液压铣削水泥土防渗墙在希尼尔水库除险加固中的应用

卢康林

(新疆昌吉方汇水电设计有限公司, 新疆 昌吉 831100)

1 概 述

希尼尔水库位于巴音郭楞蒙古自治州孔雀河流域的尉犁县境内，始建于2000年，是一座以灌溉为主的注入式反调节平原水库。工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别4级[1]。经过近20年的运行，主坝段、西副坝段防渗体下部基岩存在渗漏问题。经有关部门鉴定为三类坝，对该水库进行除险加固十分必要，需进行坝体加固、坝基防渗处理、坝后排水工程、放水涵洞改造工程建设。本文针对坝基防渗问题，通过现场试验比较分析采用液压铣削水泥土防渗墙与帷幕灌浆防渗效果，对地基防渗提出新方法、新技术。

2 防渗线工程地质评价

2.1 主 坝

主坝段防渗线主要处于自然洼地内，地基上部为第四系冲洪积中粗砂夹砂砾石及局部低液限粉土，层厚在1.3～4.2 m之间，渗透系数2.5×10-3～3.3×10-4cm/s，具有中等透水性；下伏地层岩性为新近系砂岩、泥岩，互层状，据钻孔压水试验，自基岩面9.2～16.2 m以上岩体透水率多数大于5.0 Lu，在5.4～46.6 Lu之间，个别为96.88 Lu；9.2～16.2 m以下岩体透水率多在0.17～4.8 Lu之间，渗透性较弱。

2.2 西副坝

根据勘探揭露[2]，西副坝地层岩性上部岩性为第四系冲洪积中粗砂，层厚1.0～4.0 m，为中强透水层；下伏地层岩性以新近系砂岩为主夹泥岩(局部夹薄层砾岩透镜体)，强风化层厚5～8.0 m，其中砂岩呈灰白色(局部为砂岩岩壳，较硬)，胶结与成岩差，易风化，遇水后结构疏松呈散体状，强度较低。根据钻孔压水试验，自基岩面13.3～15.1 m以上砂岩透水率一般大于5 Lu，最大为27.8 Lu，具有中强透水性，13.3～15.1 m以下基岩透水率多数小于5 Lu，透水性较弱。

3 试验方法

3.1 帷幕灌浆试验

坝基防渗试验段位于桩号2+436～2+466段前坝坡脚上游50 m处水库库盘内，帷幕灌浆试验段长30 m。灌浆孔深14.4 m，主帷幕灌浆孔数24孔，副帷幕灌浆孔数25孔。主帷幕孔距1.5 m，副帷幕孔距1.5 m，主副帷幕孔间距1.5 m。

3.2 液压铣削搅拌水泥土防渗墙试验

由于本工程地基多为风化岩，成墙方式选择往复式双孔全套打复搅式施工。试验段灌浆材料采用普通硅酸盐水泥，水泥强度为42.5R，注浆水灰比1∶1。

试验段防渗墙厚0.7 m，幅长2.8 m，搭接0.15 m，成墙垂直度偏差不大于1/300，防渗渗墙28 d无侧限抗压强度不小于1.0 MPa，渗透系数不大于1×10-6cm/s，渗透破坏比降不小于60。考虑到希尼尔坝基中有泥岩分布，破碎后将混掺到胶凝材料中，影响水泥土防渗墙的性能。本次试验选取13%、15%和18%共3种水泥掺量成墙试验。见表1。

表1 液压铣削搅拌水泥土防渗墙试验施工参数表

采用岩芯钻机在试验墙体中心部位钻取注水试验孔，孔径φ75 mm，采用降水头注水试验方式进行检查，试验深度13 m，并对在现场制作的水泥土试件进行7和14天的抗压强度检测。

