淺談砂巖、砂礫巖夾泥巖互層基礎帷幕灌漿施工

王寧遠

（中國水電建設集團十五局有限公司第二工程公司，陜西 西安 710016）

0 引言

卡拉貝利水利樞紐工程位于新疆維吾爾自治區克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣境內，是克孜勒蘇河梯級規劃中游河段近期開發的控制性樞紐，工程以防洪、灌溉為主，兼顧發電等綜合效益，水庫庫容2.62億m3，電站裝機70 MW。

樞紐工程擋水建筑物為混凝土面板砂礫石壩，最大壩高92.5 m，壩頂長度760 m。壩基采用單排帷幕灌漿防滲，設計孔距2.0 m，孔深15.0 m，合格標準為檢查孔壓水透水率小于3 Lu，深度要求達到3 Lu以下不少于5 m。該基礎防滲帷幕與其上部趾板、面板混凝土共同構成大壩主要防滲屏障，確保大壩運行安全。

大壩壩址區為砂巖、砂礫巖及泥巖護層狀軟巖基礎，該類型基礎具有強度低、遇水軟化和互層狀基礎易形成層間滲漏的特點，在灌漿過程中易出現吸漿量少、回漿失水返濃和層間劈裂等灌漿難題，針對這些問題進行多種不同灌漿材料、施工參數的現場實踐驗證，有的放矢、靈活運用，探索互層狀軟巖基礎的帷幕灌漿施工技術。

1 基礎地質條件

根據趾板基礎開挖揭示的地質構造并結合地勘資料顯示，大壩壩址區域屬于現代河床，基巖為N2砂巖、砂礫巖夾薄層泥巖互層，巖層產狀325°SW∠50°，基巖面高程1690 m左右。強風化層厚3 m～5 m，縱波波速1500 m/s，巖體破碎，強度低；弱風化層厚8 m～12 m，縱波波速1500 m/s～2300 m/s。巖體透水率小于3 Lu的界限在基巖面以下15 m～18 m，不同巖性層間裂隙發育，河水、地下水對混凝土具有硫酸鹽中等腐蝕性，工程地質情況見圖1。

圖1 河床段趾板互層基礎地質構造示意圖

2 帷幕灌漿

為了驗證砂巖、砂礫巖夾泥巖互層基礎的可灌性和灌漿膠凝材料適應性，先后進行了五次帷幕灌漿試驗，最終確定帷幕灌漿采用單排帷幕水泥漿液灌注，孔距2.0 m，孔深以終孔透水率小于3 Lu線以下5 m控制，最大孔深不超過30 m，最大灌漿壓力0.8 MPa；對于檢查孔壓水透水率大于3 Lu的單元，采用丙烯酸漿液在水泥漿液孔位之間加密補強，孔深同水泥漿液孔深。五次帷幕灌漿對比試驗及最終施工方案簡述如下。

2.1 帷幕灌漿試驗

（1）第一次帷幕灌漿試驗采用中抗硫硅酸鹽水泥漿液灌注，單排孔距2 m，共布置5個試驗孔，漿液水灰比采用3∶1、2 ∶1、1 ∶1、0.8 ∶1、0.5 ∶1五個比級；灌漿段長分別為2 m、3 m、5 m、5 m，各段灌漿壓力分別為 0.5 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa、1.0 MPa；灌漿采用孔口封閉、自上而下分段灌漿法。

第一次帷幕灌漿試驗單位注入量最小2.30 kg/m，最大138.40 kg/m，平均41.7 kg/m；灌前透水率最小1.38 Lu，最大20.70 Lu，平均8.26 Lu；灌后檢查孔壓水透水率最小1.51 Lu，最大17.20 Lu，平均9.32 Lu。檢查孔壓水透水率不滿足設計要求。

（2）第二次帷幕灌漿試驗采用超細水泥漿液灌注，單排孔距2 m，共布置9個試驗孔，漿液水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8 ∶1、0.5∶1五個比級；灌漿段長分別為 2 m、3 m、5 m、5 m，各段灌漿壓力分別為 0.5 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa、1.0 MPa；灌漿采用自上而下分段阻塞孔內循環灌漿法。

