崔雪玉，萬(wàn)翔鴻 ，張迪迪，張 磊

（中國(guó)水利水電第一工程局有限公司，吉林 長(zhǎng)春130062）

1 工程概況

哈達(dá)山水利樞紐工程位于第二松花江（簡(jiǎn)稱二松）干流下游河段，壩址距二松與嫩江匯合口處約60 km，在松原市東南約20 km處，樞紐是二松干流最后一級(jí)控制性水利工程，是“北水南調(diào)”的主要水源工程之一，擔(dān)負(fù)著向吉林西部提供生活和工農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境保護(hù)供水和發(fā)電等任務(wù)。

樞紐總平面布置從右至左為：擋水土壩、16孔溢流壩、河床式水電站、左岸連接壩段（混凝土重力壩）及壩上公路（橋）等。壩線全長(zhǎng)2 485 m，最低建基高程為116.00 m，壩頂高程為145.7 m。水庫(kù)正常蓄水位140.5 m，總庫(kù)容為6.08億m3，電站裝機(jī)容量27.6 MW。工程等級(jí)為Ⅰ等。主要建筑物擋水土壩、溢流壩（泄水閘）、河床式電站、重力壩、渠首閘為1級(jí)，其他建筑物為3級(jí)。洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇。

壩址區(qū)內(nèi)河谷兩岸地形不對(duì)稱，大壩基礎(chǔ)坐在微、弱風(fēng)化灰綠色或紫紅色夾粉砂巖薄層的泥巖上。根據(jù)基巖的埋深、風(fēng)化情況，混凝土壩的最大壩高29.7 m，微、弱風(fēng)化巖體強(qiáng)度差別不大，單軸抗壓強(qiáng)度13.20～13.04 MPa，允許承載力R=0.8 MPa，靜彈性模量3.6～7.1 GPa。變形模量Ec=1 GPa，巖性較均一。但在建基巖以下7～8 m處層狀發(fā)育面狀破碎帶，其寬0.5 m左右，由破碎巖塊組成，影響帶寬1～2 m左右，設(shè)計(jì)稱P7。由于P7的存在，將嚴(yán)重影響壩基的抗滑穩(wěn)定性，并可能造成不均勻沉陷，無(wú)法滿足壩基承載力和變形要求，對(duì)樞紐安全造成潛在威脅。特別是在廠房集水井開挖揭露P7時(shí)，沿P7破碎帶及其影響帶出現(xiàn)了特大涌水，并將其中的顆料充填物也帶出，地基中形成不均勻分布的空腔，使原本發(fā)育不良的壩基更加惡化。為此設(shè)計(jì)對(duì)此進(jìn)行變更處理，要求對(duì)P7及集水井的涌水單獨(dú)處理。

2 處理方案的分析與選定

針對(duì)上述不良地層特性，對(duì)發(fā)電廠房和溢流壩段基礎(chǔ)中存在的P7破碎帶進(jìn)行如下處理：

1）在距P7破碎帶特大涌處出漏較遠(yuǎn)、又具備P7破碎帶特性的壩區(qū)內(nèi)，進(jìn)行P7破碎帶灌漿處理方法與工藝試驗(yàn)，確定適合泥巖特性和破碎帶部位的施工參數(shù)，如孔距、灌漿壓力、灌漿分段、灌漿材料及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)等。

2）為不影響廠房混凝土施工，在集水井右側(cè)設(shè)一5 m×3 m×2 m的臨時(shí)泵坑，把廠房集水井處的特大涌水引導(dǎo)至臨時(shí)泵坑。

3）在集水井混凝土施工完成后，集水時(shí)具備抽水功能，且臨時(shí)泵坑及其周圍混凝土澆筑一定蓋厚后，具備封蓋條件時(shí)，對(duì)臨時(shí)泵坑實(shí)行封堵灌漿。封堵方法為：邊抽水邊澆筑速凝混凝土，在短時(shí)間內(nèi)迅速用速凝混凝土進(jìn)行封堵。為防止特大涌水在短時(shí)間內(nèi)封堵后壓力過(guò)大，對(duì)壩基及集水井附近凝期未達(dá)到28 d的混凝土造成影響，在集水井處設(shè)3個(gè)與臨時(shí)泵坑相連通的四寸鋼管，鋼管處設(shè)2道閥門，把臨時(shí)泵坑中的P7涌水有控制地引導(dǎo)到永久集水井中。為防止在抽水過(guò)程中將混凝土中的水泥及細(xì)顆料帶出，在剛下料時(shí)可停止臨時(shí)泵坑抽水，適當(dāng)打開通往集水井處的閥門，以控制涌水量和涌水壓力。

