希尼爾水庫帷幕灌漿防滲試驗(yàn)效果分析

黃 超，肖偉華，韓 偉

(1.中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700；2.新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒 841000)

1 概況

希尼爾水庫位于新疆巴州尉犁縣境內(nèi)，是一座以灌溉為主的注入式反調(diào)節(jié)平原水庫。水庫原壩基采用垂直鋪塑、砼攪拌樁及塑性混凝土防滲墻進(jìn)行壩基防滲，部分壩段防滲深度偏淺，主壩段壩基滲漏量較大，嚴(yán)重制約著水庫蓄水效益的發(fā)揮，對水庫大壩結(jié)構(gòu)安全也構(gòu)成了嚴(yán)重影響。

針對希尼爾水庫壩基滲漏嚴(yán)重狀況，希尼爾水庫管理局實(shí)施了除險(xiǎn)加固措施，水庫除險(xiǎn)加固的重點(diǎn)是壩基防滲處理。經(jīng)地質(zhì)勘察，確定對水庫壩軸線樁號2+436～7+100段壩基進(jìn)行防滲處理，其中對樁號2+436～4+350段設(shè)計(jì)采用雙排帷幕灌漿方法進(jìn)行處理。

灌漿帷幕能否達(dá)到工程防滲要求，即其抗?jié)B透性和抗?jié)B透變形能力滿足工程安全運(yùn)行要求，取決于灌后有效帷幕的結(jié)構(gòu)性狀，即形成的地層擠密區(qū)、漿脈結(jié)石體及其膠結(jié)體3部分構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度、滲透系數(shù)和厚度[1]。為驗(yàn)證灌漿施工工藝在希尼爾水庫壩基地層的適應(yīng)性，檢驗(yàn)灌漿材料、施工參數(shù)的適用性、合理性，故先期開展帷幕灌漿試驗(yàn)，從而為帷幕灌漿施工提供必要的技術(shù)參數(shù)和可靠的技術(shù)支撐，灌漿試驗(yàn)位置確定在主壩軸線樁號2+430～2+466段。

2 防滲線工程地質(zhì)條件

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 m～4.2 m之間，滲透系數(shù)2.5×10-3cm/s～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(yàn)，自基巖面9.2 m～16.2 m以上巖體透水率多數(shù)大于5.0 Lu，在5.4 Lu～46.6 Lu之間，個(gè)別為96.88 Lu；9.2 m～16.2 m以下巖體透水率多在0.17 Lu～4.8 Lu之間，滲透性較弱[2]。

3 帷幕灌漿試驗(yàn)施工工藝

3.1 試驗(yàn)區(qū)選擇與孔位布置

帷幕灌漿試驗(yàn)段位于主壩軸線樁號2+430～2+466段上游側(cè)，距壩坡腳40 m處水庫庫盤內(nèi)，帷幕灌漿軸線與壩基防滲軸線平行，長36 m，分上、下游兩排，其中下游排(主帷幕)27個(gè)灌漿孔，上游排(副帷幕)22個(gè)灌漿孔，灌漿孔深14.4 m，同排孔分三序，排距、同排孔間距均為1.5 m。

3.2 主要施工工序

按照先灌注主帷幕(下游排)后灌注副帷幕(上游排)的順序進(jìn)行施工[3]。在同一排內(nèi)，先施工Ⅰ序孔后施工Ⅱ序孔，再施工Ⅲ序孔。施工工藝流程見圖1。

圖1 帷幕灌漿工藝流程圖

3.3 鉆孔

采用XY-2型地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔，開孔孔徑Φ91 m，終孔孔徑不小于Φ56 mm。

3.4 壓水

各灌漿孔在灌漿前均進(jìn)行“單點(diǎn)法”壓水試驗(yàn)。

壓水試驗(yàn)成果計(jì)算方法如下：

q=Q/PL

式中：q為試段的呂榮值(透水率)，Lu；Q為試驗(yàn)段壓入流量，L/min；P為作用于試段內(nèi)的壓力值，MPa；L為試段長度，m。

3.5 灌漿

采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥純水泥漿液進(jìn)行灌漿，水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1六個(gè)重量比級灌注，主帷幕排開灌比采用5∶1，副帷幕排開灌比采用3∶1。帷幕灌漿嚴(yán)格按分序加密的原則進(jìn)行，同排帷幕內(nèi)分三序采用“自上而下，孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)灌漿法”灌漿。灌漿段長與壓力見表1。

漿液變換和封孔嚴(yán)格按《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL 62-2014)要求進(jìn)行。

