混凝土防滲施工技術(shù)在水庫大壩中的應(yīng)用

王 歡

(塔城市水利局，新疆 塔城 834700)

在水庫大壩防滲工作中灌漿施工技術(shù)實(shí)施的好壞將直接影響防滲加固程度[1-3]。由于山體壓力作用，會(huì)有水庫大壩基礎(chǔ)滲漏的現(xiàn)象發(fā)生，因此需要對水庫大壩基礎(chǔ)進(jìn)行防滲處理。如果不對水庫大壩基礎(chǔ)進(jìn)行防滲處理，可能會(huì)造成大壩的整體坍塌[4-7]。當(dāng)大壩所在地區(qū)地質(zhì)條件有斷層時(shí)則很容易發(fā)生滲水事故,因此在基礎(chǔ)防滲施工作業(yè)時(shí)，要時(shí)刻注意地質(zhì)構(gòu)造，出現(xiàn)斷層時(shí)要做好防護(hù)。

1 工程概況

本文以某壩區(qū)具體工程為例，壩址區(qū)河床段壩基巖體相對隔水層埋深約80 m，發(fā)育下限約90～120 m，河谷段防滲處理底界按河面下90 m考慮；大壩兩側(cè)灰?guī)r段岸坡地下水埋深較大，高程接近河水位，與正常蓄水位無交點(diǎn)，巖溶發(fā)育程度及深度與河床類似。壩址左岸防滲線端點(diǎn)由左壩肩向北穿越灰?guī)r段進(jìn)入文麻斷裂帶約50 m，右岸防滲線端點(diǎn)由右壩肩向南穿越灰?guī)r段進(jìn)入P2β玄武巖內(nèi)約40 m。庫區(qū)除近壩庫岸(壩址區(qū)兩岸)外，存在向鄰谷滲漏條件的有德厚河與嫁依河河間地塊、咪哩河與盤龍河河間地塊，沿分水嶺走向的文麻斷裂帶具有阻水性，水庫不存在向嫁依河方向滲漏的問題。咪哩河庫部分庫岸及河間地塊出露地層為個(gè)舊組上段(T2g)灰?guī)r，需進(jìn)行防滲處理。

2 工程防滲設(shè)計(jì)

庫區(qū)防滲線路布置于咪哩河庫尾右岸的羅世鲊附近，防滲線路總長2699.3 m。

(1)壩址區(qū)防滲工程布置。壩址區(qū)防滲線路總長約1984.0 m，右岸防滲線長585.0 m；防滲線路左岸端點(diǎn)接文麻斷裂帶，右岸端點(diǎn)接玄武巖地層，防滲面積24.7 m2，帷幕最大深度約176.5 m，帷幕平均深度約123.6 m。

(2)壩基防滲設(shè)計(jì)。在兩岸灌漿平洞高程以下黏土心墻建基面下設(shè)置嵌入式壩基灌漿檢修廊道，壩基帷幕灌漿在廊道內(nèi)及混凝土蓋板上進(jìn)行，采用微膨脹的C25鋼筋混凝土襯砌。壩基巖溶發(fā)育，防滲底界較深，岸坡段帷幕深度78～172 m，

(3)壩址區(qū)左岸防滲設(shè)計(jì)。壩址區(qū)近壩灰?guī)r段長約1110.0 m，起點(diǎn)為左岸壩肩，端點(diǎn)向北進(jìn)入文麻斷裂帶相對隔水層內(nèi)約50.0 m。根據(jù)地形地質(zhì)條件，近壩端長1072.0 m的帷幕灌漿在平洞內(nèi)進(jìn)行，為保證灌漿質(zhì)量及方便施工，在左岸設(shè)置2層灌漿平洞，上層平洞長1108.0 m，進(jìn)口底板高程同壩頂高程1380.9 m，底坡i=0.5‰，下層平洞長1217.8 m，進(jìn)口底板高程1325.0 m，底坡i=1‰。在左岸壩肩近壩100.0 m范圍內(nèi)的防滲帷幕為雙排孔，孔距2.0 m，排距1.2 m。

(4)壩址區(qū)右岸防滲設(shè)計(jì)。靠文麻斷裂帶長95.0 m的帷幕灌漿在地面進(jìn)行。帷幕灌漿頂界為正常蓄水位1377.5 m，帷幕底界進(jìn)入強(qiáng)巖溶帶下限以下10.0 m，灰?guī)r段帷幕深度120～176 m，為保證灌漿質(zhì)量及方便施工，在右岸設(shè)置2層灌漿平洞，上層平洞長1108.0 m，進(jìn)口底板高程同壩頂高程1380.9 m，底坡i=0.5‰，下層平洞長1217.8 m，進(jìn)口底板高程1325.0 m，底坡i=1‰。在左岸壩肩近壩100.0 m范圍內(nèi)的防滲帷幕為雙排孔，孔距2.0 m，排距1.2 m，其余100.0 m范圍外的防滲帷幕采用單排孔，孔距2.0 m，灌漿平洞斷面為城門洞型，斷面尺寸3.0 m×3.5 m(寬×高)。

