某水電站高噴防滲墻檢測方法綜合分析

李 川,張 挺, 王 飛

(廣東省水利水電科學研究院，廣東省巖土工程技術研究中心，廣東 廣州 510635)

某水電站高噴防滲墻檢測方法綜合分析

李 川,張 挺, 王 飛

(廣東省水利水電科學研究院，廣東省巖土工程技術研究中心，廣東 廣州 510635)

通過在1次檢測過程中運用多種檢測手段對某水電站防滲墻進行檢測，并就檢測結果進行綜合分析，從而得出防滲墻工程中的一些值得借鑒的工程經驗。

防滲墻檢測;圍井試驗;抽芯; 鉆孔電視

1 概述

某水電站樞紐工程是一宗以發電為主，結合航運、灌溉的水電樞紐工程。其上游永久防滲墻采用雙排三管旋噴樁作為該水利樞紐工程閘壩前的垂直防滲帷幕。為了檢測墻體的施工質量，包括樁身的均勻度、樁身強度、樁身的長度及樁身防滲性能等多項指標是否符合設計要求，采取了多種方法對防滲墻進行了檢測并對其性能作一綜合分析。

2 工程地質概況和防滲墻的設計施工情況

2.1 工程地質情況

根據工程地勘資料，試驗場地主要土層自上而下分布如下(見圖1)：

圖1 參考的地質剖面示意

④第三系下統丹霞群砂巖(Edn)：呈灰色、灰白色，局部夾有砂礫巖，強風化狀態，節理裂隙較發育。

2.2 防滲墻的設計施工情況

根據防滲墻設計資料，防滲墻為閘壩上游永久防滲墻，采用雙排三重管高壓旋噴樁，固化劑采用32.5R普硅水泥，樁徑為Ф1 000 mm，高噴孔平行于防滲墻軸線方向孔距為0.80 m，垂直于防滲墻軸線方向孔距為0.693 m，梅花形布置，防滲墻要求進入強風化砂巖1 m。按設計要求，防滲墻滲透系數K≤5×10-5cm/s。防滲墻大樣圖見圖2。

圖2 高噴防滲墻大樣示意(單位：mm)

防滲墻施工各施工參數為：氣體壓力為0.6～0.8 MPa，流量為0.8～1.2 m3/min；水壓力為38 MPa，流量為75 m3/min；水泥漿液壓力為0.4 MPa，流量為80 m3/min，比重為1.65～1.70；噴漿提升速度為6 cm/min，旋轉速度為6 r/min。

3 檢測方法及檢測結果

3.1 圍井注水試驗[1]

圍井的形成是當旋噴樁防滲墻施工完后，在防滲墻下游側隨機選擇一個位置，用與原設計相同的工藝施工兩面雙排旋噴樁墻(內排旋噴樁軸心邊長為 4.0 m)，與原防滲墻圍封成1個三角形的試驗圍井。圍井內布置1個注水孔，鉆至圍井底部，圍井外布置1個水位觀測孔。圍井的試驗剖面圖見圖3。

試驗時，采用小型水泵往注水孔里注水，定時用電測水位計觀測內外水位觀測孔的水位，同時用流量表量測注水流量，當水位及流量均達到水利部《水利水電工程鉆孔注水試驗規程》有關規定的穩定標準時，計算圍井的綜合滲透系數。

圖3 圍井試驗剖面示意

假定防滲墻墻體為均質，滲流為層流，符合達西定律，圍井的綜合滲透系數按《水電水利工程高壓噴射灌漿技術規范》中公式:

(1)

式中Q為穩定的注水流量；t為防滲墻厚度；L為圍井周邊軸線長度；H0為圍井內試驗水位至井底深度；h0為圍井外水位至井底深度。

本工程中共做了2個圍井，從試驗結果看，2個圍井的滲透系數分別為3.4×10-6cm/s和3.7×10-6cm/s，小于5×10-5cm/s。

3.2 墻體抽芯檢測

墻體的鉆孔抽芯檢測采用重慶探礦機械廠生產的xy-2pl型鉆機，鉆頭口徑為Φ108 mm，采用單動雙管金剛石鉆頭清水回旋鉆進。鉆孔抽芯檢測的具體位置，以隨機抽取為原則，共抽取了9個孔。

