某水电站高喷防渗墙检测方法综合分析

李 川,张 挺, 王 飞

(广东省水利水电科学研究院，广东省岩土工程技术研究中心，广东 广州 510635)

某水电站高喷防渗墙检测方法综合分析

李 川,张 挺, 王 飞

(广东省水利水电科学研究院，广东省岩土工程技术研究中心，广东 广州 510635)

通过在1次检测过程中运用多种检测手段对某水电站防渗墙进行检测，并就检测结果进行综合分析，从而得出防渗墙工程中的一些值得借鉴的工程经验。

防渗墙检测;围井试验;抽芯; 钻孔电视

1 概述

某水电站枢纽工程是一宗以发电为主，结合航运、灌溉的水电枢纽工程。其上游永久防渗墙采用双排三管旋喷桩作为该水利枢纽工程闸坝前的垂直防渗帷幕。为了检测墙体的施工质量，包括桩身的均匀度、桩身强度、桩身的长度及桩身防渗性能等多项指标是否符合设计要求，采取了多种方法对防渗墙进行了检测并对其性能作一综合分析。

2 工程地质概况和防渗墙的设计施工情况

2.1 工程地质情况

根据工程地勘资料，试验场地主要土层自上而下分布如下(见图1)：

图1 参考的地质剖面示意

④第三系下统丹霞群砂岩(Edn)：呈灰色、灰白色，局部夹有砂砾岩，强风化状态，节理裂隙较发育。

2.2 防渗墙的设计施工情况

根据防渗墙设计资料，防渗墙为闸坝上游永久防渗墙，采用双排三重管高压旋喷桩，固化剂采用32.5R普硅水泥，桩径为Ф1 000 mm，高喷孔平行于防渗墙轴线方向孔距为0.80 m，垂直于防渗墙轴线方向孔距为0.693 m，梅花形布置，防渗墙要求进入强风化砂岩1 m。按设计要求，防渗墙渗透系数K≤5×10-5cm/s。防渗墙大样图见图2。

图2 高喷防渗墙大样示意(单位：mm)

防渗墙施工各施工参数为：气体压力为0.6～0.8 MPa，流量为0.8～1.2 m3/min；水压力为38 MPa，流量为75 m3/min；水泥浆液压力为0.4 MPa，流量为80 m3/min，比重为1.65～1.70；喷浆提升速度为6 cm/min，旋转速度为6 r/min。

3 检测方法及检测结果

3.1 围井注水试验[1]

围井的形成是当旋喷桩防渗墙施工完后，在防渗墙下游侧随机选择一个位置，用与原设计相同的工艺施工两面双排旋喷桩墙(内排旋喷桩轴心边长为 4.0 m)，与原防渗墙围封成1个三角形的试验围井。围井内布置1个注水孔，钻至围井底部，围井外布置1个水位观测孔。围井的试验剖面图见图3。

试验时，采用小型水泵往注水孔里注水，定时用电测水位计观测内外水位观测孔的水位，同时用流量表量测注水流量，当水位及流量均达到水利部《水利水电工程钻孔注水试验规程》有关规定的稳定标准时，计算围井的综合渗透系数。

图3 围井试验剖面示意

假定防渗墙墙体为均质，渗流为层流，符合达西定律，围井的综合渗透系数按《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》中公式:

(1)

式中Q为稳定的注水流量；t为防渗墙厚度；L为围井周边轴线长度；H0为围井内试验水位至井底深度；h0为围井外水位至井底深度。

本工程中共做了2个围井，从试验结果看，2个围井的渗透系数分别为3.4×10-6cm/s和3.7×10-6cm/s，小于5×10-5cm/s。

3.2 墙体抽芯检测

墙体的钻孔抽芯检测采用重庆探矿机械厂生产的xy-2pl型钻机，钻头口径为Φ108 mm，采用单动双管金刚石钻头清水回旋钻进。钻孔抽芯检测的具体位置，以随机抽取为原则，共抽取了9个孔。

