漿砌石壩體內(nèi)灌漿技術(shù)的探討

王科

（宜章縣水利局 郴州市 424200）

龔高武 譚 勇

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司 長(zhǎng)沙市 410007）

1 工程概況

林子坪水庫(kù)位于湖南省郴州市宜章縣莽山國(guó)家森林公園內(nèi)，樞紐工程由漿砌石重力壩、輸水管道、壩后式電站等組成。最大壩高44.00m，壩頂寬5.00m，壩軸線長(zhǎng)182.5 m，壩底寬35.00m，壩頂高程1266.03m，水庫(kù)正常蓄水位為1265.03m，總庫(kù)容為1032萬(wàn)m3，水庫(kù)是以灌溉防洪為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用效益的中型水利工程。

工程于1997年10月建成并投入使用。建壩時(shí)，由于施工工藝粗糙等種種原因，運(yùn)行后，病險(xiǎn)相繼出現(xiàn)，2008年9月經(jīng)相關(guān)單位安全評(píng)估為三類(lèi)病險(xiǎn)壩，列入除險(xiǎn)加固工程。

2 壩體水文工程地質(zhì)條件

根據(jù)鉆孔揭露，壩體漿砌石塊體為粉紅色花崗巖，主要礦物有正長(zhǎng)石、石英、及少量暗色礦物，其中塊石多為弱風(fēng)化，少數(shù)為強(qiáng)風(fēng)化，結(jié)構(gòu)松散。大多數(shù)塊石間不見(jiàn)砂漿，連接不密實(shí)。砌石之間多呈松散堆積狀態(tài)，鉆進(jìn)時(shí)，多數(shù)孔段無(wú)回水，壓水試驗(yàn)時(shí)連水位均無(wú)法觀察到，砌石間空隙多且大，連通性極好。前期安全評(píng)估時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得壩體密度最小為1.76g/cm3、最大的僅2.12g/cm3，壩體空隙率極高，壩體漏水嚴(yán)重，水庫(kù)不能正常蓄水。

3 壩體防滲灌漿設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)壩體防滲灌漿孔為三排，排距1m,上游排在壩下0+000.1m處，下游排在壩下0+002.1m處，中間排在0+001.1m處，上、下游排孔距為2.0m，中間排孔距為1.0m，分三序進(jìn)行施工，自孔深1m開(kāi)始自上而下每5m一段進(jìn)行灌漿，灌漿壓力根據(jù)試驗(yàn)確定。灌漿水泥使用P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。防滲標(biāo)準(zhǔn)q＜5Lu。此外，防滲體后至壩址設(shè)計(jì)了孔、排距分別為3m的壩體固結(jié)灌漿孔。其他要求按 《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T5148-2001）執(zhí)行。

4 防滲體灌漿施工技術(shù)探討

4.1 防滲體灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)

（1）防滲體灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)技術(shù)要求。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，生產(chǎn)性試驗(yàn)安排在大壩左岸0+139～0+144m段進(jìn)行。防滲體灌漿試驗(yàn)采用自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)灌漿方法，段長(zhǎng)原則上5m一段，，但當(dāng)鉆孔回水消失，不受段長(zhǎng)限制；灌漿壓力：上、下游排（1～6）m，壓力0.2 MPa；（6～16）m，壓力0.4MPa；（16～26）m，壓力0.6MPa；26 m以下0.8MPa；中間排（1～6）m，壓力0.3MPa；（6～16）m，壓力 0.6MPa，（16～26）m，壓力 0.9MPa，26m以下 1.2 MPa；分Ⅲ序逐序施工。在各段規(guī)定壓力條件下，當(dāng)注入率小于1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60min，灌漿結(jié)束；封孔采用導(dǎo)管將孔內(nèi)余漿置換成為水灰比0.5∶1的濃漿，而后進(jìn)行純壓式灌漿封孔。灌漿結(jié)束7天后，在試驗(yàn)區(qū)適當(dāng)位置檢查孔，進(jìn)行鉆孔取芯和壓水試驗(yàn)檢查，評(píng)價(jià)灌漿效果。

（2）防滲灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)施工。

按照防滲灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)擬定的施工參數(shù)和技術(shù)要求，完成試驗(yàn)灌漿孔11個(gè)，進(jìn)尺162.78m，簡(jiǎn)易壓水38段，灌漿段長(zhǎng)151.78m，共注入水泥189.6t。檢查孔1個(gè)，進(jìn)尺15.5m，壓水試驗(yàn)3段，壓水試驗(yàn)結(jié)束后全孔灌入水泥400kg。

