某水庫帷幕灌漿第三方質(zhì)量檢測及評價

王立志,馬 軍,司富生,楊發(fā)軍

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司, 西安 710065)

0 前 言

壩基滲漏是危及大壩安全的主要因素之一[1]。中國中小型水庫數(shù)量龐大，病險水庫問題較突出，其中壩基滲漏占病險水庫相當(dāng)一部分。壩基滲漏主要由帷幕灌漿質(zhì)量問題引起，防滲帷幕是水電水利工程中的主要地下隱蔽工程[2]。帷幕灌漿的目的是在基巖中形成一道有一定防滲能力的屏障[3]。帷幕灌漿施工過程中，施工自檢是質(zhì)量管理體系的一部分，但不具備公平性原則[4]。在隱蔽工程質(zhì)量檢查中，引入獨(dú)立的第三方進(jìn)行質(zhì)量檢測十分必要。其目的是檢查大壩防滲帷幕灌漿質(zhì)量是否滿足規(guī)范及防滲評定標(biāo)準(zhǔn)，為防滲帷幕竣工驗收提供準(zhǔn)確、可靠的檢測資料。

本文以青海某水庫工程為例，該工程帷幕灌漿施工自檢質(zhì)量全部合格后，建設(shè)單位在大壩填筑前引入第三方進(jìn)行防滲帷幕質(zhì)量檢測。第三方檢測以傳統(tǒng)壓水試驗為主，結(jié)合孔內(nèi)攝像、聲波測試等物探手段，對帷幕質(zhì)量檢測，然后綜合評價。

1 工程概況

1.1 設(shè)計概況

青海某水庫工程是集調(diào)蓄、水源涵養(yǎng)、灌溉為一體的攔蓄式綜合性水利工程，壩高57.3 m，興利庫容200.2×104m3，工程等級為Ⅳ等小(1)型，大壩為壤土心墻砂殼壩。

大壩填筑前對壩基進(jìn)行固結(jié)灌漿及帷幕灌漿做防滲處理。固結(jié)灌漿采用雙排，孔排距3.0 m，孔深8.0 m，灌漿壓力采用0.3 MPa。帷幕灌漿采用雙排灌漿孔，孔距1.5 m，排距1.0 m，設(shè)計帷幕透水率按5 Lu以內(nèi)控制，采用分段自上而下，孔口封閉灌漿法，按2、3、5、5、5 m分段灌漿，對應(yīng)灌漿壓力為0.3、0.5、0.7、1.0、1.0 MPa。

1.2 基本工程地質(zhì)條件

壩基巖體左岸為白堊系砂巖、砂礫巖，右岸為加里東期安山巖。砂巖、砂礫巖屬中硬巖，巖體內(nèi)陡傾角裂隙中等發(fā)育，層厚10～20 cm。安山巖屬中硬巖，微裂隙極發(fā)育，裂隙多閉合，巖體破碎，薄層狀結(jié)構(gòu)。砂礫巖與安山巖呈角度不整合接觸，接觸帶風(fēng)化較強(qiáng)烈，巖體質(zhì)量差。

2 第三方質(zhì)量檢測

2.1 孔位布置

本次檢測帷幕灌漿長度為285 m，第三方質(zhì)量檢測孔位置由建設(shè)單位和監(jiān)理單位根據(jù)灌漿施工過程中具體情況確定，檢測孔數(shù)量根據(jù)相關(guān)規(guī)范按灌漿孔總數(shù)1%～3%控制，檢測孔位于2排灌漿孔中間，檢測孔深度比帷幕灌漿深度少0.5 m控制。

2.2 主要檢測設(shè)備及技術(shù)流程

(1) 采用XY-150型立軸回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、孔徑75 mm金剛石“雙管單動”鉆頭，提高巖芯獲得率，直觀判斷裂隙發(fā)育程度及水泥結(jié)石充填飽滿度。

(2) 灌漿自動記錄儀，并經(jīng)相關(guān)單位進(jìn)行率定，氣壓式止水栓塞封孔，提高壓水試驗質(zhì)量。

(3) 孔內(nèi)高清全景彩色數(shù)字成像系統(tǒng)，直觀、逼真觀察水泥灌漿充填及帷幕灌漿質(zhì)量。

(4) 孔內(nèi)智能聲波檢測儀，檢測聲波在巖體內(nèi)穿透情況，評價帷幕質(zhì)量。

(5) 通過以上手段綜合評價帷幕灌漿質(zhì)量。

2.3 檢測試驗段長度和壓力值

壓水試驗檢測試驗段長度與施工帷幕灌漿段長度一致。第1段長2 m、第2段長3 m、以下各段均為5 m。根據(jù)SL62-2014《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》[5]，水庫壩高57 m除特殊情況外，灌漿工程各部位的試驗壓力為設(shè)計壓力的80%。

3 檢測結(jié)果分析與評價

3.1 一期檢測

壩基最初布置10個檢測孔，孔長共計305 m，壓水試驗59段，其中透水率>5 Lu試壓段 14段，占比多達(dá)23.7%，不合格段主要集中在前1～3段試驗段。為進(jìn)一步驗證不合格范圍邊界，在不合格相對集中部位增加2個檢測孔，每個檢測孔深均為16 m，共做10段壓水試驗，檢測結(jié)果表明>5 Lu段依然集中在帷幕深度15 m范圍內(nèi)。

