王寧遠(yuǎn)

（中國水電建設(shè)集團十五局有限公司第二工程公司，陜西 西安 710016）

0 引言

卡拉貝利水利樞紐工程位于新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣境內(nèi)，是克孜勒蘇河梯級規(guī)劃中游河段近期開發(fā)的控制性樞紐，工程以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電等綜合效益，水庫庫容2.62億m3，電站裝機70 MW。

樞紐工程擋水建筑物為混凝土面板砂礫石壩，最大壩高92.5 m，壩頂長度760 m。壩基采用單排帷幕灌漿防滲，設(shè)計孔距2.0 m，孔深15.0 m，合格標(biāo)準(zhǔn)為檢查孔壓水透水率小于3 Lu，深度要求達到3 Lu以下不少于5 m。該基礎(chǔ)防滲帷幕與其上部趾板、面板混凝土共同構(gòu)成大壩主要防滲屏障，確保大壩運行安全。

大壩壩址區(qū)為砂巖、砂礫巖及泥巖護層狀軟巖基礎(chǔ)，該類型基礎(chǔ)具有強度低、遇水軟化和互層狀基礎(chǔ)易形成層間滲漏的特點，在灌漿過程中易出現(xiàn)吸漿量少、回漿失水返濃和層間劈裂等灌漿難題，針對這些問題進行多種不同灌漿材料、施工參數(shù)的現(xiàn)場實踐驗證，有的放矢、靈活運用，探索互層狀軟巖基礎(chǔ)的帷幕灌漿施工技術(shù)。

1 基礎(chǔ)地質(zhì)條件

根據(jù)趾板基礎(chǔ)開挖揭示的地質(zhì)構(gòu)造并結(jié)合地勘資料顯示，大壩壩址區(qū)域?qū)儆诂F(xiàn)代河床，基巖為N2砂巖、砂礫巖夾薄層泥巖互層，巖層產(chǎn)狀325°SW∠50°，基巖面高程1690 m左右。強風(fēng)化層厚3 m～5 m，縱波波速1500 m/s，巖體破碎，強度低；弱風(fēng)化層厚8 m～12 m，縱波波速1500 m/s～2300 m/s。巖體透水率小于3 Lu的界限在基巖面以下15 m～18 m，不同巖性層間裂隙發(fā)育，河水、地下水對混凝土具有硫酸鹽中等腐蝕性，工程地質(zhì)情況見圖1。

圖1 河床段趾板互層基礎(chǔ)地質(zhì)構(gòu)造示意圖

2 帷幕灌漿

為了驗證砂巖、砂礫巖夾泥巖互層基礎(chǔ)的可灌性和灌漿膠凝材料適應(yīng)性，先后進行了五次帷幕灌漿試驗，最終確定帷幕灌漿采用單排帷幕水泥漿液灌注，孔距2.0 m，孔深以終孔透水率小于3 Lu線以下5 m控制，最大孔深不超過30 m，最大灌漿壓力0.8 MPa；對于檢查孔壓水透水率大于3 Lu的單元，采用丙烯酸漿液在水泥漿液孔位之間加密補強，孔深同水泥漿液孔深。五次帷幕灌漿對比試驗及最終施工方案簡述如下。

2.1 帷幕灌漿試驗

（1）第一次帷幕灌漿試驗采用中抗硫硅酸鹽水泥漿液灌注，單排孔距2 m，共布置5個試驗孔，漿液水灰比采用3∶1、2 ∶1、1 ∶1、0.8 ∶1、0.5 ∶1五個比級；灌漿段長分別為2 m、3 m、5 m、5 m，各段灌漿壓力分別為 0.5 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa、1.0 MPa；灌漿采用孔口封閉、自上而下分段灌漿法。

第一次帷幕灌漿試驗單位注入量最小2.30 kg/m，最大138.40 kg/m，平均41.7 kg/m；灌前透水率最小1.38 Lu，最大20.70 Lu，平均8.26 Lu；灌后檢查孔壓水透水率最小1.51 Lu，最大17.20 Lu，平均9.32 Lu。檢查孔壓水透水率不滿足設(shè)計要求。

（2）第二次帷幕灌漿試驗采用超細(xì)水泥漿液灌注，單排孔距2 m，共布置9個試驗孔，漿液水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8 ∶1、0.5∶1五個比級；灌漿段長分別為 2 m、3 m、5 m、5 m，各段灌漿壓力分別為 0.5 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa、1.0 MPa；灌漿采用自上而下分段阻塞孔內(nèi)循環(huán)灌漿法。

