液壓銑削水泥土防滲墻在希尼爾水庫除險加固中的應用

盧康林

(新疆昌吉方匯水電設計有限公司, 新疆 昌吉 831100)

1 概 述

希尼爾水庫位于巴音郭楞蒙古自治州孔雀河流域的尉犁縣境內(nèi)，始建于2000年，是一座以灌溉為主的注入式反調(diào)節(jié)平原水庫。工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別4級[1]。經(jīng)過近20年的運行，主壩段、西副壩段防滲體下部基巖存在滲漏問題。經(jīng)有關(guān)部門鑒定為三類壩，對該水庫進行除險加固十分必要，需進行壩體加固、壩基防滲處理、壩后排水工程、放水涵洞改造工程建設。本文針對壩基防滲問題，通過現(xiàn)場試驗比較分析采用液壓銑削水泥土防滲墻與帷幕灌漿防滲效果，對地基防滲提出新方法、新技術(shù)。

2 防滲線工程地質(zhì)評價

2.1 主 壩

主壩段防滲線主要處于自然洼地內(nèi)，地基上部為第四系沖洪積中粗砂夾砂礫石及局部低液限粉土，層厚在1.3～4.2 m之間，滲透系數(shù)2.5×10-3～3.3×10-4cm/s，具有中等透水性；下伏地層巖性為新近系砂巖、泥巖，互層狀，據(jù)鉆孔壓水試驗，自基巖面9.2～16.2 m以上巖體透水率多數(shù)大于5.0 Lu，在5.4～46.6 Lu之間，個別為96.88 Lu；9.2～16.2 m以下巖體透水率多在0.17～4.8 Lu之間，滲透性較弱。

2.2 西副壩

根據(jù)勘探揭露[2]，西副壩地層巖性上部巖性為第四系沖洪積中粗砂，層厚1.0～4.0 m，為中強透水層；下伏地層巖性以新近系砂巖為主夾泥巖(局部夾薄層礫巖透鏡體)，強風化層厚5～8.0 m，其中砂巖呈灰白色(局部為砂巖巖殼，較硬)，膠結(jié)與成巖差，易風化，遇水后結(jié)構(gòu)疏松呈散體狀，強度較低。根據(jù)鉆孔壓水試驗，自基巖面13.3～15.1 m以上砂巖透水率一般大于5 Lu，最大為27.8 Lu，具有中強透水性，13.3～15.1 m以下基巖透水率多數(shù)小于5 Lu，透水性較弱。

3 試驗方法

3.1 帷幕灌漿試驗

壩基防滲試驗段位于樁號2+436～2+466段前壩坡腳上游50 m處水庫庫盤內(nèi)，帷幕灌漿試驗段長30 m。灌漿孔深14.4 m，主帷幕灌漿孔數(shù)24孔，副帷幕灌漿孔數(shù)25孔。主帷幕孔距1.5 m，副帷幕孔距1.5 m，主副帷幕孔間距1.5 m。

3.2 液壓銑削攪拌水泥土防滲墻試驗

由于本工程地基多為風化巖，成墻方式選擇往復式雙孔全套打復攪式施工。試驗段灌漿材料采用普通硅酸鹽水泥，水泥強度為42.5R，注漿水灰比1∶1。

試驗段防滲墻厚0.7 m，幅長2.8 m，搭接0.15 m，成墻垂直度偏差不大于1/300，防滲滲墻28 d無側(cè)限抗壓強度不小于1.0 MPa，滲透系數(shù)不大于1×10-6cm/s，滲透破壞比降不小于60?？紤]到希尼爾壩基中有泥巖分布，破碎后將混摻到膠凝材料中，影響水泥土防滲墻的性能。本次試驗選取13%、15%和18%共3種水泥摻量成墻試驗。見表1。

表1 液壓銑削攪拌水泥土防滲墻試驗施工參數(shù)表

采用巖芯鉆機在試驗墻體中心部位鉆取注水試驗孔，孔徑φ75 mm，采用降水頭注水試驗方式進行檢查，試驗深度13 m，并對在現(xiàn)場制作的水泥土試件進行7和14天的抗壓強度檢測。

