庫斯托汗水源工程基礎防滲處理試驗分析

李欣蕾

（新疆水利水電勘測設計研究院有限責任公司,新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

帷幕灌漿是水利工程建設過程中常見的防滲加固措施,帷幕灌漿施工質量對工程最終質量影響較大。為了保證帷幕灌漿施工質量,需要選取科學、合理的施工工藝參數。由于每個工程所在區域的地質情況各不相同,不同工程的防滲加固效果要求也不盡相同,因此,在工程實施前進行帷幕灌漿工程試驗是非常必要的。可為后續大面積施工提供基礎數據。結合庫斯托汗水源工程實際情況,對大壩帷幕灌漿試驗進行分析。

2 工程概況

庫斯托汗水源工程水庫引水渠設計流量為2.6 m3/s,加大流量為3.12 m3/s；水庫設計總庫容973 萬m3；供水管道工程放水流量0.95 m3/s。其工程等別為Ⅳ等,工程規模為小（1）型,主要建筑物為4 級,次要建筑物為5 級,臨時建筑物5 級。

庫區地形特點三面環山,根據項目區地形條件、地質情況,考慮充分利用下游山體擋水,沿山體高部位選擇防滲線,設一道防滲軸線,采用帷幕灌漿+瀝青混凝土心墻壩的防滲形式。樞紐由瀝青混凝土心墻壩+防滲帷幕灌漿、表孔溢洪道、泄洪渠、放水和放空涵洞等建筑物組成。利用水庫東側2#沖溝的地形布置泄水建筑物和泄洪建筑物。

3 帷幕灌漿設計

帷幕灌漿布置在山體防滲軸線及心墻混凝土基座中部,與瀝青混凝土心墻軸線一致,孔距設為1.5 m,帷幕灌漿設1排,防滲標準為深入基巖透水率小于10 Lu 以下5 m 控制,深度為5 m～64 m。帷幕孔鉆孔孔向應垂直水平面。具體分段如下：

樁號0+000～3+108 m 段基礎為熔結凝灰巖段,透水率q ≥10 Lu 埋深較深,以下透水率q＜10 Lu,具弱透水性,防滲標準為深入基巖透水率小于10 Lu 以下5 m 控制。

樁號3+108～3+214 段基礎為熔結凝灰巖段,透水率q ≥10 Lu 埋深較淺,地面以下5 m～13 m 為巖體透水率q＜5 Lu；壩3+686～壩3+845 段以砂礫巖為主,巖體透水率q ≥10 Lu 埋深在基巖面以下5 m 左右,以下巖體透水率q＜5 Lu；以上兩段防滲標準為深入基巖透水率小于5 Lu 以下5 m 控制。

4 試驗區域選擇及地質條件

4.1 試驗區的選擇

為了論證試驗采用的灌漿方法在技術上的可行性,施工效果的可靠性,經濟上的合理性,本次帷幕灌漿選擇在3#壩段進行,樁號范圍為：2+221.5～2+250.0 進行灌漿試驗。

根據試驗結束后所得的成果進行灌漿工藝與灌漿效果的分析,選擇適合本工程正常灌漿的施工工藝與參數,本試驗為生產性試驗,施灌后不再進行重復施工。

4.2 地質條件

試驗區心墻基座基礎開挖及試驗地質鉆孔揭露出：試驗區地基巖層主要為熔結凝灰巖間夾砂巖組成,建基面為熔結凝灰巖,巖石整體結構破碎。從試驗孔巖芯可以看出基礎巖石為熔結凝灰巖,巖石整體破碎,裂隙發育,多數為水平向裂隙,陡傾裂隙約占60%。

4.3 試驗區帷幕灌漿工程量

灌漿試驗漿液的水灰比可參考采用5∶1、3∶1、2∶1、1：1、0.7∶1、0.5∶1 六個比級,由稀到濃逐級變換,開灌水灰比采用5∶1。

帷幕灌漿孔布置在心墻基座壩軸線上游0.5 m 處,單排孔布置、孔距1.5 m,孔深深入10 Lu 線以下5 m 控制。帷幕灌漿試驗共計完成20 孔,孔深為入巖43 m～67 m 之間不等,其中Ⅰ序孔5 個,Ⅱ序孔5 個、Ⅲ序孔10 個。試驗從2022年07 月04 日開鉆鉆孔至2022 年07 月30 日檢查孔壓水結束,歷時27 天,完成工程量見表1。

表1 庫斯托汗水源工程帷幕灌漿試驗完成工程量情況表

表2 灌漿壓力、段長劃分

5 試驗結果分析

5.1 地質條件對灌漿的影響

通過鉆孔施工過程中出現的返水小、無返水、無返渣等現象,結合返水返渣時出現的不同顏色,說明壩基巖層較為破碎,有較大的裂隙、裂縫存在其中；大壩心墻基座以外出現裂隙涌水現象說明這些裂隙、裂縫發育、貫通且延伸較遠。

