Tendaho火山巖地層防滲帷幕灌漿效果分析

周志建

（江西省水利水電建設有限公司，江西 南昌 330025）

1 概述

1.1 工程概況

Tendaho大壩位于亞的斯亞貝巴以東575 km的埃塞俄比亞大峽谷的中部，座落于AWASH河中下游的AFAR區(qū)，距NOKIA鎮(zhèn)5 km。大壩為粘土心墻壩，壩頂長 412.00 m，壩頂寬 10.00 m，最大壩高 53.00 m，壩頂高程413.50 m；壩址處控制集雨面積 17 000 hm2，正常蓄水位 408.00 m，設計洪水位 410.40 m，水庫總庫容 18.6億m3。該水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪等綜合效益的大型水庫。工程主要建筑物有大壩、溢洪道、灌溉涵管等。

大壩于2005年冬動工修建，2007年4月20日成功截流，2008年7月6日完成填筑。2008年8月28日導流洞封堵，大壩開始蓄水。蓄水期間，水位由高程396.00 m 提高至405.00 m，上升 9.00 m，接近設計洪水位，維持整個雨季，大壩左右岸出現(xiàn)不同程度的滲漏。因此，Tendaho大壩項目的技術專家組提出對大壩左右山體和左右岸壩肩采用帷幕灌漿處理。

Tendaho后續(xù)灌漿工程開始于2010年12月，并于2012年8月完成。設計工程量為鉆孔2 842 m，帷幕灌漿17 900 m，壓水試驗456段。工程實際完成鉆孔25 407.04 m，帷幕灌漿20 596 m，壓水試驗516段。

1.2 水文地質(zhì)條件

本區(qū)域內(nèi)降雨稀少，日照時間長，氣溫高。主要降雨期為7～9月份，以陣雨為主。施工期間，基本不受雨季的影響。

1.3 工程地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)為火山巖，地層呈水平狀，軟、硬巖層相互交替，自上而下分別為隱晶玄武巖、結(jié)塊(燒結(jié)體)、隱晶玄武巖、凝灰?guī)r、玄武巖等。

2 帷幕灌漿設計

本文選擇有代表性的大壩右岸山體帷幕灌漿在設計、施工、質(zhì)量檢查等方面的內(nèi)容作歸納和總結(jié)。

帷幕灌漿按3排設置，孔距3 m，排距0.75 m，總孔數(shù)為150孔，帷幕灌漿孔孔深在6～48 m之間。第一排為垂直50孔，兩序施工；第二排為15°傾斜50孔，兩序施工。在第一排和第二排之間插入第三排孔，其為15°傾斜50孔，一序施工。

先導孔從第二排一序第四個孔開始，每隔21 m設置一個，共7個先導孔。其孔深要超過帷幕設計孔深6 m。

檢查孔按帷幕孔數(shù)不低于10%，并按設計要求設置，共16個檢查孔。第一排垂直孔和第二排傾斜15°孔鉆灌結(jié)束之后，監(jiān)理要求第一排和第二排之間（即第三排）實施第一次檢查孔施工，數(shù)量為7個（檢查孔01～07），間隔為21 m，第三排的第07孔為檢查孔01。在完成檢查孔01～07的施工后，實施第三排傾斜15°孔鉆灌施工，鉆灌結(jié)束之后，在第三排軸線上實施第二次檢查孔施工，數(shù)量為 9個（檢查孔 08～16），間隔為 18 m，第一排二序01號孔與第三排軸線正交的位置為檢查孔08(孔位布置如圖1所示)。

帷幕灌漿防滲標準：透水率不大于5 Lu，各段合格率應不小于90%，不合格試段的透水率不大于7.5 Lu，且不集中，即認為灌漿質(zhì)量合格。

圖1 大壩右岸山體帷幕灌漿孔位布置

3 帷幕灌漿施工

3.1 帷幕灌漿施工工藝流程（圖2）

圖2 帷幕灌漿施工工藝流程

3.2 帷幕灌漿施工

3.2.1 灌漿孔孔位測量方法

按照設計灌漿孔孔位布置要求，對所有的灌漿孔進行編號，然后使用全站儀測量確定所有灌漿孔的位置，并使用紅色油漆進行灌漿孔位置的標識與現(xiàn)場編號。

3.2.2 鉆孔

采用油壓回轉(zhuǎn)式鉆機和金剛石鉆頭鉆孔，孔位偏差不大于20 cm，孔斜率小于2%，孔徑130～75 mm，鉆孔孔深不小于設計孔深；鉆孔達設計孔深后，用清水沖洗鉆孔，使其孔內(nèi)沉積物厚度不超過20 cm。

3.2.3 裂隙沖洗

帷幕灌漿孔在灌漿前采用壓力水進行裂隙沖洗，直至回水清凈時止。沖洗壓力為灌漿壓力的80%，且不大于1 MPa。

3.2.4 灌漿

灌漿材料為標號42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，灌漿均采用自上而下分段灌漿，其水灰比由稀至濃逐級變換，采用3∶1、2∶1、1.5∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1等比級，灌漿壓力控制情況見表1和表2。灌漿壓力控制原則如下：

（1）如果灌漿段注入量在35～60 L/min和壓力在0～1/3最大壓力10～15 min保持不變，建議調(diào)整到更濃的漿液，采用逐級變濃的原則。如果在短時間內(nèi)觀察到壓力增大，回漿管有回漿，維持同樣的配合比注入。

