努尔加水库大坝基础防渗灌浆参数设计及施工分析

陈 刚

(新疆昌吉市三屯河流域管理处，新疆 昌吉 831100)

拦河大坝是水库工程的核心建筑物，其设计工程包括坝基、混凝土基座、防渗墙、护坡、坝顶公路等多个结构，且对整体的安全稳定性、防渗性等要求很高，坝基是这一切的基础，因此对坝基防渗而采取的灌浆设计和施工要点是一项及其重要且复杂的工作。

1 工程概况

努尔加水库位于昌吉市境内三屯河上，总库容6 844万 m3，工程规模为中型，等别属Ⅲ等。拦河大坝为碾压式沥青混凝土心墙坝，总长486.7 m，坝高超过70 m。工程位于强震区(烈度Ⅷ度)，故建筑物级别提高一级，为2级建筑物，洪水标准不变。经地质勘测：坝基岩体属弱透水岩体，为保证承载力和防渗性，专家组决定对大坝左坝肩、河床段和右坝肩段进行固结和帷幕灌浆，按照透水率q≤5Lu控制设计。

2 灌浆参数设计分析

2.1 基础开挖

努尔加水库所在位置河床宽220 m，在河床左侧陡崖下普遍分布有宽30 m、厚5～8 m含土砂砾石。在桩号0+240范围发育一条河床深槽，宽约60 m，最大深度为12 m，上部为2.5 m河床覆盖层，河谷基岩面平整，覆盖岩性主要为含漂石砂卵砾石，下部基岩为砂砾岩。

本项目心墙基座基础开挖深度较大，因此设计挖掘机开挖分两层进行，每层台阶高度为3～5 m。

2.2 固结灌浆参数设计

2.2.1 灌浆分区设计

本项目坝基固结灌浆防渗处理深度按5 Lu及水头的1/3深度控制，根据基岩位置、裂隙、渗透性的不同，共分为以下3个灌浆区：

(1)左岸基岩，其透水率q=0.2～3.38 Lu，渗透系数2.08～2.77×10-4cm/s，该段岩石属弱透水，设计灌浆深度10～15 m；

(2)河床坝基，岩石属弱透水，q<5 Lu下限位于基岩面以下5～15 m，设计灌浆深度20～25 m[1]；

(3)右岸基岩，在基面以下11～15 m深度，透水率q<5 Lu，设计灌浆深度20～25 m。

2.2.2 灌浆孔设计

(1)左岸岩基渗透率最低，且深度小，因此设计单排灌浆孔即可，采用矩形布置，间距设计为3.0 m；

(2)河床坝基受水力作用最明显，且对坝体稳定性影响最大，所以设计5排灌浆孔，采用矩形布置，行间距均设计为3.0 m；

(3)右岸基岩总情况适中，设计3排灌浆孔，采用矩形布置，行间距均设计为3.0 m。

2.2.3 浆液材料设计

(1)水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥，水泥要求出厂日期不超过3个月，且无受潮、结块问题。细度要求通过80 μm方筛余量不得超过5%[2]；

(2)浆液外加剂有3类，速凝剂选用水玻璃、氯化钙、硫酸钠等均可；减水剂选用萘系类、聚羧酸类均可；稳定剂选用膨润土，具体掺入量可通过现场试验确定。

2.3 帷幕灌浆参数设计

2.3.1 灌浆孔距设计

帷幕灌浆孔距D与浆液扩散半径R有直接关系，具体计算公式见(1)(2)[3]。计算得R=1.05 m，取值1.0 m，D=1.73 m，取值1.5 m。

(1)

D=2R·cos30°

(2)

式中：K为土体渗透系数；t为灌浆持续时间，h；u1/u2为水与浆液粘滞系数，取0.15；H为注浆最大水压力；r为输浆管半径，10 mm；n为土体孔隙率，20%。

2.3.2 不同部位帷幕灌浆设计

(1)右岸帷幕设计

本项目右岸坝基6～26 m深度范围内的含土砂卵砾石采用混凝土防渗墙处理，因此设计在墙下设单排帷幕灌浆即可[4]，灌浆深度12～20 m。

(2)坝肩帷幕设计

左坝肩在溢洪洞开挖后形成坝顶平台，设计直接在平台进行帷幕灌浆，灌至溢洪洞右边墙，灌浆长度约19 m，深度10～15 m，单排帷幕；右坝肩在地面高程处帷幕灌浆，帷幕中心线与心墙轴线重合，灌浆长度约16.5 m，深8～10 m，单排帷幕。

