西域砾岩坝基固结灌浆质量评价方法研究

西域砾岩坝基固结灌浆质量评价方法研究

黄义博1，赵登锋1，郑应涛1，马军军1，皮进2，金祖凯1，阿依古丽·艾尼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

摘要针对西域砾岩坝基固结灌浆质量评价问题，通过分析西域砾岩物理力学性质，并结合莫莫克水利枢纽工程现场灌浆试验和试验检测成果，对西域砾岩坝基固结灌浆效果进行了分析，提出了西域砾岩固结灌浆质量综合评价方法，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。

关键词 西域砾岩；灌浆质量评价；灌浆检测；坝基处理

前言

西域砾岩工程力学特性呈现几个显著的特点：（1）西域砾岩颗粒级配极不均匀，性能介于土体与岩体之间，抗淘蚀能力差；（2）西域砾岩多为泥质、泥钙质胶结或半胶结，胶结性差，力学强度低，钻孔取芯率一般低于10%。其中，胶结性最好的钙质砂岩单轴抗压强度平均约为14MPa；（3）厚度大，赋存浅，岩性较单一，是塔里木盆地周缘、天山南麓和昆仑山北麓山前盆地水利工程主要岩层。目前在西域砾岩分布地区已建或在建的水利枢纽工程主要有五一水库、努尔水库、小石峡水电站和莫莫克水利枢纽工程等，根据已建工程经验，西域砾岩地区水利水电工程建设中，坝基加固质量至关重要，处理不当易导致出现库区渗漏。目前国内对西域砾岩灌浆质量评价相关研究较少，本研究结合正在修建的莫莫克水利枢纽工程，探讨了西域砾岩坝基固结灌浆效果评价方法，所采取的综合评价方法能有效评价西域砾岩坝基固结灌浆效果。

1工程概况

莫莫克水利枢纽位于提孜那甫河山区中游河段，地处叶城县柯克亚乡境内，工程区北距叶城县110km左右，东距柯克亚乡政府60km左右，自叶城县沿新藏公路至50km处。莫莫克水利枢纽是提孜那甫河上的控制性工程，起着龙头水库的重要作用，主要承担防洪、灌溉和发电的工程任务。水库为中型Ⅲ等工程，总库容为0.927亿m3，正常蓄水位为1894.0m，死水位1873.0m。工程由挡水坝、溢洪道、泄洪冲沙洞、发电引水系统及电站厂房等组成。

2西域砾岩物理特性

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。西域砾岩力学性质主要同试验岩样的砾石含量、成份、颗粒直径、胶结成份及胶结程度等有关，通过现场和室内试验，测得莫莫克水利枢纽工程岩块（体）物理力学参数建议值见表1。

表1 岩块（体）物理力学参数建议值

3坝基固结灌浆试验

3.1固结灌浆设计方案

以大坝基础固结灌浆为例，对心墙基座混凝土底部进行固结灌浆，排距1.5m、孔距3m，共4排，灌浆深度为5m（细分为0-2m，2-5m），固结灌浆孔均布置成梅花形，分为两序施工。灌浆水泥采用高抗硫酸盐水泥。灌浆深度指从基座混凝土底面垂直到孔底的深度。基座混凝土范围内的固结灌浆应在基座混凝土浇筑之后进行，钻孔灌浆必须在基座混凝土达到设计强度后方可进行。

3.2固结灌浆工艺

固结灌浆施工程序：底板混凝土浇筑达设计强度后→上、下游排固结灌浆孔钻孔→压水试验→灌浆→封孔→中间排固结灌浆孔钻孔→压水试验→灌浆→封孔。（达到要求后进行检查孔施工）

4灌浆质量评价方法

4.1压水试验

坝基灌浆布置图见图1所示，该部位开展了灌浆前部分孔和灌浆后检查孔压水试验，灌浆孔压水试验采用单点顶模法，不同深度的压水试验成果见表2所示。

图1 灌浆布置图

表2 不同位置灌浆前后透水率统计表

从表2可知，坝基地层前两米（1844.05m～1842.05m）透水率在10.17Lu～15.44 Lu之间；地层后三米（1842.05m～1839.05m）透水率在7.36Lu～14.92 Lu之间。该部位地层上部渗透性等级属中等透水，下部属弱透水。坝基灌浆后检查孔透水率在0.10Lu～0.96 Lu之间，均小于1 Lu。从灌浆前后透水率对比看，该部位灌浆效果较好。

4.2钻孔声波波速测试

对坝基灌浆孔灌前、灌后进行声波波速测试，灌前钻孔波速平均值范围为3136.0m/s~3732.3m/s，灌后波速平均值范围为3510.0m/s~4313.2m/s，灌后钻孔声波波速均得到了不同幅度的提高，提高幅度为5.1%~33.2%，其中灌前波速值越低，灌后提升的效果越明显，灌前波速越高，提升率越低，但灌后平均波速值均在3500m/s以上。

4.3数字钻进测试

钻孔过程中钻具实时响应特征蕴藏着大量工程地质信息，通过解译钻进数据定量评价岩体完整性，可为快速获取工程岩体的地质特征提供新途径。DPI和岩体完整性的关系见表3。

表3 DPI和岩体完整性的关系

根据坝基多个灌浆孔数字钻进检测成果统计，灌前地层岩体完整率平均值为70.66%，灌后岩体完整率平均值为85.00%，平均完整率提高率为20.3%，这表明固结灌浆使地层的岩体质量得到提高。

4.4钻孔电视

为从最直观的角度验证固结灌浆效果，对灌浆孔灌前和灌后检测孔进行钻孔电视测试，典型灌前、灌后钻孔电视对比见图4所示。由图4可知，灌前岩体以灰黑色厚层砾岩为主，岩石中夹杂淡黄色砂，0.85m处有一明显空隙，灌后0.85m处的空隙已填充水泥浆液，灌后岩体整体结合情况较好。这表明，通过固结灌浆，西域砾岩灌前的破碎、空洞等缺陷部位得到有效改善。

（a）灌前                   （b）灌后

图4 典型钻孔灌前、灌后钻孔电视影像

4.5综合评价

通过压水试验、声波测试、数字钻进和孔内电视四项检测手段，对西域砾岩坝基固结灌浆质量进行综合评价，综合前面试验和检测数据，可认定灌浆效果较好的检测结果为：灌后钻孔透水率小于1Lu、声波平均速度不小于3500m/s（或波速提高率达到10%）、岩体完整率应不低于80%（或岩体完整率提高率达到10%）、钻孔电视影像能发现薄弱部位得到改善。

5结论

本文针对莫莫克水利枢纽工程西域砾岩坝基固结灌浆质量评价问题开展了研究，通过对压水试验、声波测试、数字钻进和孔内电视四项检测手段的检测效果进行分析，提出了西域砾岩坝基固结灌浆质量综合评价方法，后期工程建设过程中若满足综合评价指标，则表明坝基固结灌浆质量良好，为工程后续建设和类型西域砾岩地区地基固结灌浆处理评价提供重要参考。

参考文献：

[1]黎康平, 王玉杰, 李守义,等. 西域砾岩高边坡坡脚侵蚀的破坏机理研究[J]. 水利水电技术, 2017, 48(12):7.

[2]曹瑞琅, 王玉杰, 赵宇飞,等. 一种工程现场测定岩体强度的数字钻进设备及方法:, CN112253049A[P]. 2021.

[3]王玉杰、佘磊、赵宇飞、曹瑞琅. 基于数字钻进技术的岩石强度参数测定试验研究[J]. 岩土工程学报, 2020, 42(9):10.