壩基河床斷層破碎帶壓水試驗施工工藝

房 晨

(新疆吐魯番市高昌區(qū)水管總站，新疆 吐魯番 838000)

1 工程概況

阿拉溝水庫樞紐工程位于新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番地區(qū)托克遜縣境內(nèi)，是阿拉溝河上的重要控制性工程，屬新疆坎兒井保護(hù)及節(jié)水灌溉項目。

阿拉溝水庫具有防洪、供水、灌溉等綜合利用效益，水庫總庫容4450萬m3，主要建筑物大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，最大壩高105.26 m。

壩區(qū)基巖為上泥盆統(tǒng)天格爾組第二亞組(D3tb)，巖性成分較為復(fù)雜，主要為灰黑色凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)砂巖與硅質(zhì)巖夾頁巖、淡灰色凝灰?guī)r，屬厚至巨厚層狀夾薄層狀構(gòu)造，泥質(zhì)、沉凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，接觸式膠結(jié)，物理力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。

壩區(qū)斷層及節(jié)理裂隙較為發(fā)育，特別是河床段心墻基礎(chǔ)，開挖揭示反映，斷層發(fā)育，巖性復(fù)雜，多有夾泥現(xiàn)象，巖體完整性差，力學(xué)強(qiáng)度很不均一。河床部位主要有3條較大規(guī)模斷層：F3、F39、F56，其中F56規(guī)模最大，順河床發(fā)育，穿壩軸線基礎(chǔ)而過，斷層破碎帶寬12 m，影響帶寬1～2 m，主要由碎裂巖、角礫巖、糜棱巖及斷層泥組成。

2 存在的問題

阿拉溝水庫壩高105.26 m，屬高壩，地質(zhì)條件復(fù)雜、較特殊，特別是河床段的地基加固、防滲處理施工至為重要。

壩基河床段全長114 m，設(shè)計布置3排帷幕孔，兩邊排為副帷幕、孔深為主帷幕的0.6倍；中間排為主帷幕、孔深深入相對不透水層(q≤5 Lu)以下5 m，孔、排距均為2 m。

工程質(zhì)量不容忽視，但是不必要的資金投入也是不可取的，因此灌漿帷幕底線的準(zhǔn)確判定是關(guān)鍵。在河床段斷層破碎帶帷幕灌漿施工過程中，壓水時采用常規(guī)的球形膠塞很難卡緊，繞塞返水現(xiàn)象較為普遍，無法真實反映巖石透水情況，直接影響到鉆孔終孔深度的確定[1]。

3 實施方案

針對這一問題，通過多次反復(fù)試驗：采用膠囊塞、球形膠塞、圓柱形膠塞等不同試驗材料，進(jìn)行機(jī)械頂壓式、螺桿壓縮式和液壓式工藝試驗，并通過單、雙塞和合并壓水段次等方法進(jìn)行對比試驗。在現(xiàn)場實施過程中，對先導(dǎo)孔KZ53孔終孔段進(jìn)行壓水試驗，首先采用螺桿壓縮式球型塞(長度60 cm)，連接好管路后開啟灌漿泵進(jìn)行沖洗、壓水試驗，正常壓水結(jié)束后，計算得到的透水率為6.74 Lu，但在壓水試驗過程中發(fā)現(xiàn)有繞塞現(xiàn)象發(fā)生。緊接著用同樣的施工方法，把螺桿式球形塞換成液壓式膠囊塞(長度100 cm)后，壓水試驗結(jié)束后得到的透水率為5.17 Lu。最后一次采用加工改進(jìn)后的頂壓式柱形塞(150 cm)，最終得到的壓水試驗透水率3.68 Lu，滿足了設(shè)計防滲帷幕標(biāo)準(zhǔn)。通過對河床段3個先導(dǎo)孔終孔段壓水試驗分別采用不同的膠塞類型，得到的結(jié)果均不相同，詳細(xì)結(jié)果見表1。

表1 河床段先導(dǎo)孔終孔段壓水試驗數(shù)據(jù)對比表

最后選用圓柱形膠塞，采取機(jī)械頂壓式壓水工藝解決了斷層破碎帶先導(dǎo)孔壓水試驗時繞塞返水的問題，壓水試驗資料能夠真實反映地層透水情況，為確定帷幕底線提供了依據(jù)，從而在滿足工程質(zhì)量的前提下，有效地減少了工程投資，并縮短了灌漿施工工期。在進(jìn)行壓水試驗施工時，為了確保機(jī)械頂壓式栓塞可以膨脹充分，保證圓柱形栓塞可以充分接收到鉆機(jī)油壓系統(tǒng)的壓力。在施工現(xiàn)場先將一個支撐管和鉆桿進(jìn)行連接后插入至孔底，并將金屬墊片放置到橡膠球之間用于壓力的傳遞。鉆機(jī)油壓在施加外力時，可以利用墊片和支撐管之間的反作用力使球形塞出現(xiàn)膨脹，從而更好地保證止水效果。考慮到工程區(qū)域破碎帶裂隙發(fā)育，要先對鉆孔進(jìn)行清洗，清洗過程中要注意鉆具必須下入到孔底，一般一個孔清洗0.5 h左右。在止水栓放置鉆孔之前要注意對地下水位進(jìn)行觀測，在測量時，需要將下導(dǎo)線緩緩放入到鉆孔。導(dǎo)線頭部的金屬塊和水電接觸導(dǎo)電后使用萬用表進(jìn)行讀數(shù)，并對這時導(dǎo)線長度進(jìn)行測量，從而得到比較穩(wěn)定的地下水位值。向鉆孔中進(jìn)行注水時，分別按照3個壓力等級進(jìn)行注水，在不同的壓力下，每分鐘要觀測一次，直到持續(xù)5次流量都達(dá)到了穩(wěn)定后終止。然后觀測下級流量。升壓完成后，要觀測降壓情況。壓力加載順序分別按照0.3 MPa→0.6 MPa→1.0 MPa→0.6 MPa→0.3 MPa這5個階段開展，完成讀數(shù)后要做好現(xiàn)場記錄工作，并進(jìn)行檢查，然后將壓水設(shè)備取出[2]。

