Tendaho火山岩地层防渗帷幕灌浆效果分析

周志建

（江西省水利水电建设有限公司，江西 南昌 330025）

1 概述

1.1 工程概况

Tendaho大坝位于亚的斯亚贝巴以东575 km的埃塞俄比亚大峡谷的中部，座落于AWASH河中下游的AFAR区，距NOKIA镇5 km。大坝为粘土心墙坝，坝顶长 412.00 m，坝顶宽 10.00 m，最大坝高 53.00 m，坝顶高程413.50 m；坝址处控制集雨面积 17 000 hm2，正常蓄水位 408.00 m，设计洪水位 410.40 m，水库总库容 18.6亿m3。该水库是一座以灌溉为主，兼有防洪等综合效益的大型水库。工程主要建筑物有大坝、溢洪道、灌溉涵管等。

大坝于2005年冬动工修建，2007年4月20日成功截流，2008年7月6日完成填筑。2008年8月28日导流洞封堵，大坝开始蓄水。蓄水期间，水位由高程396.00 m 提高至405.00 m，上升 9.00 m，接近设计洪水位，维持整个雨季，大坝左右岸出现不同程度的渗漏。因此，Tendaho大坝项目的技术专家组提出对大坝左右山体和左右岸坝肩采用帷幕灌浆处理。

Tendaho后续灌浆工程开始于2010年12月，并于2012年8月完成。设计工程量为钻孔2 842 m，帷幕灌浆17 900 m，压水试验456段。工程实际完成钻孔25 407.04 m，帷幕灌浆20 596 m，压水试验516段。

1.2 水文地质条件

本区域内降雨稀少，日照时间长，气温高。主要降雨期为7～9月份，以阵雨为主。施工期间，基本不受雨季的影响。

1.3 工程地质条件

区域内为火山岩，地层呈水平状，软、硬岩层相互交替，自上而下分别为隐晶玄武岩、结块(烧结体)、隐晶玄武岩、凝灰岩、玄武岩等。

2 帷幕灌浆设计

本文选择有代表性的大坝右岸山体帷幕灌浆在设计、施工、质量检查等方面的内容作归纳和总结。

帷幕灌浆按3排设置，孔距3 m，排距0.75 m，总孔数为150孔，帷幕灌浆孔孔深在6～48 m之间。第一排为垂直50孔，两序施工；第二排为15°倾斜50孔，两序施工。在第一排和第二排之间插入第三排孔，其为15°倾斜50孔，一序施工。

先导孔从第二排一序第四个孔开始，每隔21 m设置一个，共7个先导孔。其孔深要超过帷幕设计孔深6 m。

检查孔按帷幕孔数不低于10%，并按设计要求设置，共16个检查孔。第一排垂直孔和第二排倾斜15°孔钻灌结束之后，监理要求第一排和第二排之间（即第三排）实施第一次检查孔施工，数量为7个（检查孔01～07），间隔为21 m，第三排的第07孔为检查孔01。在完成检查孔01～07的施工后，实施第三排倾斜15°孔钻灌施工，钻灌结束之后，在第三排轴线上实施第二次检查孔施工，数量为 9个（检查孔 08～16），间隔为 18 m，第一排二序01号孔与第三排轴线正交的位置为检查孔08(孔位布置如图1所示)。

帷幕灌浆防渗标准：透水率不大于5 Lu，各段合格率应不小于90%，不合格试段的透水率不大于7.5 Lu，且不集中，即认为灌浆质量合格。

图1 大坝右岸山体帷幕灌浆孔位布置

3 帷幕灌浆施工

3.1 帷幕灌浆施工工艺流程（图2）

图2 帷幕灌浆施工工艺流程

3.2 帷幕灌浆施工

3.2.1 灌浆孔孔位测量方法

按照设计灌浆孔孔位布置要求，对所有的灌浆孔进行编号，然后使用全站仪测量确定所有灌浆孔的位置，并使用红色油漆进行灌浆孔位置的标识与现场编号。

3.2.2 钻孔

采用油压回转式钻机和金刚石钻头钻孔，孔位偏差不大于20 cm，孔斜率小于2%，孔径130～75 mm，钻孔孔深不小于设计孔深；钻孔达设计孔深后，用清水冲洗钻孔，使其孔内沉积物厚度不超过20 cm。

3.2.3 裂隙冲洗

帷幕灌浆孔在灌浆前采用压力水进行裂隙冲洗，直至回水清净时止。冲洗压力为灌浆压力的80%，且不大于1 MPa。

3.2.4 灌浆

灌浆材料为标号42.5 MPa的普通硅酸盐水泥，灌浆均采用自上而下分段灌浆，其水灰比由稀至浓逐级变换，采用3∶1、2∶1、1.5∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1等比级，灌浆压力控制情况见表1和表2。灌浆压力控制原则如下：