4）對(duì)距集水井較遠(yuǎn)部位的P7破碎帶進(jìn)行固結(jié)。灌漿方法通過(guò)專項(xiàng)固結(jié)灌漿工藝試驗(yàn)確定。試驗(yàn)時(shí)采取兩組預(yù)案：一是水泥泵漿的灌注方法，另一種是水泥、水玻璃雙液的灌注方法。通過(guò)專項(xiàng)試驗(yàn)確定的施工參數(shù)為：自上而下分段、接觸段及P7吸漿量大的孔段待凝、灌注水泥砂漿的方法。在灌注過(guò)程中勤觀察集水進(jìn)涌水部位的串、漏漿情況。由于水泥、水玻璃雙液在地層中凝結(jié)速度快，且很難控制。施工難度大，更重要的是這種方法灌注后，地層中會(huì)形成不連續(xù)的凝結(jié)體，會(huì)影響后期各次序灌漿時(shí)水泥漿液的有效擴(kuò)散。因而灌注雙液的方法在工藝試驗(yàn)初期被否定。先灌注距集水井處較遠(yuǎn)的部位主要是為封堵周邊的滲水通道，集水井處的排水有利于水泥砂漿灌注過(guò)程中能夠較遠(yuǎn)的擴(kuò)散和漿液凝結(jié)過(guò)程中的泌水排泄。

5）集水井部位灌漿處理。在臨時(shí)泵坑頂部的混凝土澆筑達(dá)一定厚度后，對(duì)集水井預(yù)埋的3根四寸鋼管的涌水進(jìn)行灌漿封堵。封堵灌漿時(shí)采用穩(wěn)定漿液，以使地層中充填更多的水泥，也使?jié){液擴(kuò)散更遠(yuǎn)。

6）集水井周邊混凝土及P7破碎帶灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理。采取補(bǔ)強(qiáng)帷幕與補(bǔ)強(qiáng)固結(jié)灌漿的形式，圍繞集水井環(huán)形布孔，排距1 m，孔距2 m，且靠里側(cè)（環(huán)形帷幕）孔距集水井邊線為0.5 m。

方案確定后，通過(guò)各方論證，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理會(huì)議研究，報(bào)文批復(fù)后進(jìn)行實(shí)施。

3 P7破碎帶特大涌水處理試驗(yàn)與涌水封堵實(shí)施

3.1 P7破碎帶灌漿處理試驗(yàn)及成果

1）試驗(yàn)過(guò)程。在P7破碎帶特大涌水處理實(shí)施方案確定后，首先進(jìn)行工藝可行性試驗(yàn)。對(duì)于灌注水泥砂漿方案，在壩區(qū)內(nèi)2號(hào)溢流壩段進(jìn)行P7破碎帶灌漿處理專項(xiàng)試驗(yàn)。試驗(yàn)分3組進(jìn)行，梅花型布孔，水平、垂直間、排距均為3 m。第一組I序孔6孔，II序孔1孔，計(jì)7孔；第二組I序孔5孔，II序孔1孔，計(jì)6孔；第三組I序孔7孔，II序孔1孔，計(jì)8孔。各組均成正六邊形。試驗(yàn)孔孔深入巖9～11 m，即進(jìn)行P7破碎帶底線1～2 m。

