新花水庫壩基處理帷幕灌漿施工技術(shù)要點分析

袁建明

(江西省水利水電建設(shè)有限公司，南昌 330200)

1 工程概況

位于貴州省冊亨縣八渡鎮(zhèn)者弄村境內(nèi)的新花水庫設(shè)計洪水位853.19m、校核洪水位854.20m。正常蓄水位850m，相應(yīng)庫容為314.7萬m3，死水位826m，相應(yīng)庫容45.6萬m3，供水范圍為八渡鎮(zhèn)5個自然村農(nóng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域補灌丙凝化學(xué)漿材。文章主要對新花水庫丙凝化學(xué)漿材帷幕的耐久性和穩(wěn)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(zhèn)者弄村境內(nèi)，位于南盤江左岸一級支流乃言河上，區(qū)域一級、二級和三級構(gòu)造單元分別屬于揚子準(zhǔn)地臺、黔南臺陷及望謨北西向構(gòu)造變形區(qū)。工程區(qū)位于東西向為主的隆林東西向構(gòu)造帶內(nèi)。

帷幕灌漿設(shè)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(yīng)按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62-2014)及水工混凝土拌制過程的用水要求，且溫度應(yīng)控制在40℃以內(nèi)。水泥漿液中所摻加的砂、粉煤灰和水玻璃等摻合料的質(zhì)量必須符合SL62-2014的相關(guān)規(guī)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(jiān)理人審批。速凝劑、減水劑及其它外加劑質(zhì)量必須按照SL62-2014進行控制，并通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)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(tài)摻加，并將試驗成果報送監(jiān)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(guān)系，合理而規(guī)范的施工工序安排對于工程施工質(zhì)量控制十分關(guān)鍵。新花水庫大壩壩基帷幕灌漿施工嚴格按照設(shè)計技術(shù)要求及SL62-2014規(guī)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(xiàn)場施工過程中技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，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(diào)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(shè)計要求，所以考慮將灌漿材料改為丙凝化學(xué)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(gòu)造帶和17-20壩段細微裂隙發(fā)育及滲流區(qū)推廣應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果顯示，上述特殊工程地質(zhì)部位滲流量和巖體透水率顯著減小，見表1。

表1 丙凝化學(xué)漿材灌漿施工前后巖體透水率

從表1結(jié)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(shè)計防滲標(biāo)準(zhǔn)的孔段減少，充分說明丙凝化學(xué)灌漿料能有效提升壩基結(jié)構(gòu)防滲性能，降低滲漏，但是工后部分孔段仍存在透水率超標(biāo)的情況，為此還應(yīng)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(xué)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(xué)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(xiàn)狀壓水成果進行比較，進一步分析工程實際運行狀況的監(jiān)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(qū)域防滲帷幕軸線處布設(shè)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(jié)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(shè)計防滲標(biāo)準(zhǔn)，且上述壩段壩基基巖排水孔滲流量持續(xù)減小，在數(shù)次高水頭考驗下，丙凝灌漿料表現(xiàn)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(fā)育，有利于丙凝灌漿料抗擠出效果的發(fā)揮，壓水檢查及滲壓、滲流監(jiān)測資料所反映的丙凝灌漿帷幕結(jié)構(gòu)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(jīng)驗，文章取原位丙凝灌漿體進行室內(nèi)老化性能試驗及對丙凝灌漿結(jié)構(gòu)耐久性預(yù)測。

3.2.1 抗老化性能試驗

填充在壩基細微裂隙內(nèi)的丙凝灌漿膠體強度低，如若鉆孔取樣，則很容易發(fā)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(nèi)成功獲取原狀丙凝灌漿膠體，此后，在實驗室內(nèi)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(zhì)環(huán)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(jié)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(zhì)量變化百分比隨之增加；而當(dāng)溫度不變時，隨pH值的升高，丙凝膠體質(zhì)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(zhì)環(huán)境中水解過程相當(dāng)緩慢。處于不同水質(zhì)環(huán)境下的丙凝灌漿膠體在常規(guī)和加速老化的測試下，其支鏈酰胺基團均僅發(fā)生部分水解，而主鏈并未發(fā)生任何水解反應(yīng)，丙凝灌漿膠體材料的耐久性主要取決于主鏈的水解反應(yīng)，所以其分子結(jié)構(gòu)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(gòu)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(shù)關(guān)系式[3]：

y=4.45x0.43

(1)

3.2.2 結(jié)構(gòu)耐久性預(yù)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(guān)，當(dāng)丙凝灌漿膠體內(nèi)酰胺基團水解百分比超過40%，則膠體材料水解速度加快，穩(wěn)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(jié)構(gòu)的耐久性，其壽命應(yīng)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(fā)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(jié)石溶蝕破壞而改變丙凝漿液在巖體裂隙的賦存環(huán)境，致使丙凝材料抗老化、抗基礎(chǔ)性能發(fā)生改變而影響水泥漿液與丙凝漿液復(fù)合灌漿帷幕結(jié)構(gòu)的耐久性能。

4 結(jié) 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(fā)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(chǔ)上將灌漿方案調(diào)整為丙凝化學(xué)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(shè)計防滲標(biāo)準(zhǔn)的孔段明顯減少，壩基結(jié)構(gòu)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(xué)影響下的老化性能試驗分析結(jié)果表明，丙凝灌漿膠體材料分子結(jié)構(gòu)具有較好的抗老化性，且其膠體分子結(jié)構(gòu)使用壽命在500a以上。