第二次帷幕灌漿試驗單位注入量最小1.80 kg/m，最大462.10 kg/m，平均91.37 kg/m；灌前透水率最小0.40 Lu，最大52.41 Lu，平均12.81 Lu；灌后檢查孔壓水透水率最小1.93 Lu，最大3.81 Lu，平均2.76 Lu。由于第二次灌漿試驗區(qū)檢查孔各段巖性均為泥巖，不能代表整個基礎(chǔ)的多巖性互層狀構(gòu)造，第二次灌漿試驗不具有普遍代表性。

（3）第三次帷幕灌漿試驗采用中抗硫穩(wěn)定漿液（膨潤土摻量為水泥用量的2%）灌注；共布置9個試驗孔，單排孔距2 m，灌漿段長分別為0.3 m、1.9 m、2.8 m、5 m、5 m，各段灌漿壓力分別為 0.4 MPa、0.4 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa；灌漿采用自上而下分段阻塞孔內(nèi)循環(huán)灌漿法。

第三次帷幕灌漿試驗單位注入量最小5.2 kg/m，最大109.10 kg/m，平均24.67 kg/m；灌前壓水透水率最小0.02Lu，最大232.28 Lu，平均18.61 Lu；灌后檢查孔壓水透水率最小2.03 Lu，最大45.52 Lu，平均12.51 Lu。檢查孔壓水透水率不滿足設(shè)計要求。

（4）第四次帷幕灌漿試驗采用中抗硫水泥漿液灌注，把帷幕灌漿孔距由單排孔距2 m調(diào)整到了單排孔距1 m，共布置9個試驗孔，漿液水灰比采用 5 ∶1、3 ∶1、1 ∶1、0.8 ∶1、0.5 ∶1五個比級；灌漿段長分別為2 m、3 m、5 m、5 m，各段灌漿壓力分別為 0.2 MPa、0.3 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa；灌漿采用自上而下分段阻塞孔內(nèi)循環(huán)灌漿法。

第四次帷幕灌漿試驗單位注入量最小2.88 kg/m，最大24.06 kg/m，平均12.17 kg/m。灌前壓水透水率最小1.74 Lu，最大11.82 Lu，平均6.03 Lu；灌后檢查孔壓水透水率最小1.07 Lu，最大9.75 Lu，平均4.47 Lu。檢查孔壓水透水率不滿足設(shè)計要求。

（5）第五次帷幕灌漿試驗采用中抗硫水泥漿液和丙烯酸漿液的復(fù)合灌漿方法，并對帷幕孔距進行了調(diào)整，采用中抗硫水泥漿液灌注，單排孔距2 m，漿液水灰比采用5∶1、3∶1、1∶1、0.8 ∶1、0.5∶1五個比級，灌漿段長分別為 2 m、3 m、5 m、5 m，各段灌漿壓力分別為 0.2 MPa、0.3 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa，灌漿采用自上而下分段阻塞孔內(nèi)循環(huán)灌漿法；對于檢查孔壓水透水率大于3 Lu的單元，灌漿孔中間用丙烯酸漿液加密補強，灌漿段長均為3 m，各段灌漿壓力分別為0.2 MPa、0.3 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa、0.8 MPa，灌漿采用自上而下分段純壓式灌漿法。

第五次帷幕灌漿試驗水泥漿液單位注入量最小4.46 kg/m，最大42.77 kg/m，平均20.53 kg/m；丙烯酸漿液灌漿孔單位注入量最小72.07 kg/m，最大88.1 kg/m，平均80.8 kg/m。灌前壓水透水率最小1.56 Lu，最大17.74 Lu，平均6.58 Lu；灌后檢查孔壓水透水率最小0.84 Lu，最大2.33 Lu，平均1.76 Lu。檢查孔壓水透水率滿足設(shè)計要求。

2.2 施工方法

（1）鉆孔方法，帷幕灌漿試驗先導(dǎo)孔及檢查孔采用回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機造孔，金剛石或合金鉆頭鉆進，雙管鉆具取芯；其余帷幕灌漿孔采用回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機造孔。帷幕灌漿孔開孔孔徑91 mm，其余孔段孔徑均為76 mm。開孔孔位與設(shè)計孔位的偏差不得大于10 cm，帷幕灌漿孔采用鉛垂孔，鉆孔鉆進過程中采取可靠的防斜措施，保證孔向準(zhǔn)確，鉆孔偏斜值嚴(yán)格控制在設(shè)計允許的25 cm范圍內(nèi)。

