新花水庫壩基處理帷幕灌漿施工技術要點分析

袁建明

(江西省水利水電建設有限公司，南昌 330200)

1 工程概況

位于貴州省冊亨縣八渡鎮者弄村境內的新花水庫設計洪水位853.19m、校核洪水位854.20m。正常蓄水位850m，相應庫容為314.7萬m3，死水位826m，相應庫容45.6萬m3，供水范圍為八渡鎮5個自然村農村人畜及灌溉用水，供水人口為4900人，P=95%人畜供水量為33.9萬m3，設計灌溉面積772hm2，水田529hm2，旱地243hm2，多年平均灌溉供水量為363.3萬m3，P=80%的灌溉供水量412.3萬m3。水庫防滲標準設計值q≤0.5Lu，主要采用水泥灌漿材料并在水泥漿液達不到防滲設計標準的區域補灌丙凝化學漿材。文章主要對新花水庫丙凝化學漿材帷幕的耐久性和穩定性進行分析。

2 壩基處理帷幕灌漿施工情況

2.1 初期施工

新花水庫壩址位于貴州省冊亨縣八渡鎮者弄村境內，位于南盤江左岸一級支流乃言河上，區域一級、二級和三級構造單元分別屬于揚子準地臺、黔南臺陷及望謨北西向構造變形區。工程區位于東西向為主的隆林東西向構造帶內。

帷幕灌漿設計采用強度等級不低于32.5級，細度要求通過80μm方孔篩，篩余量≤5%的普通硅酸鹽水泥；灌漿過程中的用水應按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》(SL62-2014)及水工混凝土拌制過程的用水要求，且溫度應控制在40℃以內。水泥漿液中所摻加的砂、粉煤灰和水玻璃等摻合料的質量必須符合SL62-2014的相關規定，并通過試驗確定各種摻合料的摻加比例，試驗成果報送監理人審批。速凝劑、減水劑及其它外加劑質量必須按照SL62-2014進行控制，并通過室內試驗和現場灌漿試驗進行各種外加劑最佳摻加比例的確定，可溶性外加劑必須通過水溶液狀態摻加，并將試驗成果報送監理人審批[1]。

帷幕灌漿工程屬隱蔽工程施工，其漿液流動、凝固與施工順序時間間隔有著密切關系，合理而規范的施工工序安排對于工程施工質量控制十分關鍵。新花水庫大壩壩基帷幕灌漿施工嚴格按照設計技術要求及SL62-2014規范實施，施工流程見圖1。

圖1 新花水庫大壩壩基初期帷幕灌漿施工流程

現場施工過程中技術人員發現，普通硅酸鹽水泥粒徑并不適用裂隙寬度，灌漿施工時普遍存在漿液回濃問題[2]。隨后調整方案，灌注材料改為比表面積385m2/kg的磨細水泥，但是此類水泥材料細度仍較為有限，部分壩段帷幕灌漿施工仍達不到設計要求，所以考慮將灌漿材料改為丙凝化學漿材。

2.2 丙凝灌漿施工

先在新花水庫8-10壩段斷層交匯部位使用丙凝灌漿材料，灌注效果良好，隨后在13-15壩段軟弱斷裂構造帶和17-20壩段細微裂隙發育及滲流區推廣應用，應用結果顯示，上述特殊工程地質部位滲流量和巖體透水率顯著減小，見表1。

表1 丙凝化學漿材灌漿施工前后巖體透水率

從表1結果可知，采用丙凝灌漿材料后巖體透水率顯著下降，不符合設計防滲標準的孔段減少，充分說明丙凝化學灌漿料能有效提升壩基結構防滲性能，降低滲漏，但是工后部分孔段仍存在透水率超標的情況，為此還應進一步進行壩段加高處理后丙凝灌漿料耐久性的分析。

3 帷幕灌漿材料耐久性分析

文章從物理和化學兩個角度進行丙凝灌漿材料耐久性分析，也就是分析分布于壩基基巖裂隙中的丙凝膠體在高水頭下的抗擠出性能及其在地下水化學影響下的老化性能。

3.1 抗擠出性能

通過徹底檢查丙凝漿液灌注施工效果并將其與現狀壓水成果進行比較，進一步分析工程實際運行狀況的監測資料，以進行丙凝灌漿料抗擠出性能的綜合分析。

按10-15m孔距在丙凝灌漿施工區域防滲帷幕軸線處布設檢查孔進行壩基基巖巖體透水率鉆孔壓水情況的檢查。檢查結果表明，8-10壩段、13-15壩段、17-20壩段丙凝灌注施工后基巖透水率明顯高出設計防滲標準，且上述壩段壩基基巖排水孔滲流量持續減小，在數次高水頭考驗下，丙凝灌漿料表現出較好的整體性，灌漿料也無明顯的擠出跡象。

