某水库帷幕灌浆第三方质量检测及评价

王立志,马 军,司富生,杨发军

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司, 西安 710065)

0 前 言

坝基渗漏是危及大坝安全的主要因素之一[1]。中国中小型水库数量庞大，病险水库问题较突出，其中坝基渗漏占病险水库相当一部分。坝基渗漏主要由帷幕灌浆质量问题引起，防渗帷幕是水电水利工程中的主要地下隐蔽工程[2]。帷幕灌浆的目的是在基岩中形成一道有一定防渗能力的屏障[3]。帷幕灌浆施工过程中，施工自检是质量管理体系的一部分，但不具备公平性原则[4]。在隐蔽工程质量检查中，引入独立的第三方进行质量检测十分必要。其目的是检查大坝防渗帷幕灌浆质量是否满足规范及防渗评定标准，为防渗帷幕竣工验收提供准确、可靠的检测资料。

本文以青海某水库工程为例，该工程帷幕灌浆施工自检质量全部合格后，建设单位在大坝填筑前引入第三方进行防渗帷幕质量检测。第三方检测以传统压水试验为主，结合孔内摄像、声波测试等物探手段，对帷幕质量检测，然后综合评价。

1 工程概况

1.1 设计概况

青海某水库工程是集调蓄、水源涵养、灌溉为一体的拦蓄式综合性水利工程，坝高57.3 m，兴利库容200.2×104m3，工程等级为Ⅳ等小(1)型，大坝为壤土心墙砂壳坝。

大坝填筑前对坝基进行固结灌浆及帷幕灌浆做防渗处理。固结灌浆采用双排，孔排距3.0 m，孔深8.0 m，灌浆压力采用0.3 MPa。帷幕灌浆采用双排灌浆孔，孔距1.5 m，排距1.0 m，设计帷幕透水率按5 Lu以内控制，采用分段自上而下，孔口封闭灌浆法，按2、3、5、5、5 m分段灌浆，对应灌浆压力为0.3、0.5、0.7、1.0、1.0 MPa。

1.2 基本工程地质条件

坝基岩体左岸为白垩系砂岩、砂砾岩，右岸为加里东期安山岩。砂岩、砂砾岩属中硬岩，岩体内陡倾角裂隙中等发育，层厚10～20 cm。安山岩属中硬岩，微裂隙极发育，裂隙多闭合，岩体破碎，薄层状结构。砂砾岩与安山岩呈角度不整合接触，接触带风化较强烈，岩体质量差。

2 第三方质量检测

2.1 孔位布置

本次检测帷幕灌浆长度为285 m，第三方质量检测孔位置由建设单位和监理单位根据灌浆施工过程中具体情况确定，检测孔数量根据相关规范按灌浆孔总数1%～3%控制，检测孔位于2排灌浆孔中间，检测孔深度比帷幕灌浆深度少0.5 m控制。

2.2 主要检测设备及技术流程

(1) 采用XY-150型立轴回转钻机、孔径75 mm金刚石“双管单动”钻头，提高岩芯获得率，直观判断裂隙发育程度及水泥结石充填饱满度。

(2) 灌浆自动记录仪，并经相关单位进行率定，气压式止水栓塞封孔，提高压水试验质量。

(3) 孔内高清全景彩色数字成像系统，直观、逼真观察水泥灌浆充填及帷幕灌浆质量。

(4) 孔内智能声波检测仪，检测声波在岩体内穿透情况，评价帷幕质量。

(5) 通过以上手段综合评价帷幕灌浆质量。

2.3 检测试验段长度和压力值

压水试验检测试验段长度与施工帷幕灌浆段长度一致。第1段长2 m、第2段长3 m、以下各段均为5 m。根据SL62-2014《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》[5]，水库坝高57 m除特殊情况外，灌浆工程各部位的试验压力为设计压力的80%。

3 检测结果分析与评价

3.1 一期检测

坝基最初布置10个检测孔，孔长共计305 m，压水试验59段，其中透水率>5 Lu试压段 14段，占比多达23.7%，不合格段主要集中在前1～3段试验段。为进一步验证不合格范围边界，在不合格相对集中部位增加2个检测孔，每个检测孔深均为16 m，共做10段压水试验，检测结果表明>5 Lu段依然集中在帷幕深度15 m范围内。

