崔雪玉，萬翔鴻 ，張迪迪，張 磊

（中國水利水電第一工程局有限公司，吉林 長春130062）

1 工程概況

哈達山水利樞紐工程位于第二松花江（簡稱二松）干流下游河段，壩址距二松與嫩江匯合口處約60 km，在松原市東南約20 km處，樞紐是二松干流最后一級控制性水利工程，是“北水南調(diào)”的主要水源工程之一，擔負著向吉林西部提供生活和工農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境保護供水和發(fā)電等任務。

樞紐總平面布置從右至左為：擋水土壩、16孔溢流壩、河床式水電站、左岸連接壩段（混凝土重力壩）及壩上公路（橋）等。壩線全長2 485 m，最低建基高程為116.00 m，壩頂高程為145.7 m。水庫正常蓄水位140.5 m，總庫容為6.08億m3，電站裝機容量27.6 MW。工程等級為Ⅰ等。主要建筑物擋水土壩、溢流壩（泄水閘）、河床式電站、重力壩、渠首閘為1級，其他建筑物為3級。洪水設計標準為500年一遇，校核洪水標準為2000年一遇。

壩址區(qū)內(nèi)河谷兩岸地形不對稱，大壩基礎(chǔ)坐在微、弱風化灰綠色或紫紅色夾粉砂巖薄層的泥巖上。根據(jù)基巖的埋深、風化情況，混凝土壩的最大壩高29.7 m，微、弱風化巖體強度差別不大，單軸抗壓強度13.20～13.04 MPa，允許承載力R=0.8 MPa，靜彈性模量3.6～7.1 GPa。變形模量Ec=1 GPa，巖性較均一。但在建基巖以下7～8 m處層狀發(fā)育面狀破碎帶，其寬0.5 m左右，由破碎巖塊組成，影響帶寬1～2 m左右，設計稱P7。由于P7的存在，將嚴重影響壩基的抗滑穩(wěn)定性，并可能造成不均勻沉陷，無法滿足壩基承載力和變形要求，對樞紐安全造成潛在威脅。特別是在廠房集水井開挖揭露P7時，沿P7破碎帶及其影響帶出現(xiàn)了特大涌水，并將其中的顆料充填物也帶出，地基中形成不均勻分布的空腔，使原本發(fā)育不良的壩基更加惡化。為此設計對此進行變更處理，要求對P7及集水井的涌水單獨處理。

2 處理方案的分析與選定

針對上述不良地層特性，對發(fā)電廠房和溢流壩段基礎(chǔ)中存在的P7破碎帶進行如下處理：

1）在距P7破碎帶特大涌處出漏較遠、又具備P7破碎帶特性的壩區(qū)內(nèi)，進行P7破碎帶灌漿處理方法與工藝試驗，確定適合泥巖特性和破碎帶部位的施工參數(shù)，如孔距、灌漿壓力、灌漿分段、灌漿材料及結(jié)束標準等。

2）為不影響廠房混凝土施工，在集水井右側(cè)設一5 m×3 m×2 m的臨時泵坑，把廠房集水井處的特大涌水引導至臨時泵坑。

3）在集水井混凝土施工完成后，集水時具備抽水功能，且臨時泵坑及其周圍混凝土澆筑一定蓋厚后，具備封蓋條件時，對臨時泵坑實行封堵灌漿。封堵方法為：邊抽水邊澆筑速凝混凝土，在短時間內(nèi)迅速用速凝混凝土進行封堵。為防止特大涌水在短時間內(nèi)封堵后壓力過大，對壩基及集水井附近凝期未達到28 d的混凝土造成影響，在集水井處設3個與臨時泵坑相連通的四寸鋼管，鋼管處設2道閥門，把臨時泵坑中的P7涌水有控制地引導到永久集水井中。為防止在抽水過程中將混凝土中的水泥及細顆料帶出，在剛下料時可停止臨時泵坑抽水，適當打開通往集水井處的閥門，以控制涌水量和涌水壓力。

4）對距集水井較遠部位的P7破碎帶進行固結(jié)。灌漿方法通過專項固結(jié)灌漿工藝試驗確定。試驗時采取兩組預案：一是水泥泵漿的灌注方法，另一種是水泥、水玻璃雙液的灌注方法。通過專項試驗確定的施工參數(shù)為：自上而下分段、接觸段及P7吸漿量大的孔段待凝、灌注水泥砂漿的方法。在灌注過程中勤觀察集水進涌水部位的串、漏漿情況。由于水泥、水玻璃雙液在地層中凝結(jié)速度快，且很難控制。施工難度大，更重要的是這種方法灌注后，地層中會形成不連續(xù)的凝結(jié)體，會影響后期各次序灌漿時水泥漿液的有效擴散。因而灌注雙液的方法在工藝試驗初期被否定。先灌注距集水井處較遠的部位主要是為封堵周邊的滲水通道，集水井處的排水有利于水泥砂漿灌注過程中能夠較遠的擴散和漿液凝結(jié)過程中的泌水排泄。

