努爾加水庫(kù)大壩基礎(chǔ)防滲灌漿參數(shù)設(shè)計(jì)及施工分析

陳 剛

(新疆昌吉市三屯河流域管理處，新疆 昌吉 831100)

攔河大壩是水庫(kù)工程的核心建筑物，其設(shè)計(jì)工程包括壩基、混凝土基座、防滲墻、護(hù)坡、壩頂公路等多個(gè)結(jié)構(gòu)，且對(duì)整體的安全穩(wěn)定性、防滲性等要求很高，壩基是這一切的基礎(chǔ)，因此對(duì)壩基防滲而采取的灌漿設(shè)計(jì)和施工要點(diǎn)是一項(xiàng)及其重要且復(fù)雜的工作。

1 工程概況

努爾加水庫(kù)位于昌吉市境內(nèi)三屯河上，總庫(kù)容6 844萬(wàn) m3，工程規(guī)模為中型，等別屬Ⅲ等。攔河大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻壩，總長(zhǎng)486.7 m，壩高超過(guò)70 m。工程位于強(qiáng)震區(qū)(烈度Ⅷ度)，故建筑物級(jí)別提高一級(jí)，為2級(jí)建筑物，洪水標(biāo)準(zhǔn)不變。經(jīng)地質(zhì)勘測(cè)：壩基巖體屬弱透水巖體，為保證承載力和防滲性，專(zhuān)家組決定對(duì)大壩左壩肩、河床段和右壩肩段進(jìn)行固結(jié)和帷幕灌漿，按照透水率q≤5Lu控制設(shè)計(jì)。

2 灌漿參數(shù)設(shè)計(jì)分析

2.1 基礎(chǔ)開(kāi)挖

努爾加水庫(kù)所在位置河床寬220 m，在河床左側(cè)陡崖下普遍分布有寬30 m、厚5～8 m含土砂礫石。在樁號(hào)0+240范圍發(fā)育一條河床深槽，寬約60 m，最大深度為12 m，上部為2.5 m河床覆蓋層，河谷基巖面平整，覆蓋巖性主要為含漂石砂卵礫石，下部基巖為砂礫巖。

本項(xiàng)目心墻基座基礎(chǔ)開(kāi)挖深度較大，因此設(shè)計(jì)挖掘機(jī)開(kāi)挖分兩層進(jìn)行，每層臺(tái)階高度為3～5 m。

2.2 固結(jié)灌漿參數(shù)設(shè)計(jì)

2.2.1 灌漿分區(qū)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目壩基固結(jié)灌漿防滲處理深度按5 Lu及水頭的1/3深度控制，根據(jù)基巖位置、裂隙、滲透性的不同，共分為以下3個(gè)灌漿區(qū)：

(1)左岸基巖，其透水率q=0.2～3.38 Lu，滲透系數(shù)2.08～2.77×10-4cm/s，該段巖石屬弱透水，設(shè)計(jì)灌漿深度10～15 m；

(2)河床壩基，巖石屬弱透水，q<5 Lu下限位于基巖面以下5～15 m，設(shè)計(jì)灌漿深度20～25 m[1]；

(3)右岸基巖，在基面以下11～15 m深度，透水率q<5 Lu，設(shè)計(jì)灌漿深度20～25 m。

2.2.2 灌漿孔設(shè)計(jì)

(1)左岸巖基滲透率最低，且深度小，因此設(shè)計(jì)單排灌漿孔即可，采用矩形布置，間距設(shè)計(jì)為3.0 m；

(2)河床壩基受水力作用最明顯，且對(duì)壩體穩(wěn)定性影響最大，所以設(shè)計(jì)5排灌漿孔，采用矩形布置，行間距均設(shè)計(jì)為3.0 m；

(3)右岸基巖總情況適中，設(shè)計(jì)3排灌漿孔，采用矩形布置，行間距均設(shè)計(jì)為3.0 m。

2.2.3 漿液材料設(shè)計(jì)

(1)水泥采用42.5R普通硅酸鹽水泥，水泥要求出廠日期不超過(guò)3個(gè)月，且無(wú)受潮、結(jié)塊問(wèn)題。細(xì)度要求通過(guò)80 μm方篩余量不得超過(guò)5%[2]；

(2)漿液外加劑有3類(lèi)，速凝劑選用水玻璃、氯化鈣、硫酸鈉等均可；減水劑選用萘系類(lèi)、聚羧酸類(lèi)均可；穩(wěn)定劑選用膨潤(rùn)土，具體摻入量可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

2.3 帷幕灌漿參數(shù)設(shè)計(jì)

2.3.1 灌漿孔距設(shè)計(jì)

帷幕灌漿孔距D與漿液擴(kuò)散半徑R有直接關(guān)系，具體計(jì)算公式見(jiàn)(1)(2)[3]。計(jì)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為土體滲透系數(shù)；t為灌漿持續(xù)時(shí)間，h；u1/u2為水與漿液粘滯系數(shù)，取0.15；H為注漿最大水壓力；r為輸漿管半徑，10 mm；n為土體孔隙率，20%。

2.3.2 不同部位帷幕灌漿設(shè)計(jì)

(1)右岸帷幕設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目右岸壩基6～26 m深度范圍內(nèi)的含土砂卵礫石采用混凝土防滲墻處理，因此設(shè)計(jì)在墻下設(shè)單排帷幕灌漿即可[4]，灌漿深度12～20 m。