抽芯结果表明，① 在粉细砂层(②-2)及中粗砂层(②-3)，各桩成桩质量较佳，抽得芯样呈短到长柱状，局部块状，水泥分布较均匀，胶结较好，部分芯样还可见卵石镶嵌其中；② 在砂砾石层(②-4)，抽得芯样普遍呈碎块到块状，部分呈短柱状，较破碎，采取率也较低，含较多游离粒径20～60 mm卵石，卵石有外裹水泥痕迹；③ 在全风化层及强风化层，大部分钻孔芯样未见水泥，小部分为与碎块状强风化花岗岩胶结的水泥土，呈块到短柱状，水泥分布较均匀，胶结较好。

3.3 芯样室内无侧限抗压试验及渗透试验

在抽芯取得的芯样中选取符合试验尺寸要求的芯样进行室内试验，包括芯样的无侧限抗压强度和室内渗透试验。

作抗压强度试验的水泥土芯样共8组24个芯样，试验成果表明，其无侧限抗压强度变化较大，在2.2～13.7 MPa之间，平均为6.3 MPa。作室内渗透试验的水泥土芯样共2组12个芯样，试验成果表明，其芯样渗透系数在8.34×10-8～9.23×10-8cm/s之间，平均为8.79×10-8cm/s。

3.4 墙体抽芯孔注水试验

为检测防渗墙墙体的渗透性，对抽芯孔采取注水试验，即在抽芯孔中注水，通过观测记录抽芯孔在单位时间内的注水速度(此速度即为抽芯孔孔壁的渗透速度)，利用达西定律，计算出墙体的渗透系数。

假定防渗墙墙体为均质，渗流为层流，符合达西定律，渗入土层的水等于钻孔内注入水的流量，则根据《水利水电工程钻孔注水试验规程》公式：

(2)

式中 Q为注水流量；H为内外水头差；A为形状系数，则可算出各随机抽芯孔的渗透系数。

试验在9个抽芯孔中分段次进行。试验结果表明，各孔上部的渗透系数均小于下部。各孔的渗透系数在5.96×10-6～2.66×10-5cm/s之间，小于5×10-5cm/s。

3.5 钻孔电视察看孔内侧壁[2]

由于各抽芯孔在砂砾石层抽得芯样较破碎，我们认为抽得的碎块状芯样并不能全面地反映高喷墙水泥土在该地层的胶结状况，因而，决定采用钻孔电视沿抽芯孔下探，观察抽芯孔的孔壁，以了解水泥土的胶结状况，从而以了解旋喷桩的真实的成桩情况。

采用的仪器为CR110-7D型管道探测系统，该系统带高清晰低照度CCD水下摄像机探头，吊入钻孔中进行录像，其生成的视频讯号通过电缆送入录像机或监视器，形成图像。钻孔电视的工作原理框图如图4所示，其技术指标如下：

摄像方式：1/4″ 彩色夏普CCD；

摄像灵敏度：0Lux(高亮白光开启)；

分辨率：420线(摄像头)；

密封耐压：5个大气压下无漏水现象；

工作温度：-10 ℃～+60 ℃；

信噪比： ≥48dB。

在对其中4个孔内水较清澈的抽芯孔进行察看对比后，观察结果如下：抽芯孔在砂砾层孔壁基本完整，水泥分布较均匀，胶结良好，可见卵石镶嵌其中，抽芯孔孔壁未出现蜂窝及孔洞现象。

图4 钻孔电视工作原理框示意

4 检测结果的综合分析

1) 按设计要求，旋喷桩应进入强风化1m，但从抽芯孔的结果看，各孔在全风化层、强风化层大部分钻孔芯样未见水泥，这是由于全风化层、强风化层为坚硬岩土层，成桩时喷浆未能穿透土层预定范围形成有效桩身，桩身缩颈，桩径变小。但由于全风化层、强风化层为弱透水层，因而对高喷墙的防渗性未造成大的影响。

