劉玉杰

(新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域管理局，新疆庫爾勒841000)

0 前言

目前我國常用的以提高防滲性能為目的的基礎(chǔ)處理方式主要為灌漿工程、防滲墻工程，根據(jù)希尼爾水庫所處多孔隙介質(zhì)巖石地層復雜性，現(xiàn)選用帷幕灌漿和銑削攪拌灌漿形成水泥土攪拌墻兩種壩基防滲方案進行比選，開展現(xiàn)場實際地層壩基防滲施工試驗，研究分析兩種防滲方案施工參數(shù)，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)綜合分析，選擇最佳防滲施工方案。

1 工程簡介

希尼爾水庫位于新疆巴州尉犁縣境內(nèi)，是一座以灌溉為主的注入式反調(diào)節(jié)平原水庫，水庫自下閘蓄水運行14年來，運行狀態(tài)基本正常，水庫壩基處在多孔隙介質(zhì)巖石上，水庫原壩基采用垂直鋪塑、攪拌樁及塑性混凝土防滲墻進行壩基防滲，部分壩段防滲深度偏淺，主壩段壩基滲漏量較大，下游壩腳排水溝內(nèi)積水嚴重，壩后排水溝內(nèi)曾出現(xiàn)涌水翻沙、無紡布隆起現(xiàn)象，下游壩坡及壓蓋回填清基料曾出現(xiàn)踏坑，滑塌現(xiàn)象。經(jīng)計算現(xiàn)狀壩基滲漏量1231萬m3/a，占總庫容的12.6%，壩基滲水嚴重，影響水庫興利庫容的發(fā)揮，水庫建成后未蓄至正常蓄水位，嚴重制約著水庫蓄水效益的發(fā)揮，故采取壩基防滲措施。

2 壩基防滲施工工藝方案

2.1 帷幕灌漿壩基防滲

2.1.1 帷幕灌漿試驗區(qū)孔位布置

試驗區(qū)布置在主壩軸線上游側(cè)40 m處，同主壩軸線平行，樁號2+430～2+466段，軸線長36 m，分上下游兩排，副帷幕(上游排)共布置帷幕灌漿孔25個，其中Ⅰ序孔7個(含先導孔3個)、Ⅱ序孔6個、Ⅲ序孔12個；主帷幕(下游排)共布置帷幕灌漿孔24個，其中Ⅰ序孔6個、Ⅱ序孔6個、Ⅲ序孔12個；沿帷幕灌漿軸線以10個灌漿孔劃分為一個單元，共劃分為兩個單元。

2.1.2 帷幕灌漿試驗內(nèi)容

帷幕灌漿設計為雙排(主副帷幕排)，排距、孔距均為1.5 m，孔向為鉛直孔，終孔孔徑不小于56 mm，帷幕灌漿孔共分三序孔施工，采用XY-2型地質(zhì)鉆機成孔，灌漿采用“孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)，自上而下”的灌漿方法。待蓋板混凝土強度達到70%時，開始組織實施試驗區(qū)施工。帷幕灌漿孔孔深要求伸入透水率q≤5 Lu弱透水層，以設計標定的帷幕灌漿底線作為參照，最終以實際終孔段壓水試驗顯示的透水率為判斷標準。帷幕灌漿最終質(zhì)量合格判斷標準為檢查孔壓水透水率q≤5 Lu。

試驗區(qū)施工項目涵蓋了砼蓋板澆筑、帷幕灌漿、先導孔施工，先導孔施工要求完成“單點法”壓水及鉆孔取芯，帷幕灌漿完成后需進行壓水試驗檢查工作。待全部試驗完成，匯總整理上報試驗總結(jié)報告。

2.1.3 帷幕灌漿質(zhì)量檢查

帷幕灌漿質(zhì)量檢查采用鉆孔取芯結(jié)合相應壓水試驗進行。檢查孔施工應在單元灌漿孔完成14 d后進行；檢查孔數(shù)量一般為每單元布置1個，或為總孔數(shù)的10%左右；檢查孔應自上而下鉆進，分段卡塞，分段壓水，壓水試驗采用“純壓式、單點法”；檢查孔位置根據(jù)本單元帷幕灌漿成果表由監(jiān)理單位最終確定。