由于孔底P7破碎夾層強(qiáng)透水，且漏漿量大，為防止在該部位繞塞影響灌漿質(zhì)量，采用阻塞式孔內(nèi)循環(huán)自上而下分段灌漿方法，即每鉆完一段后先進(jìn)行本段灌漿，灌漿結(jié)束后進(jìn)行以下各孔段的鉆孔灌漿。灌漿塞塞在已灌段底以上0.5 m處，接觸段塞位在混凝土與基巖接縫處以上0.5 m處，射漿管距孔底的距離不大于0.5 m。試驗(yàn)孔施工過(guò)程中，當(dāng)鉆孔經(jīng)過(guò)P7時(shí)出現(xiàn)巖石破碎，鉆孔不返水，灌漿不回漿等特殊情況。P7部位的地質(zhì)情況與試驗(yàn)前的分析基本相符，砂漿灌注發(fā)揮了很好的作用。灌后各組檢查孔施工中均取出水泥砂漿結(jié)石，I序孔灌后II序孔鉆孔及灌漿均較正常，出現(xiàn)漏水、不回漿等吸漿量的特殊情況，灌后檢查孔壓水達(dá)到小于5×0.01 L/(min·m·m)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，充分說(shuō)明在P7部位灌注水泥砂漿是可行的。由于泥巖的地質(zhì)特性，在灌漿壓力的選用上應(yīng)慎重，最高灌漿壓力為 0.4，0.5，0.6 MPa。根據(jù)灌后資料分析和檢查孔取芯、壓水成果等綜合分析，認(rèn)為最高0.5 MPa的灌漿壓力適合當(dāng)時(shí)的巖石條件和地層結(jié)構(gòu)及混凝土蓋厚情況。

2）試驗(yàn)成果。采用自上而下分段灌漿工藝，接觸段及吸漿量大的P7部分待凝24 h，吸漿量大的P7部位采用砂漿灌漿；灌漿壓力I序孔0.3～0.5 MPa，II序孔 0.4～0.6 MPa；灌漿分段自上而下分別為2 m，5～7 m，不大于4 m，共3段；砂漿采用水∶灰∶砂=0.8∶1∶1 及 1∶1∶1 兩個(gè)比級(jí)。

3.2 P7破碎帶涌水封堵

1）集水井較遠(yuǎn)處的灌漿處理。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)樞紐溢流壩段及發(fā)電廠房基礎(chǔ)實(shí)行固結(jié)灌漿。由于地層7～8 m處層狀發(fā)育一透水性極強(qiáng)的P7破碎帶，為此設(shè)計(jì)將固結(jié)灌漿孔加深至P7破碎帶底線以下1～2 m。按處理方案先對(duì)集水井較遠(yuǎn)處進(jìn)行灌漿封堵。P7破碎帶處理長(zhǎng)度為4 m，單獨(dú)灌漿，灌漿壓力為I序孔0.3 MPa，II序孔0.5 MPa。溢流壩段共施工1 175孔，P7灌漿處理4 700 m，灌入水泥628.08 t，灌入砂子76.9 t，平均基巖單位水泥注入量133.63 kg/m。發(fā)電廠房共施工410孔，P7灌漿處理1 640 m，灌入水泥246.8 t，灌入砂子68.2 t，平均基巖單位水泥注入量150.5 kg/m。在集水井外圍灌漿處理過(guò)程中，集水井處及臨時(shí)泵坑處的水泵抽水逐漸減少，投入的水泵數(shù)量由原6臺(tái)到后期2臺(tái)，表明灌漿處理取得了明顯效果。

2）臨時(shí)泵坑回填處理。

①模板支立。在臨時(shí)集水坑116.00 m高程鋪設(shè)普通鋼模板，底部采用[8槽鋼做支撐，模板鋪設(shè)時(shí)，預(yù)留8寸水泵位置、4寸水泵排水管位置、φ300鋼管（后期注混凝土管道）和2根φ75鋼管位置。

②回填混凝土施工?；炷敛捎门c底板同標(biāo)號(hào)混凝土，振搗時(shí)禁止振搗棒觸及底部模板和水泵排水管，保證埋設(shè)管道的位置，同時(shí)為減少水泥漿大量流入底部泵坑，在模板表面鋪設(shè)塑料布。在混凝土澆筑時(shí)采用加早強(qiáng)、促凝劑的特殊混凝土。臨時(shí)泵坑可停止抽水，由于來(lái)不及拿出水泵，故水泵及泵管均埋在混凝土中。