根據(jù)統(tǒng)計，一期檢測孔巖芯獲得率為60%～94%，RQD值均低于68%，其中RQD值低于10%占比達(dá)80%。一期檢測孔僅在6個孔里發(fā)現(xiàn)9處水泥結(jié)石，巖芯破碎，安山巖巖芯以碎塊狀、散體顆粒狀為主。

通過孔內(nèi)攝像及聲波測試，透水率>5 Lu試驗段巖體質(zhì)量差、灌漿痕跡不明顯。檢測孔ZK04前3段(0.5～15.6 m)壓水試驗透水率分別為34.61、12.89、13.57 Lu，ZK05前2段(0.6～11.0 m)壓水試驗透水率分別為33.42、14.1 Lu。孔內(nèi)聲波測試顯示，在透水率較大試驗段內(nèi)均存在波速較低點(diǎn)(見圖1)。根據(jù)波速統(tǒng)計，平均波速為3 500 m/s，試驗不合格段一般波速為1 900～2 900 m/s。

圖1 ZK04、ZK05孔內(nèi)聲波測試圖

ZK08檢測孔巖性為安山巖，1.2～8.5 m孔內(nèi)攝像巖體破碎，灌漿痕跡不明顯(見圖2)。

圖2 ZK08檢測孔孔內(nèi)攝像圖

ZK08檢測孔，第1段(1.2～6.5 m)，壓水試驗透水率為26.10 Lu、獲得率為68%、RQD值均為0；第2段(6.4～11.7 m)，壓水試驗透水率為13.38 Lu、獲得率為53%、RQD值均為0；以下各段透水率均<5 Lu，巖芯獲得率有所提高，RQD值依然較低，但孔內(nèi)攝像顯示巖體質(zhì)量有變好趨勢。孔口滲水較嚴(yán)重，通過簡易測試，滲水量達(dá)1 L/min，滲水來源于帷幕破碎帶。

選取具有代表性檢測孔ZK04及ZK05，對各種檢測手段數(shù)據(jù)分析得到如下特征：隨著鉆孔深度增加，波速曲線逐漸升高并趨于穩(wěn)定；巖芯獲得率與RQD值逐漸升高，但安山巖受巖性影響，RQD值均較低；壓水試驗透水率在表部15 m范圍值較大，不滿足設(shè)計要求(見圖3、4)。

圖3 ZK04檢測孔綜合對比圖

圖4 ZK05檢測孔綜合對比圖

透水率線形與孔深呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，聲波、獲得率以及RQD值線形與孔深均呈正相關(guān)關(guān)系。

3.2 二期檢測

針對以上檢測結(jié)果綜合對比分析，帷幕灌漿質(zhì)量問題主要集中在河床淺表部15 m范圍及巖性接觸帶部位，河床淺表部巖體風(fēng)化較強(qiáng)烈、裂隙發(fā)育，帷幕灌漿壓力偏小等原因?qū)е赂骺字g漿液擴(kuò)散半徑未能形成有效搭接，經(jīng)灌漿處理，基礎(chǔ)各項指標(biāo)與原勘探結(jié)果相比得到很大改善[6]，但帷幕質(zhì)量仍不能滿足設(shè)計要求。經(jīng)各方討論決定對不合格段補(bǔ)強(qiáng)灌漿。補(bǔ)強(qiáng)方案為在原設(shè)計的2排灌漿孔中間增加1排灌漿孔，補(bǔ)強(qiáng)灌漿完成后，增加檢測孔進(jìn)行二期質(zhì)量檢測。

二期帷幕檢測共布置9個檢測孔，共計160 m。38段壓水試驗，試驗結(jié)果顯示：僅ZK16第2段(2.8～5.8 m)、第3段(5.8～10.8 m)壓水試驗透水率分別為41.48 Lu和5.39 Lu，其余試驗段透水率均<5 Lu。分析認(rèn)為，ZK16所檢測位置為巖性不整合接觸帶，接觸帶受風(fēng)化影響巖體質(zhì)量差，灌漿質(zhì)量效果不佳。遂對此段再次布置14個灌漿孔補(bǔ)強(qiáng)處理，隨后再次布置檢測孔，經(jīng)檢測透水率均<5 Lu，孔內(nèi)攝像揭示，補(bǔ)強(qiáng)灌漿后孔內(nèi)灌漿痕跡飽滿度較一期檢測階段明顯增多(見圖5)。補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理后，原ZK08孔口滲水現(xiàn)象亦消失。

圖5 ZK16檢測孔孔內(nèi)攝像圖

經(jīng)增加單排灌漿孔以及對接觸帶部位補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理后，二期檢測滿足設(shè)計要求，按規(guī)范帷幕灌漿質(zhì)量評價為合格。

4 結(jié) 語

(1) 本次帷幕灌漿質(zhì)量檢測雖然施工單位自檢為合格，但經(jīng)第三方檢測，帷幕灌漿質(zhì)量問題突出，經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)處理后才滿足設(shè)計要求，在壩體填筑前及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行有效處理，降低了施工成本。

(2) 帷幕灌漿質(zhì)量檢測宜采用傳統(tǒng)壓水試驗與現(xiàn)代物探科技等多種手段結(jié)合，并相互驗證、綜合評價。