坝基河床断层破碎带压水试验施工工艺

房 晨

(新疆吐鲁番市高昌区水管总站，新疆 吐鲁番 838000)

1 工程概况

阿拉沟水库枢纽工程位于新疆维吾尔自治区吐鲁番地区托克逊县境内，是阿拉沟河上的重要控制性工程，属新疆坎儿井保护及节水灌溉项目。

阿拉沟水库具有防洪、供水、灌溉等综合利用效益，水库总库容4450万m3，主要建筑物大坝为沥青混凝土心墙堆石坝，最大坝高105.26 m。

坝区基岩为上泥盆统天格尔组第二亚组(D3tb)，岩性成分较为复杂，主要为灰黑色凝灰质粉砂岩、凝灰质砂岩与硅质岩夹页岩、淡灰色凝灰岩，属厚至巨厚层状夹薄层状构造，泥质、沉凝灰质结构，接触式胶结，物理力学性质不稳定。

坝区断层及节理裂隙较为发育，特别是河床段心墙基础，开挖揭示反映，断层发育，岩性复杂，多有夹泥现象，岩体完整性差，力学强度很不均一。河床部位主要有3条较大规模断层：F3、F39、F56，其中F56规模最大，顺河床发育，穿坝轴线基础而过，断层破碎带宽12 m，影响带宽1～2 m，主要由碎裂岩、角砾岩、糜棱岩及断层泥组成。

2 存在的问题

阿拉沟水库坝高105.26 m，属高坝，地质条件复杂、较特殊，特别是河床段的地基加固、防渗处理施工至为重要。

坝基河床段全长114 m，设计布置3排帷幕孔，两边排为副帷幕、孔深为主帷幕的0.6倍；中间排为主帷幕、孔深深入相对不透水层(q≤5 Lu)以下5 m，孔、排距均为2 m。

工程质量不容忽视，但是不必要的资金投入也是不可取的，因此灌浆帷幕底线的准确判定是关键。在河床段断层破碎带帷幕灌浆施工过程中，压水时采用常规的球形胶塞很难卡紧，绕塞返水现象较为普遍，无法真实反映岩石透水情况，直接影响到钻孔终孔深度的确定[1]。

3 实施方案

针对这一问题，通过多次反复试验：采用胶囊塞、球形胶塞、圆柱形胶塞等不同试验材料，进行机械顶压式、螺杆压缩式和液压式工艺试验，并通过单、双塞和合并压水段次等方法进行对比试验。在现场实施过程中，对先导孔KZ53孔终孔段进行压水试验，首先采用螺杆压缩式球型塞(长度60 cm)，连接好管路后开启灌浆泵进行冲洗、压水试验，正常压水结束后，计算得到的透水率为6.74 Lu，但在压水试验过程中发现有绕塞现象发生。紧接着用同样的施工方法，把螺杆式球形塞换成液压式胶囊塞(长度100 cm)后，压水试验结束后得到的透水率为5.17 Lu。最后一次采用加工改进后的顶压式柱形塞(150 cm)，最终得到的压水试验透水率3.68 Lu，满足了设计防渗帷幕标准。通过对河床段3个先导孔终孔段压水试验分别采用不同的胶塞类型，得到的结果均不相同，详细结果见表1。

表1 河床段先导孔终孔段压水试验数据对比表

最后选用圆柱形胶塞，采取机械顶压式压水工艺解决了断层破碎带先导孔压水试验时绕塞返水的问题，压水试验资料能够真实反映地层透水情况，为确定帷幕底线提供了依据，从而在满足工程质量的前提下，有效地减少了工程投资，并缩短了灌浆施工工期。在进行压水试验施工时，为了确保机械顶压式栓塞可以膨胀充分，保证圆柱形栓塞可以充分接收到钻机油压系统的压力。在施工现场先将一个支撑管和钻杆进行连接后插入至孔底，并将金属垫片放置到橡胶球之间用于压力的传递。钻机油压在施加外力时，可以利用垫片和支撑管之间的反作用力使球形塞出现膨胀，从而更好地保证止水效果。考虑到工程区域破碎带裂隙发育，要先对钻孔进行清洗，清洗过程中要注意钻具必须下入到孔底，一般一个孔清洗0.5 h左右。在止水栓放置钻孔之前要注意对地下水位进行观测，在测量时，需要将下导线缓缓放入到钻孔。导线头部的金属块和水电接触导电后使用万用表进行读数，并对这时导线长度进行测量，从而得到比较稳定的地下水位值。向钻孔中进行注水时，分别按照3个压力等级进行注水，在不同的压力下，每分钟要观测一次，直到持续5次流量都达到了稳定后终止。然后观测下级流量。升压完成后，要观测降压情况。压力加载顺序分别按照0.3 MPa→0.6 MPa→1.0 MPa→0.6 MPa→0.3 MPa这5个阶段开展，完成读数后要做好现场记录工作，并进行检查，然后将压水设备取出[2]。