(3)坝基帷幕设计

本项目在坝体中心设计沥青混凝土心墙，因此坝基位置帷幕设计在防渗墙底部，灌浆长度423.4 m，深15～29 m，单排帷幕。

3 灌浆施工要点分析

3.1 固结灌浆施工要点分析

根据设计要求，在沥青心墙基础范围内进行铺盖式固结灌浆，共2排，排距为2.0 m，孔距3 m，呈矩形布置，深度为5 m，灌浆防渗标准为透水率q≤5 Lu，具体施工要点如下：

(1)本项目设计采用XY-2型地质钻机进行钻孔，孔径为91 mm。当每一孔段钻孔完毕后，待监理、业主一同验收合格后再进行后续钻孔及裂隙冲洗，要求孔内残留物厚度不得大于20 cm，裂隙冲洗至回水澄清后10 min结束[5]；

(2)抽取有代表性钻孔进行“单点法”压水试验，要求抽取率不低于10%，试验压力设计为灌浆压力的80%，要求吸水量最大值与最小值之差小于10%；

(3)本项目固结灌浆孔按照“先下游、后上游”原则进行施工，为防止塌孔和相互干扰，在每一排上分三序进行，先Ⅰ序，中Ⅱ序，后Ⅲ序(见图1所示)。

图1 固结灌浆孔序施工示意图

(5)灌浆注入率与压力有着直接关系，本项目共设计4级压力，具体试验详情见表1所示。在达到设计压力情况下，单位吸浆量不大于0.4 L∕min时，再延续30 min即结束灌浆。

表1 灌浆注入率与压力关系参考值

3.2 帷幕灌浆施工要点分析

本项目设计在混凝土防渗墙施工完成后，利用墙体中预埋钢管的孔位上进行。因此孔洞位置、顺直通畅度、深度等参数必须保证，在此不再详述。本项目帷幕灌浆施工要点如下：

(1)本项目设计采用XY—2型钻机钻孔、YJ—340搅拌机制浆、YZ—180M型泥浆泵纯压式灌浆，水囊止浆塞止浆，成都西易自动记录仪测定灌浆压力和灌浆量[7]；

(2)帷幕灌浆设计分三序孔施工(见图2)，按“自上而下”分段造孔，其中1序孔作为先导孔先行施工，逐孔段取样，采用单点法压水试验，了解基岩透水率后确定帷幕灌浆入岩深度；

图2 帷幕灌浆孔序施工示意图

(3)采用“纯压式”进行灌浆，混凝土和基岩接触部位先进行单独灌浆并待凝，接触段长度为2m，以下每段长度为5m，帷幕灌浆孔底段必须伸过设计帷幕线；

(5)当某一孔段在达到设计压力的情况下，单位吸浆量不大于0.4 L/min时，再延续60 min，或单位吸浆量不大于1 L/min时，再延续90 min，即结束灌浆；

(6)在每个灌浆孔全孔灌浆结束后，采用“分段压力灌浆封孔法”对灌浆孔进行封孔，封孔压力采用该孔段的灌浆压力。

本项目固结灌浆和帷幕灌浆质量检查以分析检查孔压水试验成果为主，结合钻孔取芯资料、施工记录、成果资料等综合评定。在各单元工程灌浆全部结束14 d后，进行检查孔施工。检查孔压水试验结果见表2所示。

表2 固结、帷幕灌浆检查孔压水试验成果表

4 结语

努尔加水库基础通过采取固结灌浆和帷幕灌浆手段，保证了透水率q≤5 Lu，为后续坝体施工提供了良好基础。灌浆技术对设计和施工提出了很高要求，而且由于地质条件差异，其设计和施工参数也会存在很大差别，且需要在施工过程中进行实时调整，因此不可照搬其他工程经验。