總之，新花水庫由于大壩壩基巖體裂隙發育，有利于丙凝灌漿料抗擠出效果的發揮，壓水檢查及滲壓、滲流監測資料所反映的丙凝灌漿帷幕結構防滲性能和抗擠出性能良好。

3.2 抗老化性能

借鑒類似水庫工程壩基丙凝帷幕灌漿施工經驗，文章取原位丙凝灌漿體進行室內老化性能試驗及對丙凝灌漿結構耐久性預測。

3.2.1 抗老化性能試驗

填充在壩基細微裂隙內的丙凝灌漿膠體強度低，如若鉆孔取樣，則很容易發生巖體劈裂和膠體磨蝕，很難獲取原狀丙凝灌漿膠體。所以本工程采用段長短、回次多、鉆速低、水量小的鉆進工藝，在巖芯內成功獲取原狀丙凝灌漿膠體，此后，在實驗室內將膠體與施工前所配備的丙凝材料配比樣本分別放置于不同水質環境并進行材料老化前后酰胺基團變化情況的紅外光譜分析、丙烯酰胺含量變化的氣相色譜檢測。試驗結果如下：

對于相同的pH值，隨著溫度的不斷升高，丙凝灌漿膠體質量變化百分比隨之增加；而當溫度不變時，隨pH值的升高，丙凝膠體質量變化百分比也隨之增加；丙凝灌漿膠體在新花水庫大壩壩基水質環境中水解過程相當緩慢。處于不同水質環境下的丙凝灌漿膠體在常規和加速老化的測試下，其支鏈酰胺基團均僅發生部分水解，而主鏈并未發生任何水解反應，丙凝灌漿膠體材料的耐久性主要取決于主鏈的水解反應，所以其分子結構具有較好的抗老化性。

對丙凝灌漿膠體進行非線性擬合并構建膠體材料加速老化時間x和酰胺基團水解百分比y的函數關系式[3]：

y=4.45x0.43

(1)

3.2.2 結構耐久性預測

通過比較采用段長短、回次多、鉆速低、水量小的鉆進工藝在巖芯內所獲取的原狀丙凝灌漿膠體與新配置丙凝灌漿膠體分子結構和材料性能，便可得出新花水庫大壩壩基丙凝帷幕灌漿膠體運行50a后期酰胺基團水解的百分比值，且其膠體水解程度與防滲性能有關，當丙凝灌漿膠體內酰胺基團水解百分比超過40%，則膠體材料水解速度加快，穩定性能驟降，所以，考慮新花水庫大壩壩基加固所使用丙凝灌漿材料膠體分子結構的耐久性，其壽命應在500a以上。

以上分析僅針對純丙凝灌漿材料及壩基巖體裂隙發育，透水性微弱，丙凝材料抗擠出性能良好的情況，若先灌注水泥漿再灌注丙凝漿液，則會因丙凝材料遭受水泥結石溶蝕破壞而改變丙凝漿液在巖體裂隙的賦存環境，致使丙凝材料抗老化、抗基礎性能發生改變而影響水泥漿液與丙凝漿液復合灌漿帷幕結構的耐久性能。

4 結 論

基于新花水庫壩基處理維護灌漿施工的特殊性，在初期水泥灌漿材料粒徑與壩基發育裂隙寬度不適用，灌漿施工時普遍存在漿液回濃問題的基礎上將灌漿方案調整為丙凝化學漿材灌漿施工。丙凝灌漿施工后巖體透水率顯著下降，不符合設計防滲標準的孔段明顯減少，壩基結構防滲性能顯著提升。對丙凝灌漿膠體在高水頭下的抗擠出性能及在地下水化學影響下的老化性能試驗分析結果表明，丙凝灌漿膠體材料分子結構具有較好的抗老化性，且其膠體分子結構使用壽命在500a以上。