均小于下部。各孔的滲透系數(shù)在5.96×10-6～2.66×10-5cm/s之間，小于5×10-5cm/s。

3.5 鉆孔電視察看孔內(nèi)側(cè)壁[2]

由于各抽芯孔在砂礫石層抽得芯樣較破碎，我們認(rèn)為抽得的碎塊狀芯樣并不能全面地反映高噴墻水泥土在該地層的膠結(jié)狀況，因而，決定采用鉆孔電視沿抽芯孔下探，觀察抽芯孔的孔壁，以了解水泥土的膠結(jié)狀況，從而以了解旋噴樁的真實(shí)的成樁情況。

采用的儀器為CR110-7D型管道探測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)帶高清晰低照度CCD水下攝像機(jī)探頭，吊入鉆孔中進(jìn)行錄像，其生成的視頻訊號(hào)通過電纜送入錄像機(jī)或監(jiān)視器，形成圖像。鉆孔電視的工作原理框圖如圖4所示，其技術(shù)指標(biāo)如下：

攝像方式：1/4″ 彩色夏普CCD；

攝像靈敏度：0Lux(高亮白光開啟)；

分辨率：420線(攝像頭)；

密封耐壓：5個(gè)大氣壓下無(wú)漏水現(xiàn)象；

工作溫度：-10 ℃～+60 ℃；

信噪比： ≥48dB。

在對(duì)其中4個(gè)孔內(nèi)水較清澈的抽芯孔進(jìn)行察看對(duì)比后，觀察結(jié)果如下：抽芯孔在砂礫層孔壁基本完整，水泥分布較均勻，膠結(jié)良好，可見卵石鑲嵌其中，抽芯孔孔壁未出現(xiàn)蜂窩及孔洞現(xiàn)象。

圖4 鉆孔電視工作原理框示意

4 檢測(cè)結(jié)果的綜合分析

1) 按設(shè)計(jì)要求，旋噴樁應(yīng)進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化1m，但從抽芯孔的結(jié)果看，各孔在全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層大部分鉆孔芯樣未見水泥，這是由于全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層為堅(jiān)硬巖土層，成樁時(shí)噴漿未能穿透土層預(yù)定范圍形成有效樁身，樁身縮頸，樁徑變小。但由于全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層為弱透水層，因而對(duì)高噴墻的防滲性未造成大的影響。

2) 各樁孔在砂礫石層(②-4)抽得巖芯普遍較破碎，采取率偏低，主要是由于該層滲透性較強(qiáng)，地下水流速偏高，因而旋噴樁成樁時(shí)，卵石礫石與水泥土膠合強(qiáng)度偏低，抽芯時(shí)芯樣在鉆頭的高速運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)下，被部分游離的卵石礫石打碎造成巖芯破碎，這對(duì)芯樣的采取率有一定的影響。經(jīng)采用鉆孔電視對(duì)部分抽芯孔在砂礫石層的孔壁進(jìn)行察看，發(fā)現(xiàn)抽芯孔孔壁基本完整，水泥分布較均勻，膠結(jié)良好，可見卵石鑲嵌其中，未出現(xiàn)蜂窩及孔洞現(xiàn)象。

3) 旋噴樁防滲墻強(qiáng)度變化較大，部分芯樣強(qiáng)度偏低，而且，做室內(nèi)試驗(yàn)的芯樣均為膠合強(qiáng)度較好、芯樣尺寸達(dá)到試驗(yàn)要求的試樣，其余砂礫層段的碎塊狀試樣膠合強(qiáng)度更低，其抗壓強(qiáng)度應(yīng)該比抗壓試驗(yàn)結(jié)果更低，但由于旋噴樁墻主要目的為防滲，對(duì)高噴墻的防滲性未造成大的影響。

4) 從防滲墻圍井試驗(yàn)、抽芯孔注水試驗(yàn)及室內(nèi)滲透試驗(yàn)結(jié)果看，隨機(jī)確定位置的圍井的綜合滲透系數(shù)、隨機(jī)抽取芯樣的室內(nèi)試驗(yàn)滲透系數(shù)以及各抽芯孔各段次的滲透系數(shù)均≤5×10-5cm/s，可以滿足設(shè)計(jì)要求。

5) 本次抽芯檢測(cè)未能按照有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行每個(gè)單元工程布置1個(gè)檢查孔，也未布置在相鄰兩孔高噴墻體的搭處，為隨機(jī)布孔，其結(jié)果僅供參考。

5 結(jié)語(yǔ)

通過以上的檢測(cè)結(jié)果分析，可以得出防滲墻工程中值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)：

1) 旋噴樁在硬土層成樁時(shí)，壓力的控制需一定工程經(jīng)驗(yàn)，如控制不好則噴漿不能穿透土層預(yù)定范圍形成有效樁身，從而造成樁身縮頸，樁徑變小，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響工程質(zhì)量。

2) 旋噴樁在砂礫石層成樁時(shí)，特別是砂礫層有地下水且地下水流速較大時(shí)，需控制好旋噴樁成樁的工藝參數(shù)，必要時(shí)添加速凝劑，否則會(huì)影響樁身水泥土在該地層的膠結(jié)強(qiáng)度。

3) 樁身抽芯檢測(cè)時(shí)，鉆孔電視的運(yùn)用是個(gè)非常適合的補(bǔ)充手段，它可以觀察鉆孔孔壁的完整情況、水泥土的膠結(jié)情況及鉆孔里面一些預(yù)料不到的情況，有助于更全面更客觀地反映樁身的實(shí)際情況。

4) 多種檢測(cè)手段的配合，特別是防滲墻圍井試驗(yàn)、抽芯孔注水試驗(yàn)，可以更全面地評(píng)判防滲墻的防滲性能。

5) 以上幾種檢測(cè)手段均屬隨機(jī)抽樣檢測(cè)，結(jié)果具有一定代表性，但較難全面反映防滲墻整體質(zhì)量，如需全面評(píng)判防滲墻的整體施工質(zhì)量，則還須結(jié)合防滲墻局部開挖情況、蓄水后現(xiàn)場(chǎng)滲漏測(cè)試結(jié)果及查閱施工過程記錄后再做進(jìn)一步的綜合分析。

[1] 水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范：DL/T5 200—2004[S].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2] 林宗元. 巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M]. 沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

(本文責(zé)任編輯 馬克俊)

Comprehensive Analysis of the Detection Method for A Hydropower Station with High-Pressure Grouting Impervious Wall

LI Chuan, ZHANG Ting, WANG Fei

(Guangdong Research Institute of Water Recourses and Hydropower; Guangdong Geotechnical Engineering Technology Research Centers, Guangzhou 510635, China)

A variety of detection methods are used in the hydroelectric station-impervious wall during a detection process and then comprehensive analysis is made on the detection results. At last, experience which learnt from these detections has provided some values for the similar projects later.

cutoff wall detection; bounding well test; core pulling; borehole television

2016-03-03;

2016-11-13

李川(1973)，男，本科，高級(jí)工程師，從事水利水電巖土工程研究工作。

TV543+.8

：B

：1008-0112(2016)012-0035-04