抽芯結果表明，① 在粉細砂層(②-2)及中粗砂層(②-3)，各樁成樁質量較佳，抽得芯樣呈短到長柱狀，局部塊狀，水泥分布較均勻，膠結較好，部分芯樣還可見卵石鑲嵌其中；② 在砂礫石層(②-4)，抽得芯樣普遍呈碎塊到塊狀，部分呈短柱狀，較破碎，采取率也較低，含較多游離粒徑20～60 mm卵石，卵石有外裹水泥痕跡；③ 在全風化層及強風化層，大部分鉆孔芯樣未見水泥，小部分為與碎塊狀強風化花崗巖膠結的水泥土，呈塊到短柱狀，水泥分布較均勻，膠結較好。

3.3 芯樣室內無側限抗壓試驗及滲透試驗

在抽芯取得的芯樣中選取符合試驗尺寸要求的芯樣進行室內試驗，包括芯樣的無側限抗壓強度和室內滲透試驗。

作抗壓強度試驗的水泥土芯樣共8組24個芯樣，試驗成果表明，其無側限抗壓強度變化較大，在2.2～13.7 MPa之間，平均為6.3 MPa。作室內滲透試驗的水泥土芯樣共2組12個芯樣，試驗成果表明，其芯樣滲透系數在8.34×10-8～9.23×10-8cm/s之間，平均為8.79×10-8cm/s。

3.4 墻體抽芯孔注水試驗

為檢測防滲墻墻體的滲透性，對抽芯孔采取注水試驗，即在抽芯孔中注水，通過觀測記錄抽芯孔在單位時間內的注水速度(此速度即為抽芯孔孔壁的滲透速度)，利用達西定律，計算出墻體的滲透系數。

假定防滲墻墻體為均質，滲流為層流，符合達西定律，滲入土層的水等于鉆孔內注入水的流量，則根據《水利水電工程鉆孔注水試驗規程》公式：

(2)

式中 Q為注水流量；H為內外水頭差；A為形狀系數，則可算出各隨機抽芯孔的滲透系數。

試驗在9個抽芯孔中分段次進行。試驗結果表明，各孔上部的滲透系數均小于下部。各孔的滲透系數在5.96×10-6～2.66×10-5cm/s之間，小于5×10-5cm/s。

3.5 鉆孔電視察看孔內側壁[2]

由于各抽芯孔在砂礫石層抽得芯樣較破碎，我們認為抽得的碎塊狀芯樣并不能全面地反映高噴墻水泥土在該地層的膠結狀況，因而，決定采用鉆孔電視沿抽芯孔下探，觀察抽芯孔的孔壁，以了解水泥土的膠結狀況，從而以了解旋噴樁的真實的成樁情況。

采用的儀器為CR110-7D型管道探測系統，該系統帶高清晰低照度CCD水下攝像機探頭，吊入鉆孔中進行錄像，其生成的視頻訊號通過電纜送入錄像機或監視器，形成圖像。鉆孔電視的工作原理框圖如圖4所示，其技術指標如下：

攝像方式：1/4″ 彩色夏普CCD；

攝像靈敏度：0Lux(高亮白光開啟)；

分辨率：420線(攝像頭)；

密封耐壓：5個大氣壓下無漏水現象；

工作溫度：-10 ℃～+60 ℃；

信噪比： ≥48dB。

在對其中4個孔內水較清澈的抽芯孔進行察看對比后，觀察結果如下：抽芯孔在砂礫層孔壁基本完整，水泥分布較均勻，膠結良好，可見卵石鑲嵌其中，抽芯孔孔壁未出現蜂窩及孔洞現象。

圖4 鉆孔電視工作原理框示意

4 檢測結果的綜合分析

1) 按設計要求，旋噴樁應進入強風化1m，但從抽芯孔的結果看，各孔在全風化層、強風化層大部分鉆孔芯樣未見水泥，這是由于全風化層、強風化層為堅硬巖土層，成樁時噴漿未能穿透土層預定范圍形成有效樁身，樁身縮頸，樁徑變小。但由于全風化層、強風化層為弱透水層，因而對高噴墻的防滲性未造成大的影響。