帷幕灌漿質(zhì)量合格評定標準為：經(jīng)檢查孔壓水試驗檢查，蓋板混凝土與基巖接觸段的透水率合格率為100%，其余各段的合格率不小于90%，不合格孔段的透水率不超過設計規(guī)定q≤5 Lu的150%，且不合格孔段分布不集中。

2.2 銑削攪拌灌漿壩基防滲

2.2.1 施工工藝簡介

銑削攪拌灌漿工法施工設備和技術(shù)是由國外地基公司為主發(fā)明的，它是應用原有的液壓銑槽機的設備結(jié)合深層攪拌技術(shù)進行創(chuàng)新的一種新工法，結(jié)合了液壓銑槽機的設備技術(shù)特點和深層攪拌技術(shù)的應用領(lǐng)域，施工形成抗壓強度為0.5 MPa～3.5 MPa的等厚水泥土結(jié)石體。能夠適應多種復雜地層，N值(標貫)可達80，包括卵礫石層(不含漂石、孤石)和抗壓強度小于 20 MPa的軟巖石，施工效率高。

雙輪銑水泥土攪拌墻(SMC)是將雙輪銑削成槽工藝和傳統(tǒng)的深層水泥土攪拌工藝的技術(shù)特點相結(jié)合的一種新型地下深層攪拌技術(shù)，當施工機械向下銑削攪拌土體時，兩個銑輪相對相向旋轉(zhuǎn)，銑削地層，同時動力系統(tǒng)施加驅(qū)動力，向下銑削地層；在此過程中，注漿系統(tǒng)注入固化液，與土在原地攪拌混合，形成水泥土地下連續(xù)墻，此水泥土墻防滲系數(shù)達到設計值形成防滲體系，故達到壩基防滲效果。

工藝流程包括：清場備料→測量放線→安裝調(diào)試→開溝鋪板→移機定位→銑削下沉攪拌噴漿→回轉(zhuǎn)提升噴漿→成墻移機。

2.2.2 施工工藝參數(shù)

為保證工程防滲質(zhì)量，依據(jù)設計要求試驗段施工參數(shù)擬采用如下：

a.墻體厚度70 cm；

b.單幅墻長度為2.8 m，幅間咬合搭接20 cm；

c.采用跳槽式雙漿液施工；

d.墻體深入5 Lu基巖線以下1 m；

e.水灰比1∶1，注漿壓力為2.0 MPa～3.0 MPa；

f.下沉速度不大于60 cm/min，且應盡量控制勻速鉆進,提升速度20 cm/min～50 cm/min。

擬采用5幅試驗，1#幅段水泥摻入量為13%，2#、3#幅段水泥摻入量為15%，4#、5#幅段水泥摻入量為18%，水泥用量控制見表1。

表1 各幅水泥摻入量計算表

為確保達到水泥摻入量適宜效果，結(jié)合砂層滲漏較快的情況，在提升過程中，擬控制水灰比為1∶1，并控制提升速度以控制水泥漿量的用量。

試驗結(jié)束后建議檢測在14 d、28 d后進行5個墻體的施工參數(shù)分析對比，以確定銑削深攪水泥土防滲墻施工的最佳施工參數(shù)。

3 壩基防滲施工工藝方案的選擇

3.1 帷幕灌漿工藝實驗結(jié)果分析及結(jié)論

3.1.1 檢查孔壓水試驗成果分析

檢查孔-3壓水試驗成果表見表2。

表2 檢查孔-3壓水試驗成果統(tǒng)計表

檢查孔-4壓水試驗成果表見表3。

通過表2所列數(shù)據(jù)分析，檢查孔-3總計壓水4段，透水率最小21.23 Lu，最大94.81 Lu，平均為44 Lu，表3所列數(shù)據(jù)分析，檢查孔-4總計壓水4段，透水率最小25.51 Lu，最大58.98 Lu，平均為35.85 Lu。兩檢查孔的透水率遠大于于設計5 Lu的防滲標準，說明灌漿效果差。