2) 各桩孔在砂砾石层(②-4)抽得岩芯普遍较破碎，采取率偏低，主要是由于该层渗透性较强，地下水流速偏高，因而旋喷桩成桩时，卵石砾石与水泥土胶合强度偏低，抽芯时芯样在钻头的高速运转带动下，被部分游离的卵石砾石打碎造成岩芯破碎，这对芯样的采取率有一定的影响。经采用钻孔电视对部分抽芯孔在砂砾石层的孔壁进行察看，发现抽芯孔孔壁基本完整，水泥分布较均匀，胶结良好，可见卵石镶嵌其中，未出现蜂窝及孔洞现象。

3) 旋喷桩防渗墙强度变化较大，部分芯样强度偏低，而且，做室内试验的芯样均为胶合强度较好、芯样尺寸达到试验要求的试样，其余砂砾层段的碎块状试样胶合强度更低，其抗压强度应该比抗压试验结果更低，但由于旋喷桩墙主要目的为防渗，对高喷墙的防渗性未造成大的影响。

4) 从防渗墙围井试验、抽芯孔注水试验及室内渗透试验结果看，随机确定位置的围井的综合渗透系数、随机抽取芯样的室内试验渗透系数以及各抽芯孔各段次的渗透系数均≤5×10-5cm/s，可以满足设计要求。

5) 本次抽芯检测未能按照有关规范要求进行每个单元工程布置1个检查孔，也未布置在相邻两孔高喷墙体的搭处，为随机布孔，其结果仅供参考。

5 结语

通过以上的检测结果分析，可以得出防渗墙工程中值得借鉴的经验：

1) 旋喷桩在硬土层成桩时，压力的控制需一定工程经验，如控制不好则喷浆不能穿透土层预定范围形成有效桩身，从而造成桩身缩颈，桩径变小，严重时会影响工程质量。

2) 旋喷桩在砂砾石层成桩时，特别是砂砾层有地下水且地下水流速较大时，需控制好旋喷桩成桩的工艺参数，必要时添加速凝剂，否则会影响桩身水泥土在该地层的胶结强度。

3) 桩身抽芯检测时，钻孔电视的运用是个非常适合的补充手段，它可以观察钻孔孔壁的完整情况、水泥土的胶结情况及钻孔里面一些预料不到的情况，有助于更全面更客观地反映桩身的实际情况。

4) 多种检测手段的配合，特别是防渗墙围井试验、抽芯孔注水试验，可以更全面地评判防渗墙的防渗性能。

5) 以上几种检测手段均属随机抽样检测，结果具有一定代表性，但较难全面反映防渗墙整体质量，如需全面评判防渗墙的整体施工质量，则还须结合防渗墙局部开挖情况、蓄水后现场渗漏测试结果及查阅施工过程记录后再做进一步的综合分析。

[1] 水利水电工程高压喷射灌浆技术规范：DL/T5 200—2004[S].北京：中国电力出版社，2005.

[2] 林宗元. 岩土工程试验监测手册[M]. 沈阳：辽宁科学技术出版社，1994.

(本文责任编辑 马克俊)

Comprehensive Analysis of the Detection Method for A Hydropower Station with High-Pressure Grouting Impervious Wall

LI Chuan, ZHANG Ting, WANG Fei

(Guangdong Research Institute of Water Recourses and Hydropower; Guangdong Geotechnical Engineering Technology Research Centers, Guangzhou 510635, China)

A variety of detection methods are used in the hydroelectric station-impervious wall during a detection process and then comprehensive analysis is made on the detection results. At last, experience which learnt from these detections has provided some values for the similar projects later.

cutoff wall detection; bounding well test; core pulling; borehole television

2016-03-03;

2016-11-13

李川(1973)，男，本科，高级工程师，从事水利水电岩土工程研究工作。

TV543+.8

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：1008-0112(2016)012-0035-04