新疆卡拉貝利水利樞紐工程大壩趾板基礎(chǔ)帷幕灌漿施工技術(shù)應(yīng)用分析

王 平

（新疆維吾爾自治區(qū)水利水電工程建設(shè)監(jiān)理中心，新疆 烏魯木齊 830000）

水利工程建設(shè)中，趾板基礎(chǔ)帷幕灌漿施工是至關(guān)重要的一項(xiàng)施工技術(shù)，基于工程大壩抗滑穩(wěn)定系數(shù)要求而提出?；炷撩姘宥咽瘔误w的抗滑穩(wěn)定系數(shù)一般高于混凝土壩體，基礎(chǔ)帷幕主要是防止大壩因發(fā)生集中滲漏而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞問題，可通過提升灌漿壓力改善大壩防滲能力和使用壽命。

1 卡拉貝利大壩地質(zhì)環(huán)境

卡拉貝利大壩工程趾板基礎(chǔ)帷幕設(shè)計(jì)為單排帷幕，孔距2.0 m，孔深15.0 m，共46個(gè)帷幕單元。大壩趾板所處地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，其左岸趾板位于軸線上游，趾板斜切高陡邊坡，地形起伏大，岸坡陡立，岸坡坡度70°，地面高程1700 m～1776 m。大壩坡腳堆積有少量第四系全新統(tǒng)坡積碎石,厚3 m左右，大部分基巖裸露?；鶐r巖性為N2砂巖、砂礫巖夾薄層泥巖互層,巖層傾向岸坡外，巖體表面破碎，基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚3 m～5 m，弱風(fēng)化層厚8 m～12 m，巖體較完整，無順河向斷層發(fā)育。在趾板線高程1760 m～1780 m段分布有危巖體，岸坡坡度大于巖層傾角，形成不穩(wěn)定岸坡。右岸趾板沿線各階地地形起伏較小，階地前緣岸坡坡度范圍主要在30°～40°，階地面地勢(shì)平緩，地表覆蓋第四系上更新統(tǒng)沖積砂卵礫石，巖體破碎且強(qiáng)度較低。

另外，趾板處現(xiàn)代河床寬272 m，表層為沖積砂卵礫石層，厚3 m～7 m，天然狀態(tài)平均濕密度度2.25 g/m3，干密度2.19 g/m3，含水率2.6%，飽和內(nèi)摩擦角36°，滲透系數(shù)K＝23.94 m/d，為強(qiáng)透水層；下層基巖為N2砂巖、礫巖夾薄層泥巖互層，強(qiáng)風(fēng)化層厚3 m～5 m，巖體破碎且?guī)r體強(qiáng)度較低，弱風(fēng)化層厚8 m～12 m，泥巖具有遇水軟化、失水崩解，抗風(fēng)化能力差等問題。巖體透水率小于3 Lu的界限在基巖面以下15 m～18 m，屬弱透水性，巖體中斷層、裂隙不發(fā)育。河水、地下水對(duì)混凝土具有硫酸鹽中等腐蝕性。

2 大壩趾板基礎(chǔ)帷幕灌漿施工過程分析

在新疆卡拉貝利水利樞紐的大壩趾板基礎(chǔ)帷幕灌漿施工中，為了方便施工管理工作，結(jié)合灌漿孔位置及操作順序，將9～10個(gè)灌漿孔劃分為一個(gè)單元，共計(jì)46個(gè)單元。在單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)上對(duì)每一個(gè)灌漿孔進(jìn)行了編號(hào)，每個(gè)灌漿孔的編號(hào)代表灌漿孔所屬的單元和位置，同時(shí)包含了灌漿類型信息。

