新疆卡拉貝利水利樞紐工程大壩趾板基礎帷幕灌漿施工技術應用分析

王 平

（新疆維吾爾自治區水利水電工程建設監理中心，新疆 烏魯木齊 830000）

水利工程建設中，趾板基礎帷幕灌漿施工是至關重要的一項施工技術，基于工程大壩抗滑穩定系數要求而提出。混凝土面板堆石壩體的抗滑穩定系數一般高于混凝土壩體，基礎帷幕主要是防止大壩因發生集中滲漏而導致結構破壞問題，可通過提升灌漿壓力改善大壩防滲能力和使用壽命。

1 卡拉貝利大壩地質環境

卡拉貝利大壩工程趾板基礎帷幕設計為單排帷幕，孔距2.0 m，孔深15.0 m，共46個帷幕單元。大壩趾板所處地質環境較為復雜，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坡積碎石,厚3 m左右，大部分基巖裸露。基巖巖性為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，基巖強風化層厚3 m～5 m，弱風化層厚8 m～12 m，巖體較完整，無順河向斷層發育。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°，階地面地勢平緩，地表覆蓋第四系上更新統沖積砂卵礫石，巖體破碎且強度較低。

另外，趾板處現代河床寬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%，飽和內摩擦角36°，滲透系數K＝23.94 m/d，為強透水層；下層基巖為N2砂巖、礫巖夾薄層泥巖互層，強風化層厚3 m～5 m，巖體破碎且巖體強度較低，弱風化層厚8 m～12 m，泥巖具有遇水軟化、失水崩解，抗風化能力差等問題。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、裂隙不發育。河水、地下水對混凝土具有硫酸鹽中等腐蝕性。

2 大壩趾板基礎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帷幕灌漿施工中，為了方便施工管理工作，結合灌漿孔位置及操作順序，將9～10個灌漿孔劃分為一個單元，共計46個單元。在單元劃分的基礎上對每一個灌漿孔進行了編號，每個灌漿孔的編號代表灌漿孔所屬的單元和位置，同時包含了灌漿類型信息。

大壩趾板基礎帷幕灌漿施工過程分為幾個步驟：①灌漿施工的材料及機具準備。灌漿材料選用抗硫硅酸鹽水泥，其比表面積達到了326 m2/kg,符合國際標準要求。灌漿漿液攪拌機具選用ZJ-400L型號的攪拌機，灌漿泵選用3SNS型號。注意將攪拌轉速控制在≥1200 r/min，攪拌時間控制在120 s內；②灌漿施工方式。帷幕灌漿以單排帷幕純水泥漿液進行灌注，如孔壓水透率大于3 Lu的單元，需應用丙烯酸進行加密補強，補強位置，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結束后全孔一次灌漿、封孔；③漿液濃度需根據不同筆記的要求結合灌注速率和灌注時間進行調節，如：灌注總量達到300 L以上或持續灌漿時間達到30 min以上時，通常采用該濃度的一級水灰比，灌注速率大于30 L/min時，可考慮越級變濃；④結束灌漿與封孔操作。純水泥漿液注入率≤1 L/min時，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行封孔，持續時間≥60 min，待凝固后利用干硬性水泥砂漿封孔。施工中臨時搭建了四個集中制漿站，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，生產的漿液泵送至作業面附近的泵站再經由二次調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漿砌石儲水池，由上游圍堰前抽取克孜河河水分別供應漿液配制及灌漿施工用水。在基礎帷幕灌漿施工中，由于需要使用多種不同規格的作業設備，故原有的供電網絡難以滿足實際施工的供電需求，施工人員也在原有的變壓器結構上加裝了總配電柜同時在各個施工位置安裝了下級小電柜以實現對供電工作的優化[1]。施工采用程控電話與手機結合的通信體系，確保了信息的順暢傳達同時引入了灌漿自動記錄系統，對二參數小循環的灌漿作業過程進行了監控與記錄，施工所用的施工設備見表1。

