南陽二郎山水庫除險(xiǎn)加固防滲灌漿技術(shù)

周 曄，陳梅枝，劉 偉

（河南省桐柏縣水利局，河南 桐柏474750）

0 引言

二郎山水庫位于南陽市桐柏縣城西北35 km 的大河鎮(zhèn)李溝村的三夾河支流鴻鴨河上，屬長江流域唐白河水系。 水庫控制流域面積61km2，總庫容4 019萬m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼有水產(chǎn)養(yǎng)殖、供水等綜合效益的中型水庫，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，1 000 年校核。 在2007 年的工程地質(zhì)調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)河槽段迎水坡有黏土鋪蓋和截水槽， 但清基不徹底，河槽段存在壩基滲漏問題；右壩段及左壩肩座于強(qiáng)風(fēng)化基巖上，裂隙發(fā)育，存在接觸滲漏，下游沼澤化嚴(yán)重；壩體大面積散浸。 因此，2008 年，桐柏縣水利局對二郎山水庫進(jìn)行了除險(xiǎn)加固處理。

二郎山水庫主壩為均質(zhì)土壩。 在土石壩水庫的壩體、壩基防滲處理中，灌漿方法主要有壩體劈裂灌漿、高壓噴射灌漿、壩基卵礫石層防滲帷幕灌漿等。 根據(jù)二郎山水庫壩體的實(shí)際情況，該工程采取了高壓旋噴灌漿和帷幕灌漿兩種方法。

1 防滲灌漿設(shè)計(jì)

1.1 帷幕灌漿設(shè)計(jì)

1.1.1 灌漿處理范圍及深度

在大壩樁號(hào)0+050～0+630 段采用帷幕灌漿，灌漿深度為上部進(jìn)入壩體2m，下部進(jìn)入弱風(fēng)化巖5 m。在進(jìn)行河槽段施工時(shí)，先進(jìn)行帷幕灌漿，再進(jìn)行高壓旋噴灌漿。

1.1.2 灌漿孔布置及灌漿壓力

灌漿帷幕線位置設(shè)于壩頂，其優(yōu)點(diǎn)是施工場地開闊、運(yùn)輸灌漿材料容易。 帷幕灌漿孔沿壩軸線單排布置，孔距2 m。 施工按三道工序進(jìn)行。

由于帷幕灌漿壓重的高度隨樁號(hào)而變化，因此，灌漿壓力應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來確定。 帷幕下層灌漿壓力比上層大，后期孔的灌漿壓力應(yīng)比前期孔大。在灌漿過程中，根據(jù)單位吸漿量，相應(yīng)地控制壓力（采用由小至大的方式來控制）。 進(jìn)入壩體內(nèi)2 m 的灌漿壓力應(yīng)不大于49 kPa。 基巖以上壩體2 m 范圍內(nèi)，灌漿壓力應(yīng)采用注漿管壓力。

1.1.3 灌漿材料及灌漿結(jié)束條件

灌漿材料采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5 的普通硅酸鹽水泥漿，水泥細(xì)度要求通過80μm 方篩孔的篩余量不大于5%[1]。 對于灌漿時(shí)失水回濃的孔段，以及當(dāng)采用普通水泥灌漿時(shí)其初始吸漿量和壓力水漏水量相差較大的孔段，視具體情況，可采用濕磨細(xì)水泥。 遇到集中滲漏通道，當(dāng)?shù)叵滤魉佥^大時(shí)，可摻入水玻璃作為速凝劑。水泥漿的配比分為7 級(jí)：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。 灌漿時(shí)，一般從最稀一級(jí)開始[1]。 當(dāng)灌漿壓力保持不變、注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比。當(dāng)注入量達(dá)到300 L 以上，或灌注時(shí)間達(dá)1 h 而灌漿壓力和注入率無明顯變化時(shí)，應(yīng)改濃。當(dāng)注入率大于30 L/min 時(shí)，可根據(jù)具體情況越級(jí)變濃。 在設(shè)計(jì)灌漿壓力下，當(dāng)注入率大于40 L/min 時(shí)，繼續(xù)灌注60 min， 不大于1 L/min 時(shí)， 繼續(xù)灌注30 min[2]。 灌漿直至基巖達(dá)到基本不再吸漿時(shí)方能結(jié)束，帷幕的單位吸水率應(yīng)不大于5Lu。 灌漿結(jié)束后，基巖以上壩體內(nèi)灌漿封孔時(shí)，應(yīng)將孔內(nèi)漿液取出，掃孔到底，用直徑2～3 cm、含水量適中的黏土球分層回填搗實(shí)。