大壩趾板基礎(chǔ)帷幕灌漿施工過程分為幾個(gè)步驟：①灌漿施工的材料及機(jī)具準(zhǔn)備。灌漿材料選用抗硫硅酸鹽水泥，其比表面積達(dá)到了326 m2/kg,符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求。灌漿漿液攪拌機(jī)具選用ZJ-400L型號(hào)的攪拌機(jī)，灌漿泵選用3SNS型號(hào)。注意將攪拌轉(zhuǎn)速控制在≥1200 r/min，攪拌時(shí)間控制在120 s內(nèi)；②灌漿施工方式。帷幕灌漿以單排帷幕純水泥漿液進(jìn)行灌注，如孔壓水透率大于3 Lu的單元，需應(yīng)用丙烯酸進(jìn)行加密補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)位置，泥漿液孔位，而純水泥漿液的灌注采用自上而下孔口阻塞循環(huán)式灌漿，射漿管距孔底不大于0.5 m。丙烯酸溶液采用自上而下分段孔口阻塞純壓式灌漿，檢查孔待全孔壓水試驗(yàn)結(jié)束后全孔一次灌漿、封孔；③漿液濃度需根據(jù)不同筆記的要求結(jié)合灌注速率和灌注時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，如：灌注總量達(dá)到300 L以上或持續(xù)灌漿時(shí)間達(dá)到30 min以上時(shí)，通常采用該濃度的一級(jí)水灰比，灌注速率大于30 L/min時(shí)，可考慮越級(jí)變濃；④結(jié)束灌漿與封孔操作。純水泥漿液注入率≤1 L/min時(shí)，灌注30 min即可。丙烯酸溶液注入率＜0.05 L/（min·m）即可。封孔方法選用置換壓力灌漿封孔法進(jìn)行封孔，持續(xù)時(shí)間≥60 min，待凝固后利用干硬性水泥砂漿封孔。施工中臨時(shí)搭建了四個(gè)集中制漿站，兩兩居于左右趾板周邊平緩地域，集中制漿站中配有高速制漿機(jī)，生產(chǎn)的漿液泵送至作業(yè)面附近的泵站再經(jīng)由二次調(diào)配制得灌漿所需要的漿液。為了滿足灌漿施工的用水需求，施工中分別在左右岸趾板處建立了一個(gè)漿砌石儲(chǔ)水池，由上游圍堰前抽取克孜河河水分別供應(yīng)漿液配制及灌漿施工用水。在基礎(chǔ)帷幕灌漿施工中，由于需要使用多種不同規(guī)格的作業(yè)設(shè)備，故原有的供電網(wǎng)絡(luò)難以滿足實(shí)際施工的供電需求，施工人員也在原有的變壓器結(jié)構(gòu)上加裝了總配電柜同時(shí)在各個(gè)施工位置安裝了下級(jí)小電柜以實(shí)現(xiàn)對(duì)供電工作的優(yōu)化[1]。施工采用程控電話與手機(jī)結(jié)合的通信體系，確保了信息的順暢傳達(dá)同時(shí)引入了灌漿自動(dòng)記錄系統(tǒng)，對(duì)二參數(shù)小循環(huán)的灌漿作業(yè)過程進(jìn)行了監(jiān)控與記錄，施工所用的施工設(shè)備見表1。

表1 工程主要設(shè)備

當(dāng)趾板混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能滿足設(shè)計(jì)需求之時(shí)，立即埋設(shè)抬動(dòng)觀測(cè)設(shè)備。在帷幕灌漿施工中每個(gè)試驗(yàn)區(qū)設(shè)置一個(gè)抬動(dòng)觀測(cè)孔，抬動(dòng)觀測(cè)孔孔深入基巖15 m。施工時(shí)采用鉆頭入巖15 m造孔，下內(nèi)管在內(nèi)管外側(cè)由人工投水泥球鑲筑在基巖內(nèi)，鑲筑高度50 cm，待凝24小時(shí)后在其上投石膏黏土球，作為密封和緩沖層[2]。安裝外管時(shí)，要插入石膏黏土層20 cm，內(nèi)外管居中安裝，外管外側(cè)灌注水泥漿封閉，內(nèi)外管頂部間隙采用棉花團(tuán)輕輕塞實(shí)，防止雜物進(jìn)入，終凝后在內(nèi)管上安裝抬動(dòng)千分表，待安裝完畢后對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行考察，抬動(dòng)觀察的精度。

新疆卡拉貝利水利樞紐趾板基礎(chǔ)帷幕灌漿施工采用了單排帷幕純水泥漿液灌注工藝，孔深需確保終孔透水率小于3 Lu線以下5 m，最大孔深不超過30 m；對(duì)于灌漿后檢查孔壓水透水率大于3 Lu的單元，還應(yīng)使用丙烯酸溶液在純水泥漿液孔位之間加密補(bǔ)強(qiáng)，孔深與純水泥漿液孔深相等。在前期的鉆孔作業(yè)中，根據(jù)不同的開孔類型合理選擇鉆孔工藝，施工中先導(dǎo)孔及檢查孔采用回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)造孔，金剛石及合金鉆頭鉆進(jìn)的方法施工，雙管鉆具取芯，其余帷幕灌漿孔則使用的是回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)造孔。鉆孔時(shí)，對(duì)混凝土厚度、掉鉆、掉塊、涌水、漏水等情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，可為后期的施工提供參考[3]。若鉆孔時(shí)出現(xiàn)塌孔、集中漏水等問題，應(yīng)立即停鉆，查明原因經(jīng)處理后再繼續(xù)鉆孔作業(yè)，同時(shí)進(jìn)行先導(dǎo)孔、檢查孔巖芯編錄，計(jì)算巖芯采取率，并仔細(xì)觀察巖粉顆粒中有無水泥結(jié)石，以便逐序反映灌漿質(zhì)量和效果。鉆孔結(jié)束后，進(jìn)行鉆孔沖洗，避免其中的石屑等雜物影響后期的灌漿質(zhì)量，在沖洗結(jié)束后還需對(duì)先導(dǎo)孔及檢查孔進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，保障趾板結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)抬動(dòng)問題。