5）集水井部位灌漿處理。在臨時泵坑頂部的混凝土澆筑達一定厚度后，對集水井預埋的3根四寸鋼管的涌水進行灌漿封堵。封堵灌漿時采用穩(wěn)定漿液，以使地層中充填更多的水泥，也使?jié){液擴散更遠。

6）集水井周邊混凝土及P7破碎帶灌漿補強處理。采取補強帷幕與補強固結(jié)灌漿的形式，圍繞集水井環(huán)形布孔，排距1 m，孔距2 m，且靠里側(cè)（環(huán)形帷幕）孔距集水井邊線為0.5 m。

方案確定后，通過各方論證，經(jīng)業(yè)主、設計、監(jiān)理會議研究，報文批復后進行實施。

3 P7破碎帶特大涌水處理試驗與涌水封堵實施

3.1 P7破碎帶灌漿處理試驗及成果

1）試驗過程。在P7破碎帶特大涌水處理實施方案確定后，首先進行工藝可行性試驗。對于灌注水泥砂漿方案，在壩區(qū)內(nèi)2號溢流壩段進行P7破碎帶灌漿處理專項試驗。試驗分3組進行，梅花型布孔，水平、垂直間、排距均為3 m。第一組I序孔6孔，II序孔1孔，計7孔；第二組I序孔5孔，II序孔1孔，計6孔；第三組I序孔7孔，II序孔1孔，計8孔。各組均成正六邊形。試驗孔孔深入巖9～11 m，即進行P7破碎帶底線1～2 m。

由于孔底P7破碎夾層強透水，且漏漿量大，為防止在該部位繞塞影響灌漿質(zhì)量，采用阻塞式孔內(nèi)循環(huán)自上而下分段灌漿方法，即每鉆完一段后先進行本段灌漿，灌漿結(jié)束后進行以下各孔段的鉆孔灌漿。灌漿塞塞在已灌段底以上0.5 m處，接觸段塞位在混凝土與基巖接縫處以上0.5 m處，射漿管距孔底的距離不大于0.5 m。試驗孔施工過程中，當鉆孔經(jīng)過P7時出現(xiàn)巖石破碎，鉆孔不返水，灌漿不回漿等特殊情況。P7部位的地質(zhì)情況與試驗前的分析基本相符，砂漿灌注發(fā)揮了很好的作用。灌后各組檢查孔施工中均取出水泥砂漿結(jié)石，I序孔灌后II序孔鉆孔及灌漿均較正常，出現(xiàn)漏水、不回漿等吸漿量的特殊情況，灌后檢查孔壓水達到小于5×0.01 L/(min·m·m)的設計標準，充分說明在P7部位灌注水泥砂漿是可行的。由于泥巖的地質(zhì)特性，在灌漿壓力的選用上應慎重，最高灌漿壓力為 0.4，0.5，0.6 MPa。根據(jù)灌后資料分析和檢查孔取芯、壓水成果等綜合分析，認為最高0.5 MPa的灌漿壓力適合當時的巖石條件和地層結(jié)構(gòu)及混凝土蓋厚情況。

2）試驗成果。采用自上而下分段灌漿工藝，接觸段及吸漿量大的P7部分待凝24 h，吸漿量大的P7部位采用砂漿灌漿；灌漿壓力I序孔0.3～0.5 MPa，II序孔 0.4～0.6 MPa；灌漿分段自上而下分別為2 m，5～7 m，不大于4 m，共3段；砂漿采用水∶灰∶砂=0.8∶1∶1 及 1∶1∶1 兩個比級。

3.2 P7破碎帶涌水封堵

1）集水井較遠處的灌漿處理。根據(jù)設計圖紙，對樞紐溢流壩段及發(fā)電廠房基礎(chǔ)實行固結(jié)灌漿。由于地層7～8 m處層狀發(fā)育一透水性極強的P7破碎帶，為此設計將固結(jié)灌漿孔加深至P7破碎帶底線以下1～2 m。按處理方案先對集水井較遠處進行灌漿封堵。P7破碎帶處理長度為4 m，單獨灌漿，灌漿壓力為I序孔0.3 MPa，II序孔0.5 MPa。溢流壩段共施工1 175孔，P7灌漿處理4 700 m，灌入水泥628.08 t，灌入砂子76.9 t，平均基巖單位水泥注入量133.63 kg/m。發(fā)電廠房共施工410孔，P7灌漿處理1 640 m，灌入水泥246.8 t，灌入砂子68.2 t，平均基巖單位水泥注入量150.5 kg/m。在集水井外圍灌漿處理過程中，集水井處及臨時泵坑處的水泵抽水逐漸減少，投入的水泵數(shù)量由原6臺到后期2臺，表明灌漿處理取得了明顯效果。