施工過程中，項目法人現(xiàn)場代表與監(jiān)理工程師進(jìn)行24 h旁站監(jiān)理，一方面監(jiān)督質(zhì)量、掌握第一手試驗資料；另一方面配合施工單位做好現(xiàn)場協(xié)調(diào)和施工管理，共同見證先導(dǎo)孔終孔段壓水試驗成果，確定灌漿帷幕施工底線。

4 評價與建議

4.1 質(zhì)量效益及驗收評價

4.1.1 灌漿質(zhì)量效果

本工程河床段一共布置了檢查孔19個，壓水試驗175段，其中接觸段及其下一段全部合格，不合格的4段均發(fā)生在第4段以下，滿足規(guī)范和設(shè)計要求。

剔除第1、2段，壓水試驗137段，不合格段數(shù)占3%，即合格段數(shù)占97%，滿足技術(shù)規(guī)范“在以下的段數(shù)的合格率應(yīng)在90%以上”的要求；不合格段數(shù)中的透水率最大值為7.54 Lu，且分布在4個孔中，滿足技術(shù)規(guī)范“不合格段的透水率值不超過設(shè)計規(guī)定值的100%，且不集中”的要求。

經(jīng)單元工程質(zhì)量評定，大壩基礎(chǔ)河床段帷幕灌漿6個單元工程質(zhì)量全部優(yōu)良，完全滿足設(shè)計要求。

4.1.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

本工程項目河床段帷幕灌漿范圍長度約114 m，根據(jù)施工圖紙統(tǒng)計，共計198個帷幕灌漿孔，對比表1河床段先導(dǎo)孔終孔段壓水試驗數(shù)據(jù)，每個灌漿孔深相應(yīng)可減少10～15 m，那么整個河床段帷幕灌漿可減少工程量2970 m，如此一來就可以節(jié)約工程投資約171萬元，灌漿施工工期縮短15 d，顯著降低了工程的施工成本，提高了施工的經(jīng)濟(jì)效益，縮短了施工工期[3]。

4.1.3 階段驗收評價

瀝青混凝土心墻施工前，項目法人組織大壩基礎(chǔ)重要隱蔽工程階段驗收，專家一致認(rèn)為，河床段基巖灌漿工程質(zhì)量滿足設(shè)計要求，給予通過。

4.2 兩點建議

(1)斷層破碎帶采用“孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)”自上而下分段灌漿法，對工程質(zhì)量有保證，且施工難度不大，現(xiàn)場易操作。在進(jìn)行注漿之前要先進(jìn)行試水，查看是否出現(xiàn)了滲漏的情況。在進(jìn)行試灌時，要對灌水時間和灌水量進(jìn)行記錄，并將記錄結(jié)果作為灌注壓力和灌漿量的參考數(shù)據(jù)。注漿作業(yè)時，要注意觀察注漿量的變化情況和注漿壓力的變化情況。認(rèn)真對各孔施工過程中孔深、鉆孔位置、鉆進(jìn)情況、施工序號、注漿壓力、注漿異常等情況進(jìn)行記錄，并對相關(guān)資料進(jìn)行整理，制作成圖表。如果注漿過程中止?jié){盤產(chǎn)生了變形，要馬上終止注漿。如果止?jié){盤出現(xiàn)跑漿的情況時，要馬上使用打木楔、篩填棉紗等措施進(jìn)行堵漏。

全孔注漿完成后，分段將0.6∶1的濃漿從孔底向孔口壓入，然后進(jìn)行封孔。直到有砂漿或濃漿從孔口冒出后停止[4-5]。

(2)在進(jìn)行斷層破碎帶的壓水試驗時，特別是帷幕底線的確定是試驗的重點。為了保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，選擇合適的壓水試驗材料和施工方法是關(guān)鍵，工程的參建各方特別是施工方要認(rèn)真對待，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行施工，保證施工質(zhì)量。

5 結(jié) 語

新疆吐魯番地區(qū)阿拉溝水利樞紐工程大壩河床段基巖灌漿通過階段性驗收，質(zhì)量合格，項目法人表示放心。雖然在地質(zhì)條件復(fù)雜的斷層破碎帶上，施工難度大，但只要參建各方齊心協(xié)力，認(rèn)真做好每一道工序，就能既保證工程質(zhì)量又節(jié)省工程投資、節(jié)約工期，可為今后其他類似工程項目管理積累一定的經(jīng)驗。

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