第二次帷幕灌漿試驗單位注入量最小1.80 kg/m，最大462.10 kg/m，平均91.37 kg/m；灌前透水率最小0.40 Lu，最大52.41 Lu，平均12.81 Lu；灌后檢查孔壓水透水率最小1.93 Lu，最大3.81 Lu，平均2.76 Lu。由于第二次灌漿試驗區檢查孔各段巖性均為泥巖，不能代表整個基礎的多巖性互層狀構造，第二次灌漿試驗不具有普遍代表性。

（3）第三次帷幕灌漿試驗采用中抗硫穩定漿液（膨潤土摻量為水泥用量的2%）灌注；共布置9個試驗孔，單排孔距2 m，灌漿段長分別為0.3 m、1.9 m、2.8 m、5 m、5 m，各段灌漿壓力分別為 0.4 MPa、0.4 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa；灌漿采用自上而下分段阻塞孔內循環灌漿法。

第三次帷幕灌漿試驗單位注入量最小5.2 kg/m，最大109.10 kg/m，平均24.67 kg/m；灌前壓水透水率最小0.02Lu，最大232.28 Lu，平均18.61 Lu；灌后檢查孔壓水透水率最小2.03 Lu，最大45.52 Lu，平均12.51 Lu。檢查孔壓水透水率不滿足設計要求。

（4）第四次帷幕灌漿試驗采用中抗硫水泥漿液灌注，把帷幕灌漿孔距由單排孔距2 m調整到了單排孔距1 m，共布置9個試驗孔，漿液水灰比采用 5 ∶1、3 ∶1、1 ∶1、0.8 ∶1、0.5 ∶1五個比級；灌漿段長分別為2 m、3 m、5 m、5 m，各段灌漿壓力分別為 0.2 MPa、0.3 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa；灌漿采用自上而下分段阻塞孔內循環灌漿法。

第四次帷幕灌漿試驗單位注入量最小2.88 kg/m，最大24.06 kg/m，平均12.17 kg/m。灌前壓水透水率最小1.74 Lu，最大11.82 Lu，平均6.03 Lu；灌后檢查孔壓水透水率最小1.07 Lu，最大9.75 Lu，平均4.47 Lu。檢查孔壓水透水率不滿足設計要求。

（5）第五次帷幕灌漿試驗采用中抗硫水泥漿液和丙烯酸漿液的復合灌漿方法，并對帷幕孔距進行了調整，采用中抗硫水泥漿液灌注，單排孔距2 m，漿液水灰比采用5∶1、3∶1、1∶1、0.8 ∶1、0.5∶1五個比級，灌漿段長分別為 2 m、3 m、5 m、5 m，各段灌漿壓力分別為 0.2 MPa、0.3 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa，灌漿采用自上而下分段阻塞孔內循環灌漿法；對于檢查孔壓水透水率大于3 Lu的單元，灌漿孔中間用丙烯酸漿液加密補強，灌漿段長均為3 m，各段灌漿壓力分別為0.2 MPa、0.3 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa、0.8 MPa，灌漿采用自上而下分段純壓式灌漿法。

第五次帷幕灌漿試驗水泥漿液單位注入量最小4.46 kg/m，最大42.77 kg/m，平均20.53 kg/m；丙烯酸漿液灌漿孔單位注入量最小72.07 kg/m，最大88.1 kg/m，平均80.8 kg/m。灌前壓水透水率最小1.56 Lu，最大17.74 Lu，平均6.58 Lu；灌后檢查孔壓水透水率最小0.84 Lu，最大2.33 Lu，平均1.76 Lu。檢查孔壓水透水率滿足設計要求。

2.2 施工方法

（1）鉆孔方法，帷幕灌漿試驗先導孔及檢查孔采用回轉式地質鉆機造孔，金剛石或合金鉆頭鉆進，雙管鉆具取芯；其余帷幕灌漿孔采用回轉式地質鉆機造孔。帷幕灌漿孔開孔孔徑91 mm，其余孔段孔徑均為76 mm。開孔孔位與設計孔位的偏差不得大于10 cm，帷幕灌漿孔采用鉛垂孔，鉆孔鉆進過程中采取可靠的防斜措施，保證孔向準確，鉆孔偏斜值嚴格控制在設計允許的25 cm范圍內。