表1 工程主要設備

當趾板混凝土結構強度性能滿足設計需求之時，立即埋設抬動觀測設備。在帷幕灌漿施工中每個試驗區設置一個抬動觀測孔，抬動觀測孔孔深入基巖15 m。施工時采用鉆頭入巖15 m造孔，下內管在內管外側由人工投水泥球鑲筑在基巖內，鑲筑高度50 cm，待凝24小時后在其上投石膏黏土球，作為密封和緩沖層[2]。安裝外管時，要插入石膏黏土層20 cm，內外管居中安裝，外管外側灌注水泥漿封閉，內外管頂部間隙采用棉花團輕輕塞實，防止雜物進入，終凝后在內管上安裝抬動千分表，待安裝完畢后對設備狀態進行考察，抬動觀察的精度。

新疆卡拉貝利水利樞紐趾板基礎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；對于灌漿后檢查孔壓水透水率大于3 Lu的單元，還應使用丙烯酸溶液在純水泥漿液孔位之間加密補強，孔深與純水泥漿液孔深相等。在前期的鉆孔作業中，根據不同的開孔類型合理選擇鉆孔工藝，施工中先導孔及檢查孔采用回轉式地質鉆機造孔，金剛石及合金鉆頭鉆進的方法施工，雙管鉆具取芯，其余帷幕灌漿孔則使用的是回轉式地質鉆機造孔。鉆孔時，對混凝土厚度、掉鉆、掉塊、涌水、漏水等情況進行詳細記錄，可為后期的施工提供參考[3]。若鉆孔時出現塌孔、集中漏水等問題，應立即停鉆，查明原因經處理后再繼續鉆孔作業，同時進行先導孔、檢查孔巖芯編錄，計算巖芯采取率，并仔細觀察巖粉顆粒中有無水泥結石，以便逐序反映灌漿質量和效果。鉆孔結束后，進行鉆孔沖洗，避免其中的石屑等雜物影響后期的灌漿質量，在沖洗結束后還需對先導孔及檢查孔進行壓水實驗，保障趾板結構不會出現抬動問題。

在灌漿施工前，結合不同趾板地質條件對漿液配比進行調節，漿液配制工作與實際灌漿合理配合，避免漿液配制后的長時間儲存，確保在漿液配制結束6 h之內將其使用于灌漿作業。在灌漿，控制漿液的溫度在5℃～40℃范圍之內，并及時反饋灌漿時漿液的流動及分散狀態，便于漿液配制人員進行減水劑添加量的調節。采用單排帷幕純水泥漿液灌注進行帷幕灌漿，當單元檢查孔壓水透水率大于3 Lu時，使用丙烯酸在純水泥漿液孔位之間加密補強，純水泥漿液采用自上而下孔口阻塞循環式灌漿，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結束后，全孔一次灌漿、封孔，帷幕灌漿孔灌漿段長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

表3 丙烯酸溶液灌漿孔分段及灌漿壓力參數

在進行灌漿之前，預設水灰比為5、3、1、0.8、0.5，當灌漿時，若壓力和注入率未隨著灌漿的進行出現顯著改變，應及時選用上一級水灰比以增加漿液濃度。在使用丙烯酸溶液進行強化灌漿時不需對其濃度進行改變，只需結合整體灌漿效果盡心灌漿量的調節。當灌漿時出現漏漿問題時，應及時加以封堵，若不能準確找出漏漿位置或漏漿位置難以進行后期修補時，應適當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 施工技術應用分析

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、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行封閉，依靠壓力作用進行灌漿施工的方法，主要特點是灌漿作用力集中、操作力度大。另外，循環式灌漿操作方法的突出優勢在于保證灌漿操作的連續性，有利于灌漿操作效率的提升。經過對工程質量進行自評、檢查和核對，進行施工質量的檢驗，確定基礎帷幕灌漿施工滿足新疆卡拉貝利水利樞紐工程的技術和質量要求。

4 結語

新疆卡拉貝利水利樞紐的大壩趾板基礎帷幕灌漿施工，需優化施工工藝，提升大壩趾板的防滲能力及使用壽命。根據卡拉貝利大壩工程地質環境條件，設計趾板基礎帷幕采用單排帷幕，其施工過程依次為灌漿施工的材料及機具準備，確定灌漿施工方式，調節灌注速率和灌注時間，結束灌漿與封孔操作，強調灌漿時出現的漏漿等突發問題的解決措施，順利地完成大壩趾板基礎帷幕灌漿施工，且滿足新疆卡拉貝利水利樞紐工程的技術和質量要求。