根据统计，一期检测孔岩芯获得率为60%～94%，RQD值均低于68%，其中RQD值低于10%占比达80%。一期检测孔仅在6个孔里发现9处水泥结石，岩芯破碎，安山岩岩芯以碎块状、散体颗粒状为主。

通过孔内摄像及声波测试，透水率>5 Lu试验段岩体质量差、灌浆痕迹不明显。检测孔ZK04前3段(0.5～15.6 m)压水试验透水率分别为34.61、12.89、13.57 Lu，ZK05前2段(0.6～11.0 m)压水试验透水率分别为33.42、14.1 Lu。孔内声波测试显示，在透水率较大试验段内均存在波速较低点(见图1)。根据波速统计，平均波速为3 500 m/s，试验不合格段一般波速为1 900～2 900 m/s。

图1 ZK04、ZK05孔内声波测试图

ZK08检测孔岩性为安山岩，1.2～8.5 m孔内摄像岩体破碎，灌浆痕迹不明显(见图2)。

图2 ZK08检测孔孔内摄像图

ZK08检测孔，第1段(1.2～6.5 m)，压水试验透水率为26.10 Lu、获得率为68%、RQD值均为0；第2段(6.4～11.7 m)，压水试验透水率为13.38 Lu、获得率为53%、RQD值均为0；以下各段透水率均<5 Lu，岩芯获得率有所提高，RQD值依然较低，但孔内摄像显示岩体质量有变好趋势。孔口渗水较严重，通过简易测试，渗水量达1 L/min，渗水来源于帷幕破碎带。

选取具有代表性检测孔ZK04及ZK05，对各种检测手段数据分析得到如下特征：随着钻孔深度增加，波速曲线逐渐升高并趋于稳定；岩芯获得率与RQD值逐渐升高，但安山岩受岩性影响，RQD值均较低；压水试验透水率在表部15 m范围值较大，不满足设计要求(见图3、4)。

图3 ZK04检测孔综合对比图

图4 ZK05检测孔综合对比图

透水率线形与孔深呈负相关关系，声波、获得率以及RQD值线形与孔深均呈正相关关系。

3.2 二期检测

针对以上检测结果综合对比分析，帷幕灌浆质量问题主要集中在河床浅表部15 m范围及岩性接触带部位，河床浅表部岩体风化较强烈、裂隙发育，帷幕灌浆压力偏小等原因导致各孔之间浆液扩散半径未能形成有效搭接，经灌浆处理，基础各项指标与原勘探结果相比得到很大改善[6]，但帷幕质量仍不能满足设计要求。经各方讨论决定对不合格段补强灌浆。补强方案为在原设计的2排灌浆孔中间增加1排灌浆孔，补强灌浆完成后，增加检测孔进行二期质量检测。

二期帷幕检测共布置9个检测孔，共计160 m。38段压水试验，试验结果显示：仅ZK16第2段(2.8～5.8 m)、第3段(5.8～10.8 m)压水试验透水率分别为41.48 Lu和5.39 Lu，其余试验段透水率均<5 Lu。分析认为，ZK16所检测位置为岩性不整合接触带，接触带受风化影响岩体质量差，灌浆质量效果不佳。遂对此段再次布置14个灌浆孔补强处理，随后再次布置检测孔，经检测透水率均<5 Lu，孔内摄像揭示，补强灌浆后孔内灌浆痕迹饱满度较一期检测阶段明显增多(见图5)。补强灌浆处理后，原ZK08孔口渗水现象亦消失。

图5 ZK16检测孔孔内摄像图

经增加单排灌浆孔以及对接触带部位补强灌浆处理后，二期检测满足设计要求，按规范帷幕灌浆质量评价为合格。

4 结 语

(1) 本次帷幕灌浆质量检测虽然施工单位自检为合格，但经第三方检测，帷幕灌浆质量问题突出，经补强处理后才满足设计要求，在坝体填筑前及时发现问题并进行有效处理，降低了施工成本。

(2) 帷幕灌浆质量检测宜采用传统压水试验与现代物探科技等多种手段结合，并相互验证、综合评价。