4 試驗結(jié)果分析

4.1 帷幕灌漿注灰量及防滲分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，在灌漿過程中普遍存在“吃水不吃漿”現(xiàn)象，即壓水試驗巖層透水率很大，但灌漿量很小。主帷幕單位注灰量為43.11～385.43 kg，其中單位注灰量在50～100 kg的灌漿段為40.6%，單位注灰量小于50 kg的灌漿段為40.6%；副帷幕單位注灰量為22.69～769.54 kg，其中單位注灰量在50～100 kg的灌漿段為17.9%，單位注灰量小于50 kg的灌漿段為47%。見圖1。

圖1 帷幕灌漿試驗段檢查孔巖芯取樣

根據(jù)該試驗段鉆孔壓水試驗及取樣巖芯分析，試驗段巖層透水率灌漿前后變化不大，巖芯內(nèi)水泥漿液量分布較少，部分巖芯無水泥漿液擴散痕跡，灌漿影響范圍較小，兩檢查孔的透水率遠大于設計中5 Lu的防滲標準，帷幕灌漿在該試驗區(qū)灌漿效果不明顯，因此說明該地層不合適帷幕灌漿防滲處理。

4.2 液壓銑削攪拌水泥土防滲墻強度及防滲性分析

表2為水泥土試件抗壓強度及滲透系數(shù)試驗結(jié)果[3]，表3為墻體芯樣抗壓強度及滲透系數(shù)試驗結(jié)果。

表2 水泥土試件注水試驗及抗壓強度結(jié)果統(tǒng)計表

由表2可知，水泥土試件7天抗壓強度最大的為15%摻量，平均值為1.64 MPa，其次為18%摻量，平均值為1.35 MPa；最小為13%摻量，其值為1.25 MPa。14天抗壓強度最大的為18%摻量，平均值為1.97 MPa；其次為15%摻量，平均值為1.82 MPa；最小為13%摻量，其值為1.65 MPa。試件滲透系數(shù)最小的為18%摻量，平均值為7.42×10-7cm/s；其次是15%摻量，平均值為1.05×10-6cm/s；最大的為13%摻量，其值為3.64×10-6cm/s。可見，試件抗壓強度和抗?jié)B性能均隨著水泥摻量的增加而增加。

表3 墻體芯樣抗壓強度及滲透系數(shù)試驗統(tǒng)計表

由表3可知，25天芯樣的抗壓強度最大的為18%摻量，平均值為4.15 MPa；其次為15%摻量，平均值為3.63 MPa；最小的為13%摻量，平均值為2.10 MPa。滲透系數(shù)最小的為18%摻量，平均值為4.32×10-7cm/s；其次是15%摻量，平均值為7.47×10-7cm/s；最大的為13%摻量，其值為1.65×10-6cm/s。

從墻體芯樣抗壓強度及滲透系數(shù)試驗數(shù)據(jù)可以看出，隨著水泥摻量的增加，墻體抗壓強度和滲透系數(shù)逐步提升，與試件試驗相符。在水泥參量為15%和18%的情況下，墻體滲透系數(shù)均小于1×10-6cm/s； 25 d抗壓強度指標均大于28 d無側(cè)限抗壓強度不小于1.0 MPa設計指標要求。見圖2。

圖2 各水泥參量墻體芯樣取樣圖

由圖2可知，墻體上部8 m以上巖芯完整率、水泥土均勻性均較好，8 m以下巖芯完整性、水泥土均勻性稍差。

5 結(jié) 論

1) 與帷幕灌漿法相比，液壓銑削攪拌鉆及施工工藝更適合本工程地質(zhì)條件，能保證施工質(zhì)量，加快施工進度。

2) 隨著水泥摻量的增加，試件和芯樣的抗壓強度和抗?jié)B性均提升。在抗壓強度和抗?jié)B性均合格的情況下，綜合考慮壩基防滲體耐久性和工程投資，本次基礎防滲液壓銑削攪拌水泥土防滲墻水泥摻量為15%。

3) 液壓銑削攪拌水泥土防滲墻設計施工參數(shù)為：注漿水灰比為1∶1純水泥漿液，水泥摻量15%，分兩序施工，墻與墻之間搭接20 cm，銑削下沉為風水聯(lián)動下沉，考慮地層8 m以下大部為泥巖，其銑削破碎、與水泥漿攪拌均勻性較砂巖較差，建議注漿施工時，注漿提升至8 m位置時，向下注漿復攪至墻底后，延續(xù)30 s左右對墻底至8 m范圍，復攪提升一次，8 m以上墻體注漿提升一次即可，注漿提升速度控在0.3～0.5 m/min。