（3）施工時(shí)出現(xiàn)的特殊情況。

鉆孔孔口回水情況：Ⅰ序排鉆孔時(shí)全部沒(méi)有回水，中間還有少量掉鉆；上游排Ⅱ序孔及中間排Ⅲ序孔鉆孔時(shí)上部段回水情況有所好轉(zhuǎn)，有少量回水；到中間排Ⅲ序孔鉆孔時(shí)回水有明顯好轉(zhuǎn)，但是在鉆進(jìn)過(guò)程中仍有某些部位仍然出現(xiàn)回水減少，甚至消失，說(shuō)明壩體內(nèi)空洞通過(guò)上、下游排Ⅰ、Ⅱ序孔灌漿后仍存在少數(shù)空隙未得到充分灌注。

灌漿段壩坡冒漿情況及處理：在灌漿過(guò)程中，出現(xiàn)多處漏漿現(xiàn)象。特別是剛開(kāi)始對(duì)下游排Ⅰ序孔灌漿時(shí)，從下游壩坡不同高程處多達(dá)20余處出現(xiàn)冒水和漏漿。灌漿時(shí)，冒漿量較小處，隨漿液水灰比變濃，漏漿點(diǎn)逐漸消失，按正常灌漿方式灌注至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)冒漿量較大，采取用水不漏和棉紗等材料嵌縫、地表封堵方法封堵，再采取低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿等方法處理，灌至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

灌漿段大量吸漿情況及處理方法：由于壩體裂隙、空洞較多，結(jié)構(gòu)較松散，導(dǎo)致灌漿過(guò)程中孔段吸漿量非常大，如下游排的Ⅰ序孔K21″、K23″孔，其分別灌注水泥59.5t和49.3t，平均單耗達(dá)到4.25t/m和3.18t/m。整個(gè)灌漿試驗(yàn)的平均單耗為1.25t/m。遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)的100kg/m。

（4）防滲灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)孔統(tǒng)計(jì)情況分析。

試驗(yàn)孔按排別、序次統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)附表。統(tǒng)計(jì)情況表明：

●先灌的下游排孔段平均耗灰量為2682.9kg/m,后灌的上游排孔段平均耗灰量為637.5kg/m，最后施工的中間排孔段為706kg/m。先灌的下游排耗灰量明顯大于后灌的上游排和中間排，但上游排孔與中間排差別不大。說(shuō)明先灌的下游排灌注充填漿砌石孔隙范圍較遠(yuǎn)，已部分充填了上游排及中間排壩體內(nèi)空隙。最后施工的中間排孔段仍有較大的灌入量；一方面說(shuō)明灌入范圍仍然較大，另一方面也說(shuō)明上、下游排孔之間灌后仍然存在較大的灌注空間。

●下游排Ⅱ序孔較Ⅰ序孔減少較多，但在上游排和中間排孔段雖有所減少，但減少幅度不大。這種現(xiàn)象表明前期灌入的漿量仍未完全充填壩體空隙，是造成Ⅲ序孔仍有較大的灌入量的主要原因。這在后續(xù)Ⅲ序孔施工壩面仍有少量漏水、漏漿得到印證。

●從總體灌入量來(lái)看，11個(gè)試驗(yàn)孔151.78m灌段中共消耗水泥189.6t，平均單位注入量為1249kg/m。表明壩體空隙度高，可灌性強(qiáng)。壩體漿砌石空隙率達(dá)20%以上。

防滲灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)成果表明:漿砌石壩體孔隙率高透水性十分強(qiáng)烈，空隙間連通性好。這也是壩體灌入量大、可灌性強(qiáng)的主要原因所在。

附表 壩體防滲灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)灌漿孔情況統(tǒng)計(jì)表

●質(zhì)量檢查：在灌后質(zhì)量檢查孔施工中，巖芯較完整，多呈短圓～長(zhǎng)圓柱狀，裂隙空洞均被水泥結(jié)石充填，膠結(jié)緊密；檢查孔透水率分別為6.3，6.5，1.6Lu，第一、二段稍大于設(shè)計(jì)要求5Lu。

通過(guò)試驗(yàn)區(qū)11孔上、中、下三排防滲灌漿和檢查孔及相關(guān)情況分析，壩體漿砌石縫隙已得到有效充填，灌后檢查孔透水率雖稍大于設(shè)計(jì)要求，但通過(guò)后期兩側(cè)灌注和經(jīng)有效凝固期后，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。灌漿試驗(yàn)采用的施工參數(shù)基本有效，經(jīng)補(bǔ)充完善后用于壩體防滲灌漿。

4.2 防滲體灌漿技術(shù)要求的補(bǔ)充

通過(guò)防滲灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)成果分析，結(jié)合灌漿過(guò)程中各種不同情況的處理結(jié)果，經(jīng)深入總結(jié)探討，對(duì)防滲體灌漿技術(shù)要求補(bǔ)充如下：