3）二次回填級(jí)配骨料。利用水泵抽除臨時(shí)集水坑和永久集水坑內(nèi)積水，并封堵115.00 m和117.00 m高程處預(yù)埋鋼管。再通過(guò)預(yù)埋的各管道進(jìn)行水泥砂漿回填，見圖1。

4）灌漿處理。

①灌注集水井處的3個(gè)引管。首先清理泵坑，人工將前期施工時(shí)串入井內(nèi)的水泥漿及P7透水夾層中的泥質(zhì)充填物清理干凈，使井壁滲漏點(diǎn)和引管完全外漏；在高程較低的引水管管口焊接法蘭接口，連接變徑作為灌漿進(jìn)漿接口；采用純壓式灌漿方式，用0.6：1水泥穩(wěn)定漿液灌注，如有串漿情況則改用砂漿進(jìn)行灌注。直到耗漿量不大于1 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注30 min結(jié)束灌漿。

②灌漿壓力。灌前測(cè)得涌水壓力為0.1 MPa，灌漿壓力為涌水壓力加上0.3 MPa，即0.4 MPa。在灌漿過(guò)程中根據(jù)注入流量控制壓力，并設(shè)專人觀測(cè)集水井及周邊串冒漿情況。為防止灌漿過(guò)程中出現(xiàn)管口突水事件，井內(nèi)施工人員均穿救生服，并準(zhǔn)備繩索置于井內(nèi)。按上述流程共灌入水泥17.75 t。

③臨時(shí)泵坑灌漿處理。首先利用預(yù)埋的鋼管往臨時(shí)泵坑灌注1：1：1水泥砂漿，待各個(gè)預(yù)埋管灌滿后方可結(jié)束。在集水井內(nèi)部灌注引水管時(shí)該部位的預(yù)埋管出現(xiàn)串漿情況，一部分被水泥漿充填，只有2個(gè)管子可灌性較好，灌入水泥漿1 859 L。

④集水井P7封堵帷幕灌漿和集水井外圍混凝土補(bǔ)強(qiáng)灌漿。待混凝土澆筑至118.00 m并達(dá)到一定強(qiáng)度后，進(jìn)行集水井P7封堵帷幕灌漿及外圍混凝土補(bǔ)強(qiáng)灌漿?？拙嗑鶠?.0 m，孔深至P7層底線以下2 m。補(bǔ)強(qiáng)灌漿孔距集水井邊墻0.5 m，帷幕灌漿孔距補(bǔ)強(qiáng)孔1 m。具體布置見圖2。灌漿時(shí)采用孔內(nèi)循環(huán)、一段灌漿法，三序分序施工。共完成帷幕灌漿609.59 m，注入水泥63.66 t，混凝土補(bǔ)強(qiáng)灌漿鉆孔646.7 m，注入水泥16.85 t。集水井P7部位灌漿處理孔位布置見圖2。

圖2 集水井P7部位灌漿處理孔位平面布置圖

P7破碎帶特大涌水處理后，采取鉆孔取芯、壓水試驗(yàn)檢查、基坑滲水觀測(cè)等多種檢查方法，在P7部位多處發(fā)現(xiàn)水泥結(jié)石，灌后檢查孔內(nèi)涌水最大4.8 L/min，壓水透水率小于 5×0.01 L/(min·m·m)，基坑排水減小非常明顯，有效提高了壩基承載力和抗滑穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

1）特大涌水的處理遵循了以排為先、降低壓力，再逐漸封堵、降低滲流的規(guī)律。堵排結(jié)合，保證了施工的順利進(jìn)行。

2）合利采取與相應(yīng)地層結(jié)構(gòu)特征相適應(yīng)的處理方法，該施工采用了水泥砂漿、穩(wěn)定漿液而非水泥、水玻璃雙液。

3）由于泥巖特性比較特殊，易在較大壓力下劈裂，故在壓力選用上特別是壓水壓力，即使是通過(guò)試驗(yàn)確定的，在施工過(guò)程中也要注意灌漿流量的變化與壓力相匹配。

4）由于基礎(chǔ)巖石近水平狀發(fā)育，壩基中的排水不很通暢，故建議在基礎(chǔ)帷幕形成后增加排水孔，以減少揚(yáng)壓力。