灌漿施工過程中出現的漿液串孔、地表冒漿、漿液與開挖后的涌水通道相連及灌注時出現的壓力突然降低,流量增大；以及灌注同一孔段長時間無法達到結束標準進而采取的間歇、待凝、復灌等措施說明,這些孔段所表現出異常情況均說明大壩巖層中存有較大的裂隙、裂縫,且這些裂隙、裂縫發育、貫通且延伸。

綜上所述,通過分析試驗區灌漿資料證明大壩基礎部分巖層較破碎、裂隙密集、節理發育,存在較寬的裂隙。灌漿過程中的串冒漿現象證明這些裂隙貫通且延伸較遠,地質原因造成本工程水泥灌注量偏大。

在進行帷幕灌漿先導孔及一序孔施工的時候串漏情況比較普遍。在灌注W-75-Ⅰ-4#孔時,出現鉆孔無返水（52.7 m～57.7 m）長時間灌漿無法結束,經指示進行低壓、限流、待凝、復灌,經多次待凝才使得正常灌漿結束。多數灌漿孔灌漿時出現上、下游巖石出現多處冒漿、串漿。串漿、冒漿點離灌漿處基本在2 m～3 m 的距離。立即采用濃漿、限流、低壓進行灌注后冒、漏漿不再冒漿。逐步升壓達到設計壓力正常灌漿至結束[1-2]。

其余多數灌漿孔在灌漿時出現串漿,被串孔立即停鉆,將被串孔用阻塞器進行封堵,直到達到設計壓力和結束標準灌漿,灌漿結束。待凝后將被串孔阻塞器拔出,掃孔至設計深度后進行正常壓水、灌漿。上游巖石出現兩處冒漿,采用濃漿、限流、低壓進行灌注后冒、漏漿不再冒漿。逐步升壓達到設計壓力正常灌漿至結束。

5.2 試驗效果分析

現場試驗工作選擇在大壩心墻基座設計灌漿軸線上進行,通過最終試驗效果分析及灌漿質量檢查情況說明,本次灌漿試驗工作也取得了相當好的成效,試驗的預期目的已達到。通過試驗結果分析論證,得到以下幾點結論。

（1）根據檢查孔壓水、取芯證明其孔距是合理的,能夠滿足本工程的防滲特點,建議帷幕灌漿孔距為1.5 m。

（2）施工參數。段長：第一段2 m；第二段以下均為5 m。所設置的帷幕灌漿壓力能滿足本工程需求,該壓力控制是合理的。

（3）施工工藝。各次序孔砼與巖石接觸面首段2 m 段,在接觸段應先灌并下入孔口套管待凝不少于36 小時。帷幕采用“自上而下灌漿法”試驗施工,其工藝方法在本工程地質情況下較為明顯,“自上而下灌漿法”灌漿效果及工程質量通過分析檢驗,均能夠滿足設計標準,本工程建議采用“自上而下灌漿法”。

（4）帷幕灌漿孔深按透水率控制,帷幕深度伸入10 Lu以下5 m。以各單元先導孔壓水試驗確定帷幕底線。

6 結論及建議

6.1 結論

庫斯托汗水源工程水庫樞紐大壩壩基采用防滲帷幕灌漿,帷幕灌漿布置山體防滲軸線及心墻混凝土基座中部。為了論證試驗采用的灌漿方法在技術上的可行性,施工效果的可靠性,經濟上的合理性,選擇在3#壩段進行,樁號范圍為：2+221.5～2+250.0 進行灌漿試驗。通過對帷幕灌漿75 單元灌漿透水率、單位注灰量、檢查孔壓水成果,本次帷幕灌漿試驗效果明顯,滿足了設計標準,達到了灌漿試驗預期目的。帷幕灌漿孔距1.5 m,段長第一段2 m,第二段以下均為5 m,采用“自上而下灌漿法”的灌漿技術參數符合該地質條件。后續大面積帷幕灌漿完全可以參照本試驗方案相關技術參數進行施工作業,可滿足灌漿質量要求。

6.2 建議

（1）生產性灌漿試驗屬局部生產施工,雖選擇在具有較強代表性的區域進行,但試驗獲取的數據也只能代表多數,并不具有絕對的指導性,對于在后期灌漿施工過程中出現的因地質缺陷造成的各種特殊情況時,還應針對具體情況,制定更為科學的處理措施。

（2）大壩基礎地質主要由熔結凝灰巖間夾粉質土層、砂巖構成,灌漿過程中,在巖層變化的地段易產生大的灌入量,建議于特大漏量的孔段,采取限量灌漿法,一般每段注入水泥量達5 t～10 t 后仍無法達到結束標準時,可間隙灌漿,待孔內漿液初凝后,再進行掃孔復灌。