2) 各樁孔在砂礫石層(②-4)抽得巖芯普遍較破碎，采取率偏低，主要是由于該層滲透性較強，地下水流速偏高，因而旋噴樁成樁時，卵石礫石與水泥土膠合強度偏低，抽芯時芯樣在鉆頭的高速運轉帶動下，被部分游離的卵石礫石打碎造成巖芯破碎，這對芯樣的采取率有一定的影響。經采用鉆孔電視對部分抽芯孔在砂礫石層的孔壁進行察看，發現抽芯孔孔壁基本完整，水泥分布較均勻，膠結良好，可見卵石鑲嵌其中，未出現蜂窩及孔洞現象。

3) 旋噴樁防滲墻強度變化較大，部分芯樣強度偏低，而且，做室內試驗的芯樣均為膠合強度較好、芯樣尺寸達到試驗要求的試樣，其余砂礫層段的碎塊狀試樣膠合強度更低，其抗壓強度應該比抗壓試驗結果更低，但由于旋噴樁墻主要目的為防滲，對高噴墻的防滲性未造成大的影響。

4) 從防滲墻圍井試驗、抽芯孔注水試驗及室內滲透試驗結果看，隨機確定位置的圍井的綜合滲透系數、隨機抽取芯樣的室內試驗滲透系數以及各抽芯孔各段次的滲透系數均≤5×10-5cm/s，可以滿足設計要求。

5) 本次抽芯檢測未能按照有關規范要求進行每個單元工程布置1個檢查孔，也未布置在相鄰兩孔高噴墻體的搭處，為隨機布孔，其結果僅供參考。

5 結語

通過以上的檢測結果分析，可以得出防滲墻工程中值得借鑒的經驗：

1) 旋噴樁在硬土層成樁時，壓力的控制需一定工程經驗，如控制不好則噴漿不能穿透土層預定范圍形成有效樁身，從而造成樁身縮頸，樁徑變小，嚴重時會影響工程質量。

2) 旋噴樁在砂礫石層成樁時，特別是砂礫層有地下水且地下水流速較大時，需控制好旋噴樁成樁的工藝參數，必要時添加速凝劑，否則會影響樁身水泥土在該地層的膠結強度。

3) 樁身抽芯檢測時，鉆孔電視的運用是個非常適合的補充手段，它可以觀察鉆孔孔壁的完整情況、水泥土的膠結情況及鉆孔里面一些預料不到的情況，有助于更全面更客觀地反映樁身的實際情況。

4) 多種檢測手段的配合，特別是防滲墻圍井試驗、抽芯孔注水試驗，可以更全面地評判防滲墻的防滲性能。

5) 以上幾種檢測手段均屬隨機抽樣檢測，結果具有一定代表性，但較難全面反映防滲墻整體質量，如需全面評判防滲墻的整體施工質量，則還須結合防滲墻局部開挖情況、蓄水后現場滲漏測試結果及查閱施工過程記錄后再做進一步的綜合分析。

[1] 水利水電工程高壓噴射灌漿技術規范：DL/T5 200—2004[S].北京：中國電力出版社，2005.

[2] 林宗元. 巖土工程試驗監測手冊[M]. 沈陽：遼寧科學技術出版社，1994.

(本文責任編輯 馬克俊)

Comprehensive Analysis of the Detection Method for A Hydropower Station with High-Pressure Grouting Impervious Wall

LI Chuan, ZHANG Ting, WANG Fei

(Guangdong Research Institute of Water Recourses and Hydropower; Guangdong Geotechnical Engineering Technology Research Centers, Guangzhou 510635, China)

A variety of detection methods are used in the hydroelectric station-impervious wall during a detection process and then comprehensive analysis is made on the detection results. At last, experience which learnt from these detections has provided some values for the similar projects later.

cutoff wall detection; bounding well test; core pulling; borehole television

2016-03-03;

2016-11-13

李川(1973)，男，本科，高級工程師，從事水利水電巖土工程研究工作。

TV543+.8

：B

：1008-0112(2016)012-0035-04