表1 各孔段段長與壓力相對應(yīng)表

4 結(jié)果分析

4.1 灌漿試驗(yàn)成果分析

主副帷幕排單位注灰量頻率曲線圖見圖2，主帷幕排各次序孔單位注灰量頻率曲線圖見圖3，副帷幕排各次序孔單位注入量曲線圖見圖4。

圖2 主副帷幕排單位注灰量頻率曲線圖

圖3 主帷幕排各次序孔單位注入量頻率圖

圖4 副帷幕排各次序孔單位注入量頻率圖

帷幕灌漿試驗(yàn)段主帷幕排單位注灰量10 kg/m～50 kg/m段數(shù)占主帷幕排總段數(shù)的56.5%，50 kg/m～100 kg/m占20.3%，100 kg/m～1000 kg/m段數(shù)占21.3%，透水率10 Lu～100 Lu占67.6%，透水率>100 Lu占31.5%，透水率<5 Lu僅占0.9%；帷幕灌漿試驗(yàn)段副帷幕排單位注灰量10 kg/m～50 kg/m段數(shù)占副帷幕排總段數(shù)的34.1%，50 kg/m～100 kg/m占43.2%，100 kg/m～1000 kg/m占21.6%，透水率10 Lu～100 Lu占63.6%，透水率>100 Lu占30.6%，透水率<10 Lu占5.7%。

主副帷幕排各次序孔之間的單位注灰量和透水率規(guī)律性不明顯。

4.2 檢查孔成果分析

根據(jù)灌漿資料和地質(zhì)條件的綜合分析，共布置JCK-1、JCK-2兩個(gè)檢查孔。各檢查孔與相鄰孔透水率對比情況見表2、圖5～圖6。

檢查孔成果表顯示檢查孔透水率比相鄰孔同段數(shù)的透水率稍小，表明帷幕灌漿在該試驗(yàn)區(qū)有一定的效果，但透水率遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的5 Lu。

表2 檢查孔與相鄰孔透水率對比表

圖5 JCK-1與相鄰孔透水率比較示意圖

圖6 JCK-2與相鄰孔透水率比較示意圖

4.3 檢查孔壓水試驗(yàn)成果分析

JCK-1壓水試驗(yàn)成果表見表3，JCK-2壓水試驗(yàn)成果表見表4。

表3 JCK-1壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表4 JCK-2壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

通過表3所列數(shù)據(jù)分析，JCK-1總計(jì)壓水4段，透水率最小21.23 Lu，最大94.81 Lu，平均為44 Lu；通過表4所列數(shù)據(jù)分析，JCK-2總計(jì)壓水4段，透水率最小25.51 Lu，最大58.98 Lu，平均為35.85 Lu。兩檢查孔的透水率遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)5 Lu的防滲標(biāo)準(zhǔn)，說明灌漿效果差。

4.4 開挖檢查

為更直觀的檢查帷幕灌漿后試驗(yàn)段地層情況，檢查孔施工完成后，在副帷幕排灌漿孔SF-18～SF-21上游側(cè)進(jìn)行開挖檢查，開挖深度2.5 m，具體開挖情況見圖7。圖7a中，各灌漿孔之間無漿脈，灌漿孔周邊地層無水泥漿液擠密、膠結(jié)情況，均為原始地層情況；圖7b中，水泥漿只在灌漿孔中凝固膠結(jié)，無法進(jìn)入周圍地層孔隙中膠結(jié)地層，故無法形成阻水帷幕。

圖7 現(xiàn)場開挖檢查情況圖

5 結(jié)語

(1)通過對本次帷幕灌漿試驗(yàn)結(jié)果分析，帷幕灌漿施工工藝在希尼爾水庫以第四系沖洪積及新近系砂巖、泥巖互層狀為主地層中并不適用。因該地層中砂巖膠結(jié)差，強(qiáng)度較低，屬極軟巖，具有易擾動性、遇水軟化呈散沙狀，而帷幕灌漿在施工中需大量用水，待灌漿處理部位在正式灌漿前砂巖已遇水軟化崩解，細(xì)微顆粒將灌漿通道(漿脈)堵塞，所以可灌性變差，無法形成阻水帷幕，灌漿效果自然不佳。

(2)根據(jù)希尼爾水庫主壩防滲線工程地質(zhì)條件：下伏地層自基巖面9.2 m～16.2 m以下巖體透水率多在0.17 Lu～4.8 Lu之間，其巖性主要應(yīng)以泥巖為主夾砂巖，具弱透水性?？珊侠砝玫貙釉摬课粠r體這一特性，選擇合適的地基防滲處理施工工藝，將隔水層設(shè)置于這一地層中，可起到節(jié)約工程投資，保證防滲效果的目的。

(3)工程正式施工前，需充分掌握工程施工部位地層情況，采用合理的地基防滲處理施工工藝，對節(jié)約施工時(shí)間，降低施工成本，同時(shí)確保施工質(zhì)量都有很大幫助。