希尼尔水库帷幕灌浆防渗试验效果分析

黄 超，肖伟华，韩 伟

(1.中国水电基础局有限公司，天津 301700；2.新疆维吾尔自治区塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒 841000)

1 概况

希尼尔水库位于新疆巴州尉犁县境内，是一座以灌溉为主的注入式反调节平原水库。水库原坝基采用垂直铺塑、砼搅拌桩及塑性混凝土防渗墙进行坝基防渗，部分坝段防渗深度偏浅，主坝段坝基渗漏量较大，严重制约着水库蓄水效益的发挥，对水库大坝结构安全也构成了严重影响。

针对希尼尔水库坝基渗漏严重状况，希尼尔水库管理局实施了除险加固措施，水库除险加固的重点是坝基防渗处理。经地质勘察，确定对水库坝轴线桩号2+436～7+100段坝基进行防渗处理，其中对桩号2+436～4+350段设计采用双排帷幕灌浆方法进行处理。

灌浆帷幕能否达到工程防渗要求，即其抗渗透性和抗渗透变形能力满足工程安全运行要求，取决于灌后有效帷幕的结构性状，即形成的地层挤密区、浆脉结石体及其胶结体3部分构成的结构体强度、渗透系数和厚度[1]。为验证灌浆施工工艺在希尼尔水库坝基地层的适应性，检验灌浆材料、施工参数的适用性、合理性，故先期开展帷幕灌浆试验，从而为帷幕灌浆施工提供必要的技术参数和可靠的技术支撑，灌浆试验位置确定在主坝轴线桩号2+430～2+466段。

2 防渗线工程地质条件

主坝段防渗线主要处于自然洼地内，地基上部为第四系冲洪积中粗砂夹砂砾石及局部低液限粉土，层厚在1.3 m～4.2 m之间，渗透系数2.5×10-3cm/s～3.3×10-4cm/s,具有中等透水性；下伏地层岩性为新近系砂岩、泥岩，互层状，据钻孔压水试验，自基岩面9.2 m～16.2 m以上岩体透水率多数大于5.0 Lu，在5.4 Lu～46.6 Lu之间，个别为96.88 Lu；9.2 m～16.2 m以下岩体透水率多在0.17 Lu～4.8 Lu之间，渗透性较弱[2]。

3 帷幕灌浆试验施工工艺

3.1 试验区选择与孔位布置

帷幕灌浆试验段位于主坝轴线桩号2+430～2+466段上游侧，距坝坡脚40 m处水库库盘内，帷幕灌浆轴线与坝基防渗轴线平行，长36 m，分上、下游两排，其中下游排(主帷幕)27个灌浆孔，上游排(副帷幕)22个灌浆孔，灌浆孔深14.4 m，同排孔分三序，排距、同排孔间距均为1.5 m。

3.2 主要施工工序

按照先灌注主帷幕(下游排)后灌注副帷幕(上游排)的顺序进行施工[3]。在同一排内，先施工Ⅰ序孔后施工Ⅱ序孔，再施工Ⅲ序孔。施工工艺流程见图1。

图1 帷幕灌浆工艺流程图

3.3 钻孔

采用XY-2型地质回转钻机钻孔，开孔孔径Φ91 m，终孔孔径不小于Φ56 mm。

3.4 压水

各灌浆孔在灌浆前均进行“单点法”压水试验。

压水试验成果计算方法如下：

q=Q/PL

式中：q为试段的吕荣值(透水率)，Lu；Q为试验段压入流量，L/min；P为作用于试段内的压力值，MPa；L为试段长度，m。

3.5 灌浆

采用P.O42.5普通硅酸盐水泥纯水泥浆液进行灌浆，水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1六个重量比级灌注，主帷幕排开灌比采用5∶1，副帷幕排开灌比采用3∶1。帷幕灌浆严格按分序加密的原则进行，同排帷幕内分三序采用“自上而下，孔口封闭，孔内循环灌浆法”灌浆。灌浆段长与压力见表1。