3 帷幕灌漿施工技術(shù)實(shí)施

3.1 灌漿材料準(zhǔn)備

灌漿用液體最佳溫度是在5～40 ℃之間。對于灌漿設(shè)備的準(zhǔn)備，首先灌漿管路必須要能夠承受1.5～2.0倍的灌漿壓力。

灌漿施工人員應(yīng)根據(jù)水庫大壩基礎(chǔ)灌漿施工工程合理科學(xué)組織人員，并最大限度地確保施工效率和施工安全。在鉆進(jìn)過程中，采用KXP-3A1型多點(diǎn)電測斜儀測量鉆孔孔斜，并記錄結(jié)果，測斜儀參數(shù)如表1所示。

表1 KXP-3A1型多點(diǎn)電測斜儀

地下水位測定參見圖1。主要流程如下：(1)將電接點(diǎn)式水位計(jì)與顯示儀表連接，入水測試正常。(2)將電接點(diǎn)式水位計(jì)下入孔內(nèi)。(3)水位計(jì)電極接觸地下水時(shí)，儀表顯示電路接通。(4)記錄水位穩(wěn)定時(shí)的水位計(jì)下入孔內(nèi)長度作為地下水位值。

圖1 地下水位測定

通過壓水試驗(yàn)，讓具有較高壓力的水對準(zhǔn)所要處理的軟夾層或者充填溶洞作高速噴射，對充填物實(shí)行切割，被切割下來的較細(xì)小顆粒與水?dāng)嚮煸谝黄穑粠С龅孛?；剩下的較大顆粒(巖塊)，由于改變了級配，孔隙度增大，可被后來的灌漿固結(jié)起來。一般使用的壓力越大，噴射的時(shí)間越長，則所作用的范圍也就越大。壓水試驗(yàn)的目的是：(1)了解巖石的滲透性，為灌漿作好材料準(zhǔn)備，并根據(jù)滲透性和巖石完整情況，選定不同的灌漿方法和灌漿段長。(2)在一定程度上反映該段巖層的裂隙情況，為確定開灌水灰比提供依據(jù)以及作為灌后效果檢查對比的依據(jù)。(3)掌握單位注入量與巖層透水性的關(guān)系。在灌漿前作為選擇灌漿施工參數(shù)的參考依據(jù)，在灌漿后評價(jià)灌漿取得的效果，一般不進(jìn)行流態(tài)分析，而單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)可滿足這一要求。

3.2 地質(zhì)改良灌注施工流程

地質(zhì)改良灌注膏漿施工流程如下：(1)施工總流程：施工準(zhǔn)備→場地平整→鉆孔放樣→鉆孔、壓水→分層分段灌漿(膏漿灌注段長為30 m)→待凝→自上而下分段掃孔(按設(shè)計(jì)劃分段長)→灌純水泥漿→資料整理。(2)遇掉鉆、溶洞等特殊情況時(shí)先進(jìn)行膏漿灌注，規(guī)模較大的無充填型溶洞先采用級配料進(jìn)行回填，級配料投放按粒徑逐級摸索投放，級配料充填滿后，采用膏漿灌注，最后再采用純水泥漿灌注至結(jié)束。(3)膏漿灌注按30 m一段分層、全孔分為3段進(jìn)行灌注，膏漿灌注前下射漿管至孔底約1.0 m，自下而上拔管灌注，采取限壓、限量雙重措施控制灌漿，達(dá)到指定壓力或注入量拔管進(jìn)行上一米灌注。

地質(zhì)改良灌注膏漿漿液配比如表2所示，泥漿比重1.2 g/cm3。

表2 地質(zhì)改良灌注膏漿漿液配比 kg

地質(zhì)改良膏漿灌注壓力標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)束條件：生產(chǎn)性帷幕灌漿膏漿試驗(yàn)區(qū)，先導(dǎo)孔、Ⅰ序孔自上而下分三大段進(jìn)行膏漿灌注。

(1)膏漿灌注壓力控制。①孔深60 m以上：以脈動(dòng)壓力控制，結(jié)束灌漿時(shí)孔口峰值表壓力為4～6 MPa。②孔深30～60 m：以脈動(dòng)壓力控制，結(jié)束灌漿時(shí)孔口峰值表壓力為3～5 MPa。③孔深30 m以下：以脈動(dòng)壓力控制，結(jié)束灌漿時(shí)孔口峰值表壓力≤3 MPa。

