新疆卡拉贝利水利枢纽工程大坝趾板基础帷幕灌浆施工技术应用分析

王 平

（新疆维吾尔自治区水利水电工程建设监理中心，新疆 乌鲁木齐 830000）

水利工程建设中，趾板基础帷幕灌浆施工是至关重要的一项施工技术，基于工程大坝抗滑稳定系数要求而提出。混凝土面板堆石坝体的抗滑稳定系数一般高于混凝土坝体，基础帷幕主要是防止大坝因发生集中渗漏而导致结构破坏问题，可通过提升灌浆压力改善大坝防渗能力和使用寿命。

1 卡拉贝利大坝地质环境

卡拉贝利大坝工程趾板基础帷幕设计为单排帷幕，孔距2.0 m，孔深15.0 m，共46个帷幕单元。大坝趾板所处地质环境较为复杂，其左岸趾板位于轴线上游，趾板斜切高陡边坡，地形起伏大，岸坡陡立，岸坡坡度70°，地面高程1700 m～1776 m。大坝坡脚堆积有少量第四系全新统坡积碎石,厚3 m左右，大部分基岩裸露。基岩岩性为N2砂岩、砂砾岩夹薄层泥岩互层,岩层倾向岸坡外，岩体表面破碎，基岩强风化层厚3 m～5 m，弱风化层厚8 m～12 m，岩体较完整，无顺河向断层发育。在趾板线高程1760 m～1780 m段分布有危岩体，岸坡坡度大于岩层倾角，形成不稳定岸坡。右岸趾板沿线各阶地地形起伏较小，阶地前缘岸坡坡度范围主要在30°～40°，阶地面地势平缓，地表覆盖第四系上更新统冲积砂卵砾石，岩体破碎且强度较低。

另外，趾板处现代河床宽272 m，表层为冲积砂卵砾石层，厚3 m～7 m，天然状态平均湿密度度2.25 g/m3，干密度2.19 g/m3，含水率2.6%，饱和内摩擦角36°，渗透系数K＝23.94 m/d，为强透水层；下层基岩为N2砂岩、砾岩夹薄层泥岩互层，强风化层厚3 m～5 m，岩体破碎且岩体强度较低，弱风化层厚8 m～12 m，泥岩具有遇水软化、失水崩解，抗风化能力差等问题。岩体透水率小于3 Lu的界限在基岩面以下15 m～18 m，属弱透水性，岩体中断层、裂隙不发育。河水、地下水对混凝土具有硫酸盐中等腐蚀性。

2 大坝趾板基础帷幕灌浆施工过程分析

在新疆卡拉贝利水利枢纽的大坝趾板基础帷幕灌浆施工中，为了方便施工管理工作，结合灌浆孔位置及操作顺序，将9～10个灌浆孔划分为一个单元，共计46个单元。在单元划分的基础上对每一个灌浆孔进行了编号，每个灌浆孔的编号代表灌浆孔所属的单元和位置，同时包含了灌浆类型信息。

大坝趾板基础帷幕灌浆施工过程分为几个步骤：①灌浆施工的材料及机具准备。灌浆材料选用抗硫硅酸盐水泥，其比表面积达到了326 m2/kg,符合国际标准要求。灌浆浆液搅拌机具选用ZJ-400L型号的搅拌机，灌浆泵选用3SNS型号。注意将搅拌转速控制在≥1200 r/min，搅拌时间控制在120 s内；②灌浆施工方式。帷幕灌浆以单排帷幕纯水泥浆液进行灌注，如孔压水透率大于3 Lu的单元，需应用丙烯酸进行加密补强，补强位置，泥浆液孔位，而纯水泥浆液的灌注采用自上而下孔口阻塞循环式灌浆，射浆管距孔底不大于0.5 m。丙烯酸溶液采用自上而下分段孔口阻塞纯压式灌浆，检查孔待全孔压水试验结束后全孔一次灌浆、封孔；③浆液浓度需根据不同笔记的要求结合灌注速率和灌注时间进行调节，如：灌注总量达到300 L以上或持续灌浆时间达到30 min以上时，通常采用该浓度的一级水灰比，灌注速率大于30 L/min时，可考虑越级变浓；④结束灌浆与封孔操作。纯水泥浆液注入率≤1 L/min时，灌注30 min即可。丙烯酸溶液注入率＜0.05 L/（min·m）即可。封孔方法选用置换压力灌浆封孔法进行封孔，持续时间≥60 min，待凝固后利用干硬性水泥砂浆封孔。施工中临时搭建了四个集中制浆站，两两居于左右趾板周边平缓地域，集中制浆站中配有高速制浆机，生产的浆液泵送至作业面附近的泵站再经由二次调配制得灌浆所需要的浆液。为了满足灌浆施工的用水需求，施工中分别在左右岸趾板处建立了一个浆砌石储水池，由上游围堰前抽取克孜河河水分别供应浆液配制及灌浆施工用水。在基础帷幕灌浆施工中，由于需要使用多种不同规格的作业设备，故原有的供电网络难以满足实际施工的供电需求，施工人员也在原有的变压器结构上加装了总配电柜同时在各个施工位置安装了下级小电柜以实现对供电工作的优化[1]。施工采用程控电话与手机结合的通信体系，确保了信息的顺畅传达同时引入了灌浆自动记录系统，对二参数小循环的灌浆作业过程进行了监控与记录，施工所用的施工设备见表1。

