库斯托汗水源工程基础防渗处理试验分析

李欣蕾

（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司,新疆 乌鲁木齐 830000）

1 引言

帷幕灌浆是水利工程建设过程中常见的防渗加固措施,帷幕灌浆施工质量对工程最终质量影响较大。为了保证帷幕灌浆施工质量,需要选取科学、合理的施工工艺参数。由于每个工程所在区域的地质情况各不相同,不同工程的防渗加固效果要求也不尽相同,因此,在工程实施前进行帷幕灌浆工程试验是非常必要的。可为后续大面积施工提供基础数据。结合库斯托汗水源工程实际情况,对大坝帷幕灌浆试验进行分析。

2 工程概况

库斯托汗水源工程水库引水渠设计流量为2.6 m3/s,加大流量为3.12 m3/s；水库设计总库容973 万m3；供水管道工程放水流量0.95 m3/s。其工程等别为Ⅳ等,工程规模为小（1）型,主要建筑物为4 级,次要建筑物为5 级,临时建筑物5 级。

库区地形特点三面环山,根据项目区地形条件、地质情况,考虑充分利用下游山体挡水,沿山体高部位选择防渗线,设一道防渗轴线,采用帷幕灌浆+沥青混凝土心墙坝的防渗形式。枢纽由沥青混凝土心墙坝+防渗帷幕灌浆、表孔溢洪道、泄洪渠、放水和放空涵洞等建筑物组成。利用水库东侧2#冲沟的地形布置泄水建筑物和泄洪建筑物。

3 帷幕灌浆设计

帷幕灌浆布置在山体防渗轴线及心墙混凝土基座中部,与沥青混凝土心墙轴线一致,孔距设为1.5 m,帷幕灌浆设1排,防渗标准为深入基岩透水率小于10 Lu 以下5 m 控制,深度为5 m～64 m。帷幕孔钻孔孔向应垂直水平面。具体分段如下：

桩号0+000～3+108 m 段基础为熔结凝灰岩段,透水率q ≥10 Lu 埋深较深,以下透水率q＜10 Lu,具弱透水性,防渗标准为深入基岩透水率小于10 Lu 以下5 m 控制。

桩号3+108～3+214 段基础为熔结凝灰岩段,透水率q ≥10 Lu 埋深较浅,地面以下5 m～13 m 为岩体透水率q＜5 Lu；坝3+686～坝3+845 段以砂砾岩为主,岩体透水率q ≥10 Lu 埋深在基岩面以下5 m 左右,以下岩体透水率q＜5 Lu；以上两段防渗标准为深入基岩透水率小于5 Lu 以下5 m 控制。

4 试验区域选择及地质条件

4.1 试验区的选择

为了论证试验采用的灌浆方法在技术上的可行性,施工效果的可靠性,经济上的合理性,本次帷幕灌浆选择在3#坝段进行,桩号范围为：2+221.5～2+250.0 进行灌浆试验。

根据试验结束后所得的成果进行灌浆工艺与灌浆效果的分析,选择适合本工程正常灌浆的施工工艺与参数,本试验为生产性试验,施灌后不再进行重复施工。

4.2 地质条件

试验区心墙基座基础开挖及试验地质钻孔揭露出：试验区地基岩层主要为熔结凝灰岩间夹砂岩组成,建基面为熔结凝灰岩,岩石整体结构破碎。从试验孔岩芯可以看出基础岩石为熔结凝灰岩,岩石整体破碎,裂隙发育,多数为水平向裂隙,陡倾裂隙约占60%。

4.3 试验区帷幕灌浆工程量

灌浆试验浆液的水灰比可参考采用5∶1、3∶1、2∶1、1：1、0.7∶1、0.5∶1 六个比级,由稀到浓逐级变换,开灌水灰比采用5∶1。

帷幕灌浆孔布置在心墙基座坝轴线上游0.5 m 处,单排孔布置、孔距1.5 m,孔深深入10 Lu 线以下5 m 控制。帷幕灌浆试验共计完成20 孔,孔深为入岩43 m～67 m 之间不等,其中Ⅰ序孔5 个,Ⅱ序孔5 个、Ⅲ序孔10 个。试验从2022年07 月04 日开钻钻孔至2022 年07 月30 日检查孔压水结束,历时27 天,完成工程量见表1。

表1 库斯托汗水源工程帷幕灌浆试验完成工程量情况表

表2 灌浆压力、段长划分

5 试验结果分析

5.1 地质条件对灌浆的影响

通过钻孔施工过程中出现的返水小、无返水、无返渣等现象,结合返水返渣时出现的不同颜色,说明坝基岩层较为破碎,有较大的裂隙、裂缝存在其中；大坝心墙基座以外出现裂隙涌水现象说明这些裂隙、裂缝发育、贯通且延伸较远。