施工过程中，项目法人现场代表与监理工程师进行24 h旁站监理，一方面监督质量、掌握第一手试验资料；另一方面配合施工单位做好现场协调和施工管理，共同见证先导孔终孔段压水试验成果，确定灌浆帷幕施工底线。

4 评价与建议

4.1 质量效益及验收评价

4.1.1 灌浆质量效果

本工程河床段一共布置了检查孔19个，压水试验175段，其中接触段及其下一段全部合格，不合格的4段均发生在第4段以下，满足规范和设计要求。

剔除第1、2段，压水试验137段，不合格段数占3%，即合格段数占97%，满足技术规范“在以下的段数的合格率应在90%以上”的要求；不合格段数中的透水率最大值为7.54 Lu，且分布在4个孔中，满足技术规范“不合格段的透水率值不超过设计规定值的100%，且不集中”的要求。

经单元工程质量评定，大坝基础河床段帷幕灌浆6个单元工程质量全部优良，完全满足设计要求。

4.1.2 经济效益分析

本工程项目河床段帷幕灌浆范围长度约114 m，根据施工图纸统计，共计198个帷幕灌浆孔，对比表1河床段先导孔终孔段压水试验数据，每个灌浆孔深相应可减少10～15 m，那么整个河床段帷幕灌浆可减少工程量2970 m，如此一来就可以节约工程投资约171万元，灌浆施工工期缩短15 d，显著降低了工程的施工成本，提高了施工的经济效益，缩短了施工工期[3]。

4.1.3 阶段验收评价

沥青混凝土心墙施工前，项目法人组织大坝基础重要隐蔽工程阶段验收，专家一致认为，河床段基岩灌浆工程质量满足设计要求，给予通过。

4.2 两点建议

(1)断层破碎带采用“孔口封闭、孔内循环”自上而下分段灌浆法，对工程质量有保证，且施工难度不大，现场易操作。在进行注浆之前要先进行试水，查看是否出现了渗漏的情况。在进行试灌时，要对灌水时间和灌水量进行记录，并将记录结果作为灌注压力和灌浆量的参考数据。注浆作业时，要注意观察注浆量的变化情况和注浆压力的变化情况。认真对各孔施工过程中孔深、钻孔位置、钻进情况、施工序号、注浆压力、注浆异常等情况进行记录，并对相关资料进行整理，制作成图表。如果注浆过程中止浆盘产生了变形，要马上终止注浆。如果止浆盘出现跑浆的情况时，要马上使用打木楔、筛填棉纱等措施进行堵漏。

全孔注浆完成后，分段将0.6∶1的浓浆从孔底向孔口压入，然后进行封孔。直到有砂浆或浓浆从孔口冒出后停止[4-5]。

(2)在进行断层破碎带的压水试验时，特别是帷幕底线的确定是试验的重点。为了保证试验结果的准确性，选择合适的压水试验材料和施工方法是关键，工程的参建各方特别是施工方要认真对待，严格按照要求进行施工，保证施工质量。

5 结 语

新疆吐鲁番地区阿拉沟水利枢纽工程大坝河床段基岩灌浆通过阶段性验收，质量合格，项目法人表示放心。虽然在地质条件复杂的断层破碎带上，施工难度大，但只要参建各方齐心协力，认真做好每一道工序，就能既保证工程质量又节省工程投资、节约工期，可为今后其他类似工程项目管理积累一定的经验。

[1] 黄震.流固耦合作用下岩体渗流演化规律与突水灾变机理研究[D].徐州：中国矿业大学，2016.

[2] 张伟杰.隧道工程富水断层破碎带注浆加固机理及应用研究[D].济南：山东大学，2014.

[3] 兰兵.断层组应力分布的数值模拟及巷道组支护技术研究[D].淮南：安徽理工大学，2012.

[4] 王双龙.大渡河大岗山水电站建基岩体地质缺陷工程特征及处理措施研究[D].成都：成都理工大学，2012.

[5] 王乾，曲立清，郭洪雨，等.青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术[J].岩石力学与工程学报，2011，30(4)：790-802.