表1 灌漿壓力控制原則

表2 灌漿壓力表最大壓力控制原則

（2）如果灌漿段注入量在34～25 L/min時，壓力控制在2/3最大壓力。

（3）如果灌漿段注入量在25 L/min以下時，壓力控制為灌漿段最大壓力，注入時間如果超過25～30 min表示此灌漿段灌漿未結(jié)束，待干24 h后，重復灌漿直至達到灌漿結(jié)束標準方可進行下一階段灌漿作業(yè)。

（4）最大注入量不能超過0壓力下60 L/m。

（5）為了避免地縫表面漏漿、水力壓裂和非常大的注入量，可采取灌砂漿、降低灌漿壓力、使用灌漿添加劑、間歇灌漿等，這取決于遇到的地質(zhì)條件。

3.2.5 漿液變換原則

當灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不改變水灰比；當某級漿液注入量已達330 L以上，或灌漿時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，則改濃一級水灰比；當注入率大于30 L/min，在無串漿、漏漿情況下，壓力沒有升高、流量沒有減小或灌漿單耗超過400 kg/m時，可越級變濃；如果在注漿過程中壓力開始上升，漿液不應進一步變濃，注漿應以使用的漿液持續(xù)到壓力接近該階段的最大值，然后漿液逐步變稀。

3.2.6 灌漿結(jié)束標準

在規(guī)定壓力下，10 min時段內(nèi)其吸收量少于20 L，即可認為該階段已經(jīng)完成。

3.2.7 檢查孔壓水試驗成果

第一排和第二排鉆灌結(jié)束之后，在兩排中間布置（01～07）7個檢查孔，進行壓水試驗，其試驗成果統(tǒng)計詳見表3。

第三排鉆灌結(jié)束之后，在第三排軸線上進行9個檢查孔（08～16）的壓水試驗，其試驗成果詳見表4。

從表3可以看出，第一排和第二排帷幕孔鉆灌結(jié)束后，進行的第一次檢查孔壓水結(jié)果顯示仍有透水率大于7.5 Lu的灌漿段，存在一定的可灌性。

從表4可以看出，在增加了第三排灌漿孔鉆灌結(jié)束后，第二次檢查孔壓水結(jié)果顯示各孔段壓水透水率均小于5 Lu，滿足設計透水率要求。

4 防滲帷幕灌漿效果綜合分析

依據(jù)Tendaho大壩灌漿項目已完成的帷幕灌漿和檢查孔壓水試驗成果資料，經(jīng)統(tǒng)計和歸納，作出了如下分析：

4.1 單位注入量與孔序之間的關系分析

表3 01～07檢查孔壓水試驗成果

表4 08～16檢查孔壓水試驗成果

依據(jù)灌漿資料統(tǒng)計分析，其單位注入量與孔序關系分析詳見圖3及表5。

圖3 右岸山體各排孔序單位注入量直方圖

由圖3及表5可以看出，3排防滲灌漿段隨著孔序的不斷加密，單位注入量呈現(xiàn)出逐序減小的變化趨勢，符合一般灌漿規(guī)律，說明一序孔的可灌性較強，通過一序孔的灌漿二序孔的可灌性明顯減弱，灌漿效果明顯。

表5 單位注入量與孔排序關系

4.2 灌前灌后地層滲透性的比較

檢查孔壓水試驗透水率與先導孔壓水試驗透水率的比較分析見表6。

由表6可以看出，灌漿前代表原始地層的先導孔透水率小于5.0 Lu的段數(shù)累計頻率為4.3%，而灌后檢查孔透水率小于5.0 Lu區(qū)間內(nèi)的段數(shù)累計頻率為100%，經(jīng)灌漿后地層的滲透性顯著降低。代表原始地層的先導孔灌前透水率較大，存在裂隙及不穩(wěn)定層等漏水通道，經(jīng)過灌漿處理之后，檢查孔壓水試驗成果透水率均小于5.0 Lu，表明灌漿效果明顯。

5 防滲帷幕灌漿評價

（1）通過對右岸山體帷幕灌漿資料進行整編分析，其單位灌入量都呈現(xiàn)出隨孔序的增加而明顯遞減的變化趨勢，符合一般灌漿規(guī)律，說明帷幕灌漿效果明顯。

表6 檢查孔與先導孔壓水透水率的比較分析

（2）16個檢查孔共134段的壓水試驗結(jié)果表明，灌漿效果隨著帷幕灌漿孔排的增加，透水率從灌前的45.34 Lu 降到 6.38 Lu，再降到 2.93 Lu，最終結(jié)果均小于 5.0 Lu，滿足設計要求。

（3）檢查孔巖芯描述，水泥漿充滿巖石裂隙，結(jié)石明顯，說明灌漿有效范圍較大，帷幕灌漿整體防滲效果好。

通過對右岸山體帷幕灌漿資料整編分析、檢查孔的壓水試驗和巖芯描述表明：帷幕灌漿的灌漿壓力、水灰比等參數(shù)的選擇合理；設計的排距、孔距以及孔的角度符合該地質(zhì)地層；施工工藝在技術上可行。

［1］SL62-94，水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范［S］.

［2］江西省水利水電建設有限公司.埃塞俄比亞Tendaho施工總結(jié)報告［R］，2012.8.