（2）壓水試驗，帷幕灌漿先導孔及檢查孔采用單點壓水試驗，其它灌漿孔不做壓水，壓水壓力為灌漿壓力的80%，且逐級升壓，以不抬動為原則。在穩定壓力下，每2 min測讀一次壓入流量。連續四次讀數中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min時，壓水試驗結束，取最終值為計算值。壓水試驗止水栓塞采用水壓式，栓塞長75 cm。下栓塞前對壓水試驗工作管進行檢查，不能有破裂、彎曲、堵塞等現象，接頭處采取有效的止水措施。最終充水壓力達到1.5 MPa～2.5 MPa，不能超過止水栓塞的額定壓力，在試驗過程中充水壓力保持不變。

（3）灌漿方法，帷幕灌漿采用單排帷幕，水泥漿液灌注，對于檢查孔壓水透水率大于3 Lu的單元，采用丙烯酸漿液在水泥漿液孔位之間加密補強，孔深同水泥漿液孔深。水泥漿液采用自上而下分段孔內阻塞循環式灌漿，射漿管距孔底不大于0.5 m。丙烯酸漿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。

水泥漿液采用自上而下分段孔內阻塞循環式灌漿，5∶1開灌，段長按2.0 m，3.0 m，5.0 m，5.0 m控制，加深段按每段5.0 m段長加深，灌漿壓力分別為 0.2 MPa、0.3 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa，以抬動變形不超過200 μm控制。丙烯酸溶液采用自上而下分段孔口阻塞純壓式灌漿，各段段長均為3.0 m，灌漿壓力自上而下初擬為 0.2 MPa、0.3 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa、0.8 MPa，以抬動變形不超過200 μm控制。

（4）灌漿結束標準，水泥漿液結束標準：各灌漿段在最大設計壓力下，注入率不大于1 L/min后，延續灌注30 min即可結束。丙烯酸漿液結束標準：各灌漿段在最大設計壓力下，注入率不大于0.02 L/（min·m）后，繼續灌注30 min即可結束。

（5）封孔方法，帷幕灌漿孔采用“置換壓力灌漿封孔法”封孔，封孔水灰比為0.5∶1的水泥漿液，封孔壓力為全孔段平均灌漿壓力，封孔灌漿時間不少于60 min。待凝固后對孔口空余段人工采用干硬性水泥沙漿封孔，保證孔內密實。

2.3 灌漿質量檢查

帷幕灌漿結束后14天采用單點法壓水試驗的方法進行工程質量檢查，帷幕檢查孔各孔段的透水率合格標準為q≤3 Lu。卡拉貝利大壩趾板基礎帷幕灌漿共完成46個單元，457個灌漿孔，累計8174.08延米。檢查孔壓水試驗結果顯示：46個單元中有31個單元透水率小于3 Lu，滿足設計要求；15個單元透水率大于3 Lu，不滿足設計要求。結合巖芯、灌漿記錄、壓水情況等綜合分析：不合格單元主要集中在河床及右岸二級階地巖體復雜段，主要巖性為砂巖、砂礫巖夾薄層泥巖互層基礎，巖體變化不規則，不合格的15個單元用丙烯酸溶液進行加密補強，灌漿結束14 d后，檢查孔壓水透水率均小于3 Lu，滿足設計要求。檢查孔壓水試驗結果詳見表1。

表1 帷幕灌漿檢查孔壓水結果

3 結語

卡拉貝利大壩趾板基礎帷幕灌漿根據基礎巖性特點采用有針對性的施工方法，嚴格控制工藝流程和施工參數，解決了砂巖、砂礫巖夾薄層泥巖互層基礎條件下漿液失水返濃，可灌性差的難題，取得了較好的防滲效果。水庫蓄水至設計水位后，壩后量水堰觀測滲流量為13 L/s，數值穩定。實踐表明，卡拉貝利大壩趾板基礎采用水泥漿液和丙烯酸漿液進行復合灌漿的方法合理有效，防滲效果明顯。