表1 工程主要设备

当趾板混凝土结构强度性能满足设计需求之时，立即埋设抬动观测设备。在帷幕灌浆施工中每个试验区设置一个抬动观测孔，抬动观测孔孔深入基岩15 m。施工时采用钻头入岩15 m造孔，下内管在内管外侧由人工投水泥球镶筑在基岩内，镶筑高度50 cm，待凝24小时后在其上投石膏黏土球，作为密封和缓冲层[2]。安装外管时，要插入石膏黏土层20 cm，内外管居中安装，外管外侧灌注水泥浆封闭，内外管顶部间隙采用棉花团轻轻塞实，防止杂物进入，终凝后在内管上安装抬动千分表，待安装完毕后对设备状态进行考察，抬动观察的精度。

新疆卡拉贝利水利枢纽趾板基础帷幕灌浆施工采用了单排帷幕纯水泥浆液灌注工艺，孔深需确保终孔透水率小于3 Lu线以下5 m，最大孔深不超过30 m；对于灌浆后检查孔压水透水率大于3 Lu的单元，还应使用丙烯酸溶液在纯水泥浆液孔位之间加密补强，孔深与纯水泥浆液孔深相等。在前期的钻孔作业中，根据不同的开孔类型合理选择钻孔工艺，施工中先导孔及检查孔采用回转式地质钻机造孔，金刚石及合金钻头钻进的方法施工，双管钻具取芯，其余帷幕灌浆孔则使用的是回转式地质钻机造孔。钻孔时，对混凝土厚度、掉钻、掉块、涌水、漏水等情况进行详细记录，可为后期的施工提供参考[3]。若钻孔时出现塌孔、集中漏水等问题，应立即停钻，查明原因经处理后再继续钻孔作业，同时进行先导孔、检查孔岩芯编录，计算岩芯采取率，并仔细观察岩粉颗粒中有无水泥结石，以便逐序反映灌浆质量和效果。钻孔结束后，进行钻孔冲洗，避免其中的石屑等杂物影响后期的灌浆质量，在冲洗结束后还需对先导孔及检查孔进行压水实验，保障趾板结构不会出现抬动问题。

在灌浆施工前，结合不同趾板地质条件对浆液配比进行调节，浆液配制工作与实际灌浆合理配合，避免浆液配制后的长时间储存，确保在浆液配制结束6 h之内将其使用于灌浆作业。在灌浆，控制浆液的温度在5℃～40℃范围之内，并及时反馈灌浆时浆液的流动及分散状态，便于浆液配制人员进行减水剂添加量的调节。采用单排帷幕纯水泥浆液灌注进行帷幕灌浆，当单元检查孔压水透水率大于3 Lu时，使用丙烯酸在纯水泥浆液孔位之间加密补强，纯水泥浆液采用自上而下孔口阻塞循环式灌浆，射浆管距孔底不大于0.5 m[4]，丙烯酸溶液采用自上而下分段孔口阻塞纯压式灌浆。待检查孔全孔压水试验结束后，全孔一次灌浆、封孔，帷幕灌浆孔灌浆段长划分及使用压力见表2、3。

表2 帷幕灌浆分段及灌浆压力参数

表3 丙烯酸溶液灌浆孔分段及灌浆压力参数

在进行灌浆之前，预设水灰比为5、3、1、0.8、0.5，当灌浆时，若压力和注入率未随着灌浆的进行出现显著改变，应及时选用上一级水灰比以增加浆液浓度。在使用丙烯酸溶液进行强化灌浆时不需对其浓度进行改变，只需结合整体灌浆效果尽心灌浆量的调节。当灌浆时出现漏浆问题时，应及时加以封堵，若不能准确找出漏浆位置或漏浆位置难以进行后期修补时，应适当降低灌浆压力并采用间歇式灌浆操作来减少浆液的渗漏。

3 施工技术应用分析

水利工程施工从钻孔、灌浆到帷幕施工，均采用不同类型钻孔技术、灌浆施工方法。以灌浆施工为例，孔口阻塞纯压式灌浆是将灌浆孔的孔口进行封闭，依靠压力作用进行灌浆施工的方法，主要特点是灌浆作用力集中、操作力度大。另外，循环式灌浆操作方法的突出优势在于保证灌浆操作的连续性，有利于灌浆操作效率的提升。经过对工程质量进行自评、检查和核对，进行施工质量的检验，确定基础帷幕灌浆施工满足新疆卡拉贝利水利枢纽工程的技术和质量要求。

4 结语

新疆卡拉贝利水利枢纽的大坝趾板基础帷幕灌浆施工，需优化施工工艺，提升大坝趾板的防渗能力及使用寿命。根据卡拉贝利大坝工程地质环境条件，设计趾板基础帷幕采用单排帷幕，其施工过程依次为灌浆施工的材料及机具准备，确定灌浆施工方式，调节灌注速率和灌注时间，结束灌浆与封孔操作，强调灌浆时出现的漏浆等突发问题的解决措施，顺利地完成大坝趾板基础帷幕灌浆施工，且满足新疆卡拉贝利水利枢纽工程的技术和质量要求。