西域砾岩帷幕灌浆试验及灌浆方案优化设计

西域砾岩帷幕灌浆试验及灌浆方案优化设计

湛玉欣1，潘明坊1，张冬霞1，西热尼古丽·艾依提1，皮进2，梁临江1，张博涛1

1.喀什地区莫莫克水利枢纽工程建设管理局，喀什，844000；2.中国水利水电科学研究院，北京，100038

摘要 针对莫莫克水利枢纽工程西域砾岩帷幕灌浆设计问题，通过分析不同设计参数下帷幕灌浆效果，并结合试验检测成果，对西域砾岩坝基帷幕灌浆设计方案进行了优化，提出了莫莫克水利枢纽工程后续帷幕灌浆施工参数，可为后续工程建设和相关西域砾岩地区的水利水电工程建设提供重要参考。

关键词 西域砾岩；帷幕灌浆；灌浆设计灌浆设计；灌浆方案优化

前言

西域砾岩是一套灰色、黑灰色冲-洪积扇相的晚新生代磨拉石建造，西域砾岩属第四系地层，广泛分布于新疆塔里木盆地周边、天山南北麓、昆仑山北麓以及祁连山山前等地区，西域砾岩主要为变质砂岩、灰岩、石英岩及脉石英等，由钙质或泥沙质胶结半成岩。西域砾岩因其孔洞型结构导致渗透理论和渗透路径均不明确，且岩体具有遇水软化、强度降低等特点，灌浆可灌性较差，因而在西域砾岩地区修建水利枢纽工程，坝基帷幕灌浆设计方案是工程设计过程中的难点问题之一，本研究结合正在修建的莫莫克水利枢纽工程帷幕灌浆试验，探讨了西域砾岩坝基帷幕灌浆设计方案及优化措施，可为后续相关西域砾岩地区的水利水电工程建设提供重要参考。

1工程概况

莫莫克水利枢纽是提孜那甫河中游河段上的控制性工程，起着龙头水库的重要作用，主要承担防洪、灌溉兼顾发电的工程任务。

莫莫克水利枢纽工程莫莫克水利枢纽坝址区西域砾岩以泥质胶结为主（泥质胶结占85%以上），局部为泥钙质胶结，巨厚层状，属软岩，遇水易软化，裂隙不发育，岩体完整。河床下伏基岩为西域组砾岩，强风化层厚3～5m，弱风化层厚8～10m。基岩透水率q＜5Lu界限埋深在基岩面以下15～55m左右，透水率q＜3Lu界限埋深一般在基岩面50～55m。

2灌浆设计方案

2.1灌浆布置

帷幕灌浆控制标准均为深入3Lu线以下5m。帷幕灌浆分三序施工，Ⅰ、Ⅱ序孔水泥灌浆，Ⅲ序硅溶胶灌浆。具体灌浆布置情况见表1。

表1 帷幕灌浆布置

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      2.2试验目的

生产性试验的目的主要是论证大坝基础灌浆的灌浆参数、施工方法及工艺的合理性与可行性，了解地层的可灌性等，推荐适宜的灌浆布置参数。

2.3灌浆参数

帷幕灌浆按2排布置，生产性试验和科研性试验按照排距和孔距开展交叉试验，具体组合参数见表2。

表2对比试验组参数

3灌浆试验成果与分析

河床段试验区帷幕灌浆孔压水试验结果见表3所示，由表3可知，3个试验区第1~2段透水率基本小于3Lu，第3段透水率略有增加，表明先施工的固结灌浆起到了较好效果。3个试验区基岩完整性较好，在灌浆前就基本达到弱透水状态（1~10Lu）。经过灌浆处理后，3个试验区岩体整体透水性基本达到微透水状态（0.1~1Lu），明显改善了岩体的渗透条件。灌后检查孔透水率均小于3Lu，满足设计要求。3个试验区均表明表明随着灌浆次序的增加，试验区岩体的渗透性在随之逐步减小，岩体透水率随灌浆次序而逐序递减的规律明显。分析各区单位注灰量，试验1区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序灌浆孔的单位注灰量分别为12.58kg/m、10.75kg/m、3.55kg/m，试验2区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序灌浆孔的单位注灰量分别为9.22kg/m、7.96kg/m、3.45L/m，试验3区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序灌浆孔的单位注灰量分别为11.06kg/m、7.32kg/m、3.97L/m，3个区都表明随着灌浆次序的增加，试验区岩体的渗透性在随之逐步减小。综合对比3个区试验结果，虽然试验1区Ⅲ序孔的水泥浆液单位注灰量(kg/m)与试验2、3区Ⅲ序孔硅溶胶溶液单位注入率(L/m)不便于比较，但总体上，两种灌浆材料灌浆后的检查结果均满足设计防渗要求。 I、Ⅱ序采用水泥浆液、Ⅲ序采用硅溶胶溶液时，2区、3区采用孔距2m与孔距1.5m的不同孔距情况下，灌后质量检查结果均能满足设计要求。

表3  河床区岩体灌浆前、后透水率

4灌浆效果评价

对部分钻孔进行了灌前、灌后声波测试、孔内电视、压水试验和数字钻进试验检测，检测结果见表4。由表7可知，多种检测手段均反映，在帷幕灌浆后，西域砾岩地层得到了加强，各项指标满足设计要求，灌浆试验取得了预期效果。

表4灌浆检测结果

5灌浆参数优化

根据试验结果，排距2.5m和排距1.5m均能满足设计防渗要求，孔距2m和孔距1.5m也均能满足设计防渗要求。在灌浆辐射半径相同的前提下，采用排距1.5m客观上灌浆辐射搭接面积更大，更有利于形成灌浆帷幕，建议后续施工采用排距1.5m，孔距2m。结合试验结果，推荐后续灌浆施工的相关参数布置如表5所示。

表5推荐灌浆施工参数

灌浆试验中采用了水泥灌浆和硅溶胶溶液进行灌注，灌后检查结果都符合要求，灌浆质量都可以得到保障。考虑到西域砾岩岩性特殊，建议在帷幕灌浆生产施工中Ⅲ序孔全部采用硅溶胶浆液进行灌注。灌浆试验中采用的回转式钻进和风动冲击式两种造孔方式，都满足帷幕灌浆造孔要求；但采用风动冲击式钻进过程中无需用水，结合西域砾岩遇水易软化的特性，建议帷幕灌浆造孔方式采用风动冲击回转式钻进，采用高压风水联合冲洗。检查孔造孔采用回转式。

6结论

本文针对莫莫克水利枢纽工程西域砾岩帷幕灌浆设计方案开展了试验研究，通过对不同灌浆参数下帷幕灌浆效果进行分析，对帷幕灌浆工艺和灌浆参数提出了优化措施，可为工程后续建设和类型西域砾岩地区地基帷幕灌浆施工方案提供重要参考。

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