在灌漿施工前，結(jié)合不同趾板地質(zhì)條件對(duì)漿液配比進(jìn)行調(diào)節(jié)，漿液配制工作與實(shí)際灌漿合理配合，避免漿液配制后的長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，確保在漿液配制結(jié)束6 h之內(nèi)將其使用于灌漿作業(yè)。在灌漿，控制漿液的溫度在5℃～40℃范圍之內(nèi)，并及時(shí)反饋灌漿時(shí)漿液的流動(dòng)及分散狀態(tài)，便于漿液配制人員進(jìn)行減水劑添加量的調(diào)節(jié)。采用單排帷幕純水泥漿液灌注進(jìn)行帷幕灌漿，當(dāng)單元檢查孔壓水透水率大于3 Lu時(shí)，使用丙烯酸在純水泥漿液孔位之間加密補(bǔ)強(qiáng)，純水泥漿液采用自上而下孔口阻塞循環(huán)式灌漿，射漿管距孔底不大于0.5 m[4]，丙烯酸溶液采用自上而下分段孔口阻塞純壓式灌漿。待檢查孔全孔壓水試驗(yàn)結(jié)束后，全孔一次灌漿、封孔，帷幕灌漿孔灌漿段長(zhǎng)劃分及使用壓力見表2、3。

表2 帷幕灌漿分段及灌漿壓力參數(shù)

表3 丙烯酸溶液灌漿孔分段及灌漿壓力參數(shù)

在進(jìn)行灌漿之前，預(yù)設(shè)水灰比為5、3、1、0.8、0.5，當(dāng)灌漿時(shí)，若壓力和注入率未隨著灌漿的進(jìn)行出現(xiàn)顯著改變，應(yīng)及時(shí)選用上一級(jí)水灰比以增加漿液濃度。在使用丙烯酸溶液進(jìn)行強(qiáng)化灌漿時(shí)不需對(duì)其濃度進(jìn)行改變，只需結(jié)合整體灌漿效果盡心灌漿量的調(diào)節(jié)。當(dāng)灌漿時(shí)出現(xiàn)漏漿問題時(shí)，應(yīng)及時(shí)加以封堵，若不能準(zhǔn)確找出漏漿位置或漏漿位置難以進(jìn)行后期修補(bǔ)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低灌漿壓力并采用間歇式灌漿操作來減少漿液的滲漏。

3 施工技術(shù)應(yīng)用分析

水利工程施工從鉆孔、灌漿到帷幕施工，均采用不同類型鉆孔技術(shù)、灌漿施工方法。以灌漿施工為例，孔口阻塞純壓式灌漿是將灌漿孔的孔口進(jìn)行封閉，依靠壓力作用進(jìn)行灌漿施工的方法，主要特點(diǎn)是灌漿作用力集中、操作力度大。另外，循環(huán)式灌漿操作方法的突出優(yōu)勢(shì)在于保證灌漿操作的連續(xù)性，有利于灌漿操作效率的提升。經(jīng)過對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行自評(píng)、檢查和核對(duì)，進(jìn)行施工質(zhì)量的檢驗(yàn)，確定基礎(chǔ)帷幕灌漿施工滿足新疆卡拉貝利水利樞紐工程的技術(shù)和質(zhì)量要求。

4 結(jié)語

新疆卡拉貝利水利樞紐的大壩趾板基礎(chǔ)帷幕灌漿施工，需優(yōu)化施工工藝，提升大壩趾板的防滲能力及使用壽命。根據(jù)卡拉貝利大壩工程地質(zhì)環(huán)境條件，設(shè)計(jì)趾板基礎(chǔ)帷幕采用單排帷幕，其施工過程依次為灌漿施工的材料及機(jī)具準(zhǔn)備，確定灌漿施工方式，調(diào)節(jié)灌注速率和灌注時(shí)間，結(jié)束灌漿與封孔操作，強(qiáng)調(diào)灌漿時(shí)出現(xiàn)的漏漿等突發(fā)問題的解決措施，順利地完成大壩趾板基礎(chǔ)帷幕灌漿施工，且滿足新疆卡拉貝利水利樞紐工程的技術(shù)和質(zhì)量要求。