(2)壩肩帷幕設(shè)計(jì)

左壩肩在溢洪洞開(kāi)挖后形成壩頂平臺(tái)，設(shè)計(jì)直接在平臺(tái)進(jìn)行帷幕灌漿，灌至溢洪洞右邊墻，灌漿長(zhǎng)度約19 m，深度10～15 m，單排帷幕；右壩肩在地面高程處帷幕灌漿，帷幕中心線與心墻軸線重合，灌漿長(zhǎng)度約16.5 m，深8～10 m，單排帷幕。

(3)壩基帷幕設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目在壩體中心設(shè)計(jì)瀝青混凝土心墻，因此壩基位置帷幕設(shè)計(jì)在防滲墻底部，灌漿長(zhǎng)度423.4 m，深15～29 m，單排帷幕。

3 灌漿施工要點(diǎn)分析

3.1 固結(jié)灌漿施工要點(diǎn)分析

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在瀝青心墻基礎(chǔ)范圍內(nèi)進(jìn)行鋪蓋式固結(jié)灌漿，共2排，排距為2.0 m，孔距3 m，呈矩形布置，深度為5 m，灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)為透水率q≤5 Lu，具體施工要點(diǎn)如下：

(1)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，孔徑為91 mm。當(dāng)每一孔段鉆孔完畢后，待監(jiān)理、業(yè)主一同驗(yàn)收合格后再進(jìn)行后續(xù)鉆孔及裂隙沖洗，要求孔內(nèi)殘留物厚度不得大于20 cm，裂隙沖洗至回水澄清后10 min結(jié)束[5]；

(2)抽取有代表性鉆孔進(jìn)行“單點(diǎn)法”壓水試驗(yàn)，要求抽取率不低于10%，試驗(yàn)壓力設(shè)計(jì)為灌漿壓力的80%，要求吸水量最大值與最小值之差小于10%；

(3)本項(xiàng)目固結(jié)灌漿孔按照“先下游、后上游”原則進(jìn)行施工，為防止塌孔和相互干擾，在每一排上分三序進(jìn)行，先Ⅰ序，中Ⅱ序，后Ⅲ序(見(jiàn)圖1所示)。

圖1 固結(jié)灌漿孔序施工示意圖

(5)灌漿注入率與壓力有著直接關(guān)系，本項(xiàng)目共設(shè)計(jì)4級(jí)壓力，具體試驗(yàn)詳情見(jiàn)表1所示。在達(dá)到設(shè)計(jì)壓力情況下，單位吸漿量不大于0.4 L∕min時(shí)，再延續(xù)30 min即結(jié)束灌漿。

表1 灌漿注入率與壓力關(guān)系參考值

3.2 帷幕灌漿施工要點(diǎn)分析

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)在混凝土防滲墻施工完成后，利用墻體中預(yù)埋鋼管的孔位上進(jìn)行。因此孔洞位置、順直通暢度、深度等參數(shù)必須保證，在此不再詳述。本項(xiàng)目帷幕灌漿施工要點(diǎn)如下：

(1)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用XY—2型鉆機(jī)鉆孔、YJ—340攪拌機(jī)制漿、YZ—180M型泥漿泵純壓式灌漿，水囊止?jié){塞止?jié){，成都西易自動(dòng)記錄儀測(cè)定灌漿壓力和灌漿量[7]；

(2)帷幕灌漿設(shè)計(jì)分三序孔施工(見(jiàn)圖2)，按“自上而下”分段造孔，其中1序孔作為先導(dǎo)孔先行施工，逐孔段取樣，采用單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，了解基巖透水率后確定帷幕灌漿入巖深度；

圖2 帷幕灌漿孔序施工示意圖

(3)采用“純壓式”進(jìn)行灌漿，混凝土和基巖接觸部位先進(jìn)行單獨(dú)灌漿并待凝，接觸段長(zhǎng)度為2m，以下每段長(zhǎng)度為5m，帷幕灌漿孔底段必須伸過(guò)設(shè)計(jì)帷幕線；

(5)當(dāng)某一孔段在達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的情況下，單位吸漿量不大于0.4 L/min時(shí)，再延續(xù)60 min，或單位吸漿量不大于1 L/min時(shí)，再延續(xù)90 min，即結(jié)束灌漿；

(6)在每個(gè)灌漿孔全孔灌漿結(jié)束后，采用“分段壓力灌漿封孔法”對(duì)灌漿孔進(jìn)行封孔，封孔壓力采用該孔段的灌漿壓力。

本項(xiàng)目固結(jié)灌漿和帷幕灌漿質(zhì)量檢查以分析檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合鉆孔取芯資料、施工記錄、成果資料等綜合評(píng)定。在各單元工程灌漿全部結(jié)束14 d后，進(jìn)行檢查孔施工。檢查孔壓水試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2 固結(jié)、帷幕灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)成果表

4 結(jié)語(yǔ)

努爾加水庫(kù)基礎(chǔ)通過(guò)采取固結(jié)灌漿和帷幕灌漿手段，保證了透水率q≤5 Lu，為后續(xù)壩體施工提供了良好基礎(chǔ)。灌漿技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)和施工提出了很高要求，而且由于地質(zhì)條件差異，其設(shè)計(jì)和施工參數(shù)也會(huì)存在很大差別，且需要在施工過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，因此不可照搬其他工程經(jīng)驗(yàn)。