(2)膏漿灌注結(jié)束條件。膏漿灌注采取限壓、限量雙重控制措施，即壓力達(dá)到預(yù)定值拔管進(jìn)行上一米灌注，注入量達(dá)到預(yù)定值拔管進(jìn)行上一米灌注，對于壓力未達(dá)到預(yù)定值的區(qū)段待凝48 h以上掃孔復(fù)灌，直至達(dá)到壓力條件為準(zhǔn)。每米膏漿注入量標(biāo)準(zhǔn)：無壓力的孔段按不超過5 m3/m進(jìn)行控制，有壓力但達(dá)不到壓力結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的3～5 m3/m進(jìn)行控制，復(fù)灌過程壓力接近結(jié)束條件的注入量可適當(dāng)增加，但不得超過6 m3/m，遇掉鉆或溶洞時(shí)現(xiàn)場確定。

3.3 巖石層帷幕灌漿

如圖2所示，基巖完整的孔，首段灌漿完畢，待凝72 h?；鶐r完整性差的孔根據(jù)巖層確定孔口管安裝深度，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)開展情況最大安裝深度為29 m。孔口管上端焊橫向擋筋，以防孔口管下落；在下端焊三根10 cm長的Φ6.5 mm鋼筋作為對中架。在施工過程中由于反復(fù)劈裂冒漿，除HⅡ試驗(yàn)區(qū)外，套管安裝深度基本為20～30 m，采取擴(kuò)孔二次安裝套管隔離上部破碎基巖、雙層套管等施工措施。

圖2 孔口管埋設(shè)示意

庫區(qū)二標(biāo)生產(chǎn)性帷幕灌漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)初擬定帷幕灌漿壓力如表3所示。

表3 初擬帷幕灌漿壓力

在試驗(yàn)施工期間存在復(fù)灌次數(shù)多、冒漿、反復(fù)劈裂、難以達(dá)到設(shè)計(jì)初擬定壓力的情況，Ⅰ序孔灌漿需要多次摻砂灌注，壓力達(dá)到1.2～1.5 MPa 反復(fù)劈裂冒漿，冒漿點(diǎn)隨孔深加深后距孔位越來越遠(yuǎn)，采取濃漿、間歇、限流、待凝掃孔復(fù)灌等措施均無任何效果，單段最多復(fù)灌次數(shù)為22次，造成材料注入量大、施工成本、工程投資不可控等。通過數(shù)次灌漿專題會(huì)及專家咨詢后，專家針對庫區(qū)二標(biāo)存在的實(shí)際情況提出復(fù)合可控膏漿改良地質(zhì)灌注及調(diào)整灌漿壓力等意見。調(diào)整后帷幕灌漿壓力如表4所示。

表4 調(diào)整后帷幕灌漿壓力

3.4 質(zhì)量控制

在帷幕灌漿施工前期鉆孔作業(yè)時(shí)一定要保證鉆孔效率,工程技術(shù)人員需要使用專業(yè)的技術(shù)儀器結(jié)合地質(zhì)條件對于鉆孔位置進(jìn)行引點(diǎn)作業(yè)，并及時(shí)標(biāo)注鉆孔位置信息。在確定好鉆孔位置之后，需要對鉆孔機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)工作，之后才可進(jìn)行鉆孔作業(yè)。對于水庫大壩基礎(chǔ)進(jìn)行帷幕灌漿操作時(shí)盡量保持連續(xù)操作，如果出現(xiàn)中斷現(xiàn)象則會(huì)對帷幕灌漿質(zhì)量造成較大影響。為了避免這種情況的發(fā)生，工程技術(shù)人員可以對鉆孔進(jìn)行沖孔操作，并設(shè)置合理的灌注和待凝處理方案。

4 結(jié) 語

帷幕灌漿施工技術(shù)在水庫大壩基礎(chǔ)防滲加固處理中存在著技術(shù)難度大且施工操作復(fù)雜的特點(diǎn)。工程技術(shù)人員在水庫大壩基礎(chǔ)防滲加固處理作業(yè)中應(yīng)嚴(yán)格按照施工要求，并結(jié)合地質(zhì)特點(diǎn)設(shè)計(jì)合理的帷幕灌漿方案。對施工作業(yè)進(jìn)行規(guī)范控制，這樣才能保證帷幕灌漿施工在水庫大壩基礎(chǔ)防滲加固處理中起到應(yīng)有的作用。