3.1.2 帷幕灌漿成果綜合分析

帷幕灌漿試驗區(qū)作為一個整體，特別是Ⅰ單元、Ⅱ單元在同一地層條件下進行不同漿液灌漿，其結(jié)果也不盡相同，在此做以綜述。

通過表4所列數(shù)據(jù)分析，在相同地層下，Ⅰ單元單位注入量為77.85 kg/m而Ⅱ單元為105.47 kg/m是A區(qū)單位注入量的1.35倍。分析其主要原因為Ⅰ單元開灌水灰比為5∶1，Ⅱ

單元開灌水灰比為3∶1，而整個試驗區(qū)呈現(xiàn)“吃水不吃漿”現(xiàn)象，灌漿過程中變槳困難，多以稀漿灌注結(jié)束，所以Ⅱ單元單位注灰量較Ⅰ單元稍高。

3.1.3帷幕灌漿工藝實驗結(jié)論

通過帷幕灌漿試驗的實施和試驗數(shù)據(jù)的綜合分析，可得出如下結(jié)論。

a.希尼爾水庫特殊的砂巖、泥巖互層地質(zhì)條件，灌漿方法不適用于此工程。

b.從灌漿孔竣工后檢查孔壓水試驗的成果來看，每段均未達到設計要求的防滲效果。

為保證希尼爾水庫防滲效果，根據(jù)試驗段施工情況，建議改帷幕灌漿為其它施工工藝。

3.2 銑削攪拌灌漿工藝實驗結(jié)果分析及結(jié)論

3.2.1 芯樣室內(nèi)抗壓強度及滲透系數(shù)試驗

對各墻體隨機抽取上部、中部、下部芯樣在室內(nèi)進行抗壓強度及滲透系數(shù)試驗，試驗結(jié)果見表5。

表5 芯樣抗壓強度及滲透系數(shù)試驗統(tǒng)計表

從表5可以看出，在各水泥摻量下，滲透系數(shù)均滿足要求，但水泥摻量13%的1#墻段由于水泥摻量偏少，抗壓強度過低；4#墻段水泥摻量比3#墻段水泥摻量高，但滲透系數(shù)和抗壓強度均稍差于3#墻段，對3#、4#墻段巖芯進行分析，發(fā)現(xiàn)4#墻段所處地層部位泥巖層厚度比3#墻段泥巖層厚度厚，4#墻段水泥土中泥巖含量比3#墻段多，說明泥巖對水泥土的均勻性和強度均有明顯影響；3#墻段和4#墻段下部芯樣抗壓強度均較低，說明在銑削攪拌水泥土防滲墻下部注漿施工環(huán)節(jié)，注漿量和注漿時間還要有所加強。

3.2.2 注水試驗成果及試件抗壓強度

采用巖芯鉆機在試驗墻體中心部位鉆取注水試驗孔，孔徑Φ75 mm，采用降水頭注水試驗方式進行檢查，試驗深度13 m，并對在現(xiàn)場制作的水泥土試件進行7d、14 d的抗壓強度檢測。具體試驗結(jié)果見表6。

3.2.3 銑削攪拌灌漿工藝實驗結(jié)論

綜合分析表5、表6可以看出，在水泥摻量遞增的情況下，墻體滲透系數(shù)遞減規(guī)律明顯，墻體穩(wěn)定性符合設計要求，且自15%水泥參量起的銑削攪拌水泥土墻的防滲系數(shù)達到希尼爾水庫壩基的防滲要求。

表6 注水試驗及試件抗壓強度結(jié)果統(tǒng)計表

4 結(jié)論

根據(jù)施工規(guī)范，通過嚴格的帷幕灌漿和銑削攪拌灌漿實驗的實施，綜合分析實驗所得數(shù)據(jù)，最終結(jié)論：在希尼爾水庫多孔隙砂巖壩基防滲施工中，最佳采用銑削攪拌灌漿施工工藝。