2）臨時泵坑回填處理。

①模板支立。在臨時集水坑116.00 m高程鋪設普通鋼模板，底部采用[8槽鋼做支撐，模板鋪設時，預留8寸水泵位置、4寸水泵排水管位置、φ300鋼管（后期注混凝土管道）和2根φ75鋼管位置。

②回填混凝土施工?；炷敛捎门c底板同標號混凝土，振搗時禁止振搗棒觸及底部模板和水泵排水管，保證埋設管道的位置，同時為減少水泥漿大量流入底部泵坑，在模板表面鋪設塑料布。在混凝土澆筑時采用加早強、促凝劑的特殊混凝土。臨時泵坑可停止抽水，由于來不及拿出水泵，故水泵及泵管均埋在混凝土中。

3）二次回填級配骨料。利用水泵抽除臨時集水坑和永久集水坑內(nèi)積水，并封堵115.00 m和117.00 m高程處預埋鋼管。再通過預埋的各管道進行水泥砂漿回填，見圖1。

4）灌漿處理。

①灌注集水井處的3個引管。首先清理泵坑，人工將前期施工時串入井內(nèi)的水泥漿及P7透水夾層中的泥質(zhì)充填物清理干凈，使井壁滲漏點和引管完全外漏；在高程較低的引水管管口焊接法蘭接口，連接變徑作為灌漿進漿接口；采用純壓式灌漿方式，用0.6：1水泥穩(wěn)定漿液灌注，如有串漿情況則改用砂漿進行灌注。直到耗漿量不大于1 L/min時，繼續(xù)灌注30 min結(jié)束灌漿。

②灌漿壓力。灌前測得涌水壓力為0.1 MPa，灌漿壓力為涌水壓力加上0.3 MPa，即0.4 MPa。在灌漿過程中根據(jù)注入流量控制壓力，并設專人觀測集水井及周邊串冒漿情況。為防止灌漿過程中出現(xiàn)管口突水事件，井內(nèi)施工人員均穿救生服，并準備繩索置于井內(nèi)。按上述流程共灌入水泥17.75 t。

③臨時泵坑灌漿處理。首先利用預埋的鋼管往臨時泵坑灌注1：1：1水泥砂漿，待各個預埋管灌滿后方可結(jié)束。在集水井內(nèi)部灌注引水管時該部位的預埋管出現(xiàn)串漿情況，一部分被水泥漿充填，只有2個管子可灌性較好，灌入水泥漿1 859 L。

④集水井P7封堵帷幕灌漿和集水井外圍混凝土補強灌漿。待混凝土澆筑至118.00 m并達到一定強度后，進行集水井P7封堵帷幕灌漿及外圍混凝土補強灌漿?？拙嗑鶠?.0 m，孔深至P7層底線以下2 m。補強灌漿孔距集水井邊墻0.5 m，帷幕灌漿孔距補強孔1 m。具體布置見圖2。灌漿時采用孔內(nèi)循環(huán)、一段灌漿法，三序分序施工。共完成帷幕灌漿609.59 m，注入水泥63.66 t，混凝土補強灌漿鉆孔646.7 m，注入水泥16.85 t。集水井P7部位灌漿處理孔位布置見圖2。

圖2 集水井P7部位灌漿處理孔位平面布置圖

P7破碎帶特大涌水處理后，采取鉆孔取芯、壓水試驗檢查、基坑滲水觀測等多種檢查方法，在P7部位多處發(fā)現(xiàn)水泥結(jié)石，灌后檢查孔內(nèi)涌水最大4.8 L/min，壓水透水率小于 5×0.01 L/(min·m·m)，基坑排水減小非常明顯，有效提高了壩基承載力和抗滑穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

1）特大涌水的處理遵循了以排為先、降低壓力，再逐漸封堵、降低滲流的規(guī)律。堵排結(jié)合，保證了施工的順利進行。

2）合利采取與相應地層結(jié)構(gòu)特征相適應的處理方法，該施工采用了水泥砂漿、穩(wěn)定漿液而非水泥、水玻璃雙液。

3）由于泥巖特性比較特殊，易在較大壓力下劈裂，故在壓力選用上特別是壓水壓力，即使是通過試驗確定的，在施工過程中也要注意灌漿流量的變化與壓力相匹配。

4）由于基礎(chǔ)巖石近水平狀發(fā)育，壩基中的排水不很通暢，故建議在基礎(chǔ)帷幕形成后增加排水孔，以減少揚壓力。