4 试验结果分析

4.1 帷幕灌浆注灰量及防渗分析

根据现场调查，在灌浆过程中普遍存在“吃水不吃浆”现象，即压水试验岩层透水率很大，但灌浆量很小。主帷幕单位注灰量为43.11～385.43 kg，其中单位注灰量在50～100 kg的灌浆段为40.6%，单位注灰量小于50 kg的灌浆段为40.6%；副帷幕单位注灰量为22.69～769.54 kg，其中单位注灰量在50～100 kg的灌浆段为17.9%，单位注灰量小于50 kg的灌浆段为47%。见图1。

图1 帷幕灌浆试验段检查孔岩芯取样

根据该试验段钻孔压水试验及取样岩芯分析，试验段岩层透水率灌浆前后变化不大，岩芯内水泥浆液量分布较少，部分岩芯无水泥浆液扩散痕迹，灌浆影响范围较小，两检查孔的透水率远大于设计中5 Lu的防渗标准，帷幕灌浆在该试验区灌浆效果不明显，因此说明该地层不合适帷幕灌浆防渗处理。

4.2 液压铣削搅拌水泥土防渗墙强度及防渗性分析

表2为水泥土试件抗压强度及渗透系数试验结果[3]，表3为墙体芯样抗压强度及渗透系数试验结果。

表2 水泥土试件注水试验及抗压强度结果统计表

由表2可知，水泥土试件7天抗压强度最大的为15%掺量，平均值为1.64 MPa，其次为18%掺量，平均值为1.35 MPa；最小为13%掺量，其值为1.25 MPa。14天抗压强度最大的为18%掺量，平均值为1.97 MPa；其次为15%掺量，平均值为1.82 MPa；最小为13%掺量，其值为1.65 MPa。试件渗透系数最小的为18%掺量，平均值为7.42×10-7cm/s；其次是15%掺量，平均值为1.05×10-6cm/s；最大的为13%掺量，其值为3.64×10-6cm/s。可见，试件抗压强度和抗渗性能均随着水泥掺量的增加而增加。

表3 墙体芯样抗压强度及渗透系数试验统计表

由表3可知，25天芯样的抗压强度最大的为18%掺量，平均值为4.15 MPa；其次为15%掺量，平均值为3.63 MPa；最小的为13%掺量，平均值为2.10 MPa。渗透系数最小的为18%掺量，平均值为4.32×10-7cm/s；其次是15%掺量，平均值为7.47×10-7cm/s；最大的为13%掺量，其值为1.65×10-6cm/s。

从墙体芯样抗压强度及渗透系数试验数据可以看出，随着水泥掺量的增加，墙体抗压强度和渗透系数逐步提升，与试件试验相符。在水泥参量为15%和18%的情况下，墙体渗透系数均小于1×10-6cm/s； 25 d抗压强度指标均大于28 d无侧限抗压强度不小于1.0 MPa设计指标要求。见图2。

图2 各水泥参量墙体芯样取样图

由图2可知，墙体上部8 m以上岩芯完整率、水泥土均匀性均较好，8 m以下岩芯完整性、水泥土均匀性稍差。

5 结 论

1) 与帷幕灌浆法相比，液压铣削搅拌钻及施工工艺更适合本工程地质条件，能保证施工质量，加快施工进度。

2) 随着水泥掺量的增加，试件和芯样的抗压强度和抗渗性均提升。在抗压强度和抗渗性均合格的情况下，综合考虑坝基防渗体耐久性和工程投资，本次基础防渗液压铣削搅拌水泥土防渗墙水泥掺量为15%。

3) 液压铣削搅拌水泥土防渗墙设计施工参数为：注浆水灰比为1∶1纯水泥浆液，水泥掺量15%，分两序施工，墙与墙之间搭接20 cm，铣削下沉为风水联动下沉，考虑地层8 m以下大部为泥岩，其铣削破碎、与水泥浆搅拌均匀性较砂岩较差，建议注浆施工时，注浆提升至8 m位置时，向下注浆复搅至墙底后，延续30 s左右对墙底至8 m范围，复搅提升一次，8 m以上墙体注浆提升一次即可，注浆提升速度控在0.3～0.5 m/min。