（1）如果灌浆段注入量在35～60 L/min和压力在0～1/3最大压力10～15 min保持不变，建议调整到更浓的浆液，采用逐级变浓的原则。如果在短时间内观察到压力增大，回浆管有回浆，维持同样的配合比注入。

表1 灌浆压力控制原则

表2 灌浆压力表最大压力控制原则

（2）如果灌浆段注入量在34～25 L/min时，压力控制在2/3最大压力。

（3）如果灌浆段注入量在25 L/min以下时，压力控制为灌浆段最大压力，注入时间如果超过25～30 min表示此灌浆段灌浆未结束，待干24 h后，重复灌浆直至达到灌浆结束标准方可进行下一阶段灌浆作业。

（4）最大注入量不能超过0压力下60 L/m。

（5）为了避免地缝表面漏浆、水力压裂和非常大的注入量，可采取灌砂浆、降低灌浆压力、使用灌浆添加剂、间歇灌浆等，这取决于遇到的地质条件。

3.2.5 浆液变换原则

当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不改变水灰比；当某级浆液注入量已达330 L以上，或灌浆时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，则改浓一级水灰比；当注入率大于30 L/min，在无串浆、漏浆情况下，压力没有升高、流量没有减小或灌浆单耗超过400 kg/m时，可越级变浓；如果在注浆过程中压力开始上升，浆液不应进一步变浓，注浆应以使用的浆液持续到压力接近该阶段的最大值，然后浆液逐步变稀。

3.2.6 灌浆结束标准

在规定压力下，10 min时段内其吸收量少于20 L，即可认为该阶段已经完成。

3.2.7 检查孔压水试验成果

第一排和第二排钻灌结束之后，在两排中间布置（01～07）7个检查孔，进行压水试验，其试验成果统计详见表3。

第三排钻灌结束之后，在第三排轴线上进行9个检查孔（08～16）的压水试验，其试验成果详见表4。

从表3可以看出，第一排和第二排帷幕孔钻灌结束后，进行的第一次检查孔压水结果显示仍有透水率大于7.5 Lu的灌浆段，存在一定的可灌性。

从表4可以看出，在增加了第三排灌浆孔钻灌结束后，第二次检查孔压水结果显示各孔段压水透水率均小于5 Lu，满足设计透水率要求。

4 防渗帷幕灌浆效果综合分析

依据Tendaho大坝灌浆项目已完成的帷幕灌浆和检查孔压水试验成果资料，经统计和归纳，作出了如下分析：

4.1 单位注入量与孔序之间的关系分析

表3 01～07检查孔压水试验成果

表4 08～16检查孔压水试验成果

依据灌浆资料统计分析，其单位注入量与孔序关系分析详见图3及表5。

图3 右岸山体各排孔序单位注入量直方图

由图3及表5可以看出，3排防渗灌浆段随着孔序的不断加密，单位注入量呈现出逐序减小的变化趋势，符合一般灌浆规律，说明一序孔的可灌性较强，通过一序孔的灌浆二序孔的可灌性明显减弱，灌浆效果明显。

表5 单位注入量与孔排序关系

4.2 灌前灌后地层渗透性的比较

检查孔压水试验透水率与先导孔压水试验透水率的比较分析见表6。

由表6可以看出，灌浆前代表原始地层的先导孔透水率小于5.0 Lu的段数累计频率为4.3%，而灌后检查孔透水率小于5.0 Lu区间内的段数累计频率为100%，经灌浆后地层的渗透性显著降低。代表原始地层的先导孔灌前透水率较大，存在裂隙及不稳定层等漏水通道，经过灌浆处理之后，检查孔压水试验成果透水率均小于5.0 Lu，表明灌浆效果明显。

5 防渗帷幕灌浆评价

（1）通过对右岸山体帷幕灌浆资料进行整编分析，其单位灌入量都呈现出随孔序的增加而明显递减的变化趋势，符合一般灌浆规律，说明帷幕灌浆效果明显。

表6 检查孔与先导孔压水透水率的比较分析

（2）16个检查孔共134段的压水试验结果表明，灌浆效果随着帷幕灌浆孔排的增加，透水率从灌前的45.34 Lu 降到 6.38 Lu，再降到 2.93 Lu，最终结果均小于 5.0 Lu，满足设计要求。

（3）检查孔岩芯描述，水泥浆充满岩石裂隙，结石明显，说明灌浆有效范围较大，帷幕灌浆整体防渗效果好。

通过对右岸山体帷幕灌浆资料整编分析、检查孔的压水试验和岩芯描述表明：帷幕灌浆的灌浆压力、水灰比等参数的选择合理；设计的排距、孔距以及孔的角度符合该地质地层；施工工艺在技术上可行。

［1］SL62-94，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范［S］.

［2］江西省水利水电建设有限公司.埃塞俄比亚Tendaho施工总结报告［R］，2012.8.