（2）壓水試驗，帷幕灌漿先導(dǎo)孔及檢查孔采用單點壓水試驗，其它灌漿孔不做壓水，壓水壓力為灌漿壓力的80%，且逐級升壓，以不抬動為原則。在穩(wěn)定壓力下，每2 min測讀一次壓入流量。連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min時，壓水試驗結(jié)束，取最終值為計算值。壓水試驗止水栓塞采用水壓式，栓塞長75 cm。下栓塞前對壓水試驗工作管進行檢查，不能有破裂、彎曲、堵塞等現(xiàn)象，接頭處采取有效的止水措施。最終充水壓力達到1.5 MPa～2.5 MPa，不能超過止水栓塞的額定壓力，在試驗過程中充水壓力保持不變。

（3）灌漿方法，帷幕灌漿采用單排帷幕，水泥漿液灌注，對于檢查孔壓水透水率大于3 Lu的單元，采用丙烯酸漿液在水泥漿液孔位之間加密補強，孔深同水泥漿液孔深。水泥漿液采用自上而下分段孔內(nèi)阻塞循環(huán)式灌漿，射漿管距孔底不大于0.5 m。丙烯酸漿液采用自上而下分段孔口阻塞純壓式灌漿。檢查孔待全孔壓水試驗結(jié)束后全孔一次灌漿、封孔。

水泥漿液采用自上而下分段孔內(nèi)阻塞循環(huán)式灌漿，5∶1開灌，段長按2.0 m，3.0 m，5.0 m，5.0 m控制，加深段按每段5.0 m段長加深，灌漿壓力分別為 0.2 MPa、0.3 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa，以抬動變形不超過200 μm控制。丙烯酸溶液采用自上而下分段孔口阻塞純壓式灌漿，各段段長均為3.0 m，灌漿壓力自上而下初擬為 0.2 MPa、0.3 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa、0.8 MPa，以抬動變形不超過200 μm控制。

（4）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，水泥漿液結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：各灌漿段在最大設(shè)計壓力下，注入率不大于1 L/min后，延續(xù)灌注30 min即可結(jié)束。丙烯酸漿液結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：各灌漿段在最大設(shè)計壓力下，注入率不大于0.02 L/（min·m）后，繼續(xù)灌注30 min即可結(jié)束。

（5）封孔方法，帷幕灌漿孔采用“置換壓力灌漿封孔法”封孔，封孔水灰比為0.5∶1的水泥漿液，封孔壓力為全孔段平均灌漿壓力，封孔灌漿時間不少于60 min。待凝固后對孔口空余段人工采用干硬性水泥沙漿封孔，保證孔內(nèi)密實。

2.3 灌漿質(zhì)量檢查

帷幕灌漿結(jié)束后14天采用單點法壓水試驗的方法進行工程質(zhì)量檢查，帷幕檢查孔各孔段的透水率合格標(biāo)準(zhǔn)為q≤3 Lu?？ɡ惱髩沃喊寤A(chǔ)帷幕灌漿共完成46個單元，457個灌漿孔，累計8174.08延米。檢查孔壓水試驗結(jié)果顯示：46個單元中有31個單元透水率小于3 Lu，滿足設(shè)計要求；15個單元透水率大于3 Lu，不滿足設(shè)計要求。結(jié)合巖芯、灌漿記錄、壓水情況等綜合分析：不合格單元主要集中在河床及右岸二級階地巖體復(fù)雜段，主要巖性為砂巖、砂礫巖夾薄層泥巖互層基礎(chǔ)，巖體變化不規(guī)則，不合格的15個單元用丙烯酸溶液進行加密補強，灌漿結(jié)束14 d后，檢查孔壓水透水率均小于3 Lu，滿足設(shè)計要求。檢查孔壓水試驗結(jié)果詳見表1。

表1 帷幕灌漿檢查孔壓水結(jié)果

3 結(jié)語

卡拉貝利大壩趾板基礎(chǔ)帷幕灌漿根據(jù)基礎(chǔ)巖性特點采用有針對性的施工方法，嚴(yán)格控制工藝流程和施工參數(shù)，解決了砂巖、砂礫巖夾薄層泥巖互層基礎(chǔ)條件下漿液失水返濃，可灌性差的難題，取得了較好的防滲效果。水庫蓄水至設(shè)計水位后，壩后量水堰觀測滲流量為13 L/s，數(shù)值穩(wěn)定。實踐表明，卡拉貝利大壩趾板基礎(chǔ)采用水泥漿液和丙烯酸漿液進行復(fù)合灌漿的方法合理有效，防滲效果明顯。