灌浆施工过程中出现的浆液串孔、地表冒浆、浆液与开挖后的涌水通道相连及灌注时出现的压力突然降低,流量增大；以及灌注同一孔段长时间无法达到结束标准进而采取的间歇、待凝、复灌等措施说明,这些孔段所表现出异常情况均说明大坝岩层中存有较大的裂隙、裂缝,且这些裂隙、裂缝发育、贯通且延伸。

综上所述,通过分析试验区灌浆资料证明大坝基础部分岩层较破碎、裂隙密集、节理发育,存在较宽的裂隙。灌浆过程中的串冒浆现象证明这些裂隙贯通且延伸较远,地质原因造成本工程水泥灌注量偏大。

在进行帷幕灌浆先导孔及一序孔施工的时候串漏情况比较普遍。在灌注W-75-Ⅰ-4#孔时,出现钻孔无返水（52.7 m～57.7 m）长时间灌浆无法结束,经指示进行低压、限流、待凝、复灌,经多次待凝才使得正常灌浆结束。多数灌浆孔灌浆时出现上、下游岩石出现多处冒浆、串浆。串浆、冒浆点离灌浆处基本在2 m～3 m 的距离。立即采用浓浆、限流、低压进行灌注后冒、漏浆不再冒浆。逐步升压达到设计压力正常灌浆至结束[1-2]。

其余多数灌浆孔在灌浆时出现串浆,被串孔立即停钻,将被串孔用阻塞器进行封堵,直到达到设计压力和结束标准灌浆,灌浆结束。待凝后将被串孔阻塞器拔出,扫孔至设计深度后进行正常压水、灌浆。上游岩石出现两处冒浆,采用浓浆、限流、低压进行灌注后冒、漏浆不再冒浆。逐步升压达到设计压力正常灌浆至结束。

5.2 试验效果分析

现场试验工作选择在大坝心墙基座设计灌浆轴线上进行,通过最终试验效果分析及灌浆质量检查情况说明,本次灌浆试验工作也取得了相当好的成效,试验的预期目的已达到。通过试验结果分析论证,得到以下几点结论。

（1）根据检查孔压水、取芯证明其孔距是合理的,能够满足本工程的防渗特点,建议帷幕灌浆孔距为1.5 m。

（2）施工参数。段长：第一段2 m；第二段以下均为5 m。所设置的帷幕灌浆压力能满足本工程需求,该压力控制是合理的。

（3）施工工艺。各次序孔砼与岩石接触面首段2 m 段,在接触段应先灌并下入孔口套管待凝不少于36 小时。帷幕采用“自上而下灌浆法”试验施工,其工艺方法在本工程地质情况下较为明显,“自上而下灌浆法”灌浆效果及工程质量通过分析检验,均能够满足设计标准,本工程建议采用“自上而下灌浆法”。

（4）帷幕灌浆孔深按透水率控制,帷幕深度伸入10 Lu以下5 m。以各单元先导孔压水试验确定帷幕底线。

6 结论及建议

6.1 结论

库斯托汗水源工程水库枢纽大坝坝基采用防渗帷幕灌浆,帷幕灌浆布置山体防渗轴线及心墙混凝土基座中部。为了论证试验采用的灌浆方法在技术上的可行性,施工效果的可靠性,经济上的合理性,选择在3#坝段进行,桩号范围为：2+221.5～2+250.0 进行灌浆试验。通过对帷幕灌浆75 单元灌浆透水率、单位注灰量、检查孔压水成果,本次帷幕灌浆试验效果明显,满足了设计标准,达到了灌浆试验预期目的。帷幕灌浆孔距1.5 m,段长第一段2 m,第二段以下均为5 m,采用“自上而下灌浆法”的灌浆技术参数符合该地质条件。后续大面积帷幕灌浆完全可以参照本试验方案相关技术参数进行施工作业,可满足灌浆质量要求。

6.2 建议

（1）生产性灌浆试验属局部生产施工,虽选择在具有较强代表性的区域进行,但试验获取的数据也只能代表多数,并不具有绝对的指导性,对于在后期灌浆施工过程中出现的因地质缺陷造成的各种特殊情况时,还应针对具体情况,制定更为科学的处理措施。

（2）大坝基础地质主要由熔结凝灰岩间夹粉质土层、砂岩构成,灌浆过程中,在岩层变化的地段易产生大的灌入量,建议于特大漏量的孔段,采取限量灌浆法,一般每段注入水泥量达5 t～10 t 后仍无法达到结束标准时,可间隙灌浆,待孔内浆液初凝后,再进行扫孔复灌。