（1）灌漿材料。

防滲體灌漿上、下游排出現(xiàn)大量吸漿時(shí)添加細(xì)砂，要求潔凈，含泥量＜3%。出現(xiàn)漏漿時(shí)摻加水玻璃，摻加比例為3%～5%。

（2）灌漿方法。

大壩防滲體灌漿上游排和下游排孔先自上而下用水泥砂漿進(jìn)行充填灌漿，出現(xiàn)漏漿時(shí)摻水玻璃進(jìn)行堵漏處理，再按防滲體灌漿要求，自下而上分段孔內(nèi)循環(huán)灌漿方法復(fù)灌至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。防滲體灌漿中間排采用純水泥漿自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)灌漿方法進(jìn)行灌漿。

（3）施工參數(shù)：段長(zhǎng)原則上為5m，但當(dāng)遇孔內(nèi)鉆孔回水消失，即停即灌，不受段長(zhǎng)限制；純水泥灌漿壓力上、下游排（1～6）m，壓力0.2MPa、（6～16）m采用0.4MPa，16m以下采用0.6MPa；中間排（1～6）m，壓力0.3MPa，6m以下壓力0.6MPa；充填灌漿當(dāng)孔口無(wú)回水，采用摻加細(xì)砂10%～20%進(jìn)行空隙充填灌漿，一旦出現(xiàn)壩外漏漿，結(jié)合摻加水玻璃進(jìn)行，至孔內(nèi)填滿溢漿為止；漿液的水灰比，充填灌漿漿液一律為0.8∶1，摻砂量按20%左右進(jìn)行；砂漿充填灌滿至孔口返漿，充填灌漿結(jié)束。雙液灌漿至漏漿現(xiàn)象停止，停止摻加水玻璃，再按純水泥漿灌漿要求灌至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

（4）灌漿時(shí)地表冒漿處理：灌漿過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿，應(yīng)先查明原因，根據(jù)漏漿量的大小，選用不同方法處理：

如漏漿量較小，按正常灌漿方式灌至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)漏漿量較大時(shí)，暫停灌漿作業(yè)，對(duì)灌漿影響范圍內(nèi)的廊道、壩坡、結(jié)構(gòu)分縫等進(jìn)行逐項(xiàng)檢查并進(jìn)行封堵處理后再恢復(fù)灌漿；恢復(fù)灌漿時(shí)，采取灌注水泥砂漿加水玻璃結(jié)合低壓、限流、間歇、待凝等方法處理。

4.3 防滲體灌漿效果

防滲體灌漿按照設(shè)計(jì)布置和相關(guān)技術(shù)要求，施工完成鉆孔364個(gè)，累計(jì)灌漿段長(zhǎng)8161.08m，灌入水泥3942.5 t，單位注入量483.1kg/m，砂480t，水玻璃100t。防滲體灌漿施工完成后，綜合效果表明防滲體灌漿質(zhì)量良好，達(dá)到預(yù)定效果。

（1）單位注入量逐排逐序減少明顯。先施工的下游排單位注入量914.7kg/m，上游排單位注入量643.0kg/m，后施工的中間排單位注入量193.1kg/m。序次上先施工的下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序單位注入量分別為1189.3，1073.3，691.4kg/m，上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序分別為952.9，648.8，481.1 kg/m，中間排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序分別為257.8，231.7，141.8kg/m，逐排逐序減少明顯。

（2）漿砌石內(nèi)空隙充填密實(shí)。壩體隨機(jī)鉆孔容重檢測(cè)試驗(yàn)，壩體容重達(dá)到2.33t/m3。此外，溢流面開(kāi)挖揭露，水泥結(jié)石已基本密實(shí)地充填在空隙中，鉆孔巖芯多呈柱狀，膠結(jié)良好。

（3）壩內(nèi)防滲體檢查孔壓水試驗(yàn)透水率均＜5Lu,滿足設(shè)計(jì)要求。防滲體灌漿完成14天后，施工檢查孔37個(gè)，壓水試驗(yàn)190段，透水率均＜5Lu，全部合格。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）林子坪水庫(kù)壩體漿砌石空隙率高，結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)烈，是形成加固前工程的主要病因。灌漿時(shí)漿砌石壩體到處出現(xiàn)漏漿，吸漿量大，較大地提高了除險(xiǎn)加固工程費(fèi)用。

（2）不同的空隙類(lèi)型需有對(duì)應(yīng)的灌漿措施，才能從根本上保證灌漿效果。針對(duì)林子坪水庫(kù)壩體漿砌石空隙率高，結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)烈的特點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整灌漿方法、灌漿材料、工藝參數(shù)、特殊孔段處理措施，從根本上保證了防滲體灌漿施工質(zhì)量。

（3）林子坪水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程防滲體灌漿處理效果顯著，通過(guò)灌漿有效解決了壩體滲漏和大壩穩(wěn)定問(wèn)題。