浆液变换和封孔严格按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL 62-2014)要求进行。

表1 各孔段段长与压力相对应表

4 结果分析

4.1 灌浆试验成果分析

主副帷幕排单位注灰量频率曲线图见图2，主帷幕排各次序孔单位注灰量频率曲线图见图3，副帷幕排各次序孔单位注入量曲线图见图4。

图2 主副帷幕排单位注灰量频率曲线图

图3 主帷幕排各次序孔单位注入量频率图

图4 副帷幕排各次序孔单位注入量频率图

帷幕灌浆试验段主帷幕排单位注灰量10 kg/m～50 kg/m段数占主帷幕排总段数的56.5%，50 kg/m～100 kg/m占20.3%，100 kg/m～1000 kg/m段数占21.3%，透水率10 Lu～100 Lu占67.6%，透水率>100 Lu占31.5%，透水率<5 Lu仅占0.9%；帷幕灌浆试验段副帷幕排单位注灰量10 kg/m～50 kg/m段数占副帷幕排总段数的34.1%，50 kg/m～100 kg/m占43.2%，100 kg/m～1000 kg/m占21.6%，透水率10 Lu～100 Lu占63.6%，透水率>100 Lu占30.6%，透水率<10 Lu占5.7%。

主副帷幕排各次序孔之间的单位注灰量和透水率规律性不明显。

4.2 检查孔成果分析

根据灌浆资料和地质条件的综合分析，共布置JCK-1、JCK-2两个检查孔。各检查孔与相邻孔透水率对比情况见表2、图5～图6。

检查孔成果表显示检查孔透水率比相邻孔同段数的透水率稍小，表明帷幕灌浆在该试验区有一定的效果，但透水率远未达到设计要求的5 Lu。

表2 检查孔与相邻孔透水率对比表

图5 JCK-1与相邻孔透水率比较示意图

图6 JCK-2与相邻孔透水率比较示意图

4.3 检查孔压水试验成果分析

JCK-1压水试验成果表见表3，JCK-2压水试验成果表见表4。

表3 JCK-1压水试验成果统计表

表4 JCK-2压水试验成果统计表

通过表3所列数据分析，JCK-1总计压水4段，透水率最小21.23 Lu，最大94.81 Lu，平均为44 Lu；通过表4所列数据分析，JCK-2总计压水4段，透水率最小25.51 Lu，最大58.98 Lu，平均为35.85 Lu。两检查孔的透水率远大于设计5 Lu的防渗标准，说明灌浆效果差。

4.4 开挖检查

为更直观的检查帷幕灌浆后试验段地层情况，检查孔施工完成后，在副帷幕排灌浆孔SF-18～SF-21上游侧进行开挖检查，开挖深度2.5 m，具体开挖情况见图7。图7a中，各灌浆孔之间无浆脉，灌浆孔周边地层无水泥浆液挤密、胶结情况，均为原始地层情况；图7b中，水泥浆只在灌浆孔中凝固胶结，无法进入周围地层孔隙中胶结地层，故无法形成阻水帷幕。

图7 现场开挖检查情况图

5 结语

(1)通过对本次帷幕灌浆试验结果分析，帷幕灌浆施工工艺在希尼尔水库以第四系冲洪积及新近系砂岩、泥岩互层状为主地层中并不适用。因该地层中砂岩胶结差，强度较低，属极软岩，具有易扰动性、遇水软化呈散沙状，而帷幕灌浆在施工中需大量用水，待灌浆处理部位在正式灌浆前砂岩已遇水软化崩解，细微颗粒将灌浆通道(浆脉)堵塞，所以可灌性变差，无法形成阻水帷幕，灌浆效果自然不佳。

(2)根据希尼尔水库主坝防渗线工程地质条件：下伏地层自基岩面9.2 m～16.2 m以下岩体透水率多在0.17 Lu～4.8 Lu之间，其岩性主要应以泥岩为主夹砂岩，具弱透水性。可合理利用地层该部位岩体这一特性，选择合适的地基防渗处理施工工艺，将隔水层设置于这一地层中，可起到节约工程投资，保证防渗效果的目的。

(3)工程正式施工前，需充分掌握工程施工部位地层情况，采用合理的地基防渗处理施工工艺，对节约施工时间，降低施工成本，同时确保施工质量都有很大帮助。