1.2 高壓旋噴灌漿設(shè)計(jì)

1.2.1 灌漿處理范圍及深度

在大壩河槽段0+017～0+167 段，進(jìn)行高壓旋噴灌漿。 高壓旋噴灌漿范圍上部進(jìn)入壩體5 m，下部進(jìn)入弱風(fēng)化巖1 m。

1.2.2 灌漿孔布置

沿壩軸線布置灌漿孔一排，按照有關(guān)文獻(xiàn)和該水庫的工程地質(zhì)條件，確定孔距為1 m，分兩道工序施工，形成的有效樁徑不小于1.2 m。

1.2.3 注漿材料及配方

注漿材料為強(qiáng)度等級(jí)為42.5 的普通硅酸鹽水泥漿，漿液密度為1.4～1.5g/cm3[3]，并添加2%的速凝劑，如減水劑、早強(qiáng)劑等。

2 灌漿施工

2.1 帷幕灌漿工程施工

為確保帷幕灌漿效果，施工時(shí)應(yīng)先放空水庫，再進(jìn)行灌漿施工，并做好灌漿各項(xiàng)記錄。

2.1.1 布孔及鉆孔

按照設(shè)計(jì)，在0+050～0+630 壩段，沿壩軸線布孔（孔距2 m、直徑為60 mm），造孔位置與設(shè)計(jì)孔位置偏差應(yīng)不大于10 cm。 布好孔后，采用150 型地質(zhì)鉆機(jī)、金剛石鉆頭造孔（金剛石鉆頭可以減少孔內(nèi)巖粉量）。 對于灌漿孔，應(yīng)進(jìn)行孔斜測量，若發(fā)現(xiàn)孔斜超過要求，應(yīng)及時(shí)糾正并采取補(bǔ)救措施。 孔底最大偏差應(yīng)不大于50 cm。

2.1.2 鉆孔沖洗

灌漿前，應(yīng)先進(jìn)行鉆孔沖洗，孔內(nèi)沉積厚度不得超過20 cm，還應(yīng)采用壓力水進(jìn)行裂縫清洗，直至回水清凈時(shí)止。 沖洗壓力應(yīng)采用灌漿壓力的80%，該值若大于1MPa 時(shí)，采用1MPa。

2.1.3 灌漿

采用YJ-340 型漿液攪拌機(jī)拌制水泥漿液，攪拌時(shí)間不小于30 s。 灌漿采用BW—25 型泥漿泵，按自上而下分段法進(jìn)行。帷幕灌漿孔的基巖段為5 m，可采用全孔一次灌漿法。 灌漿壓力由實(shí)驗(yàn)確定，壓力表安裝在孔口回漿管路上。 在灌漿時(shí)，射漿管距孔底不得大于50 cm，壓力應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計(jì)壓力。 當(dāng)注入率大時(shí)，應(yīng)分段加壓。 在規(guī)定的壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4 L/min 時(shí)，繼續(xù)灌注60 min；或不大于1 L/min 時(shí)，繼續(xù)灌注90 min，可以結(jié)束灌漿。灌漿孔封孔采用分段壓力灌漿法。

2.1.4 質(zhì)量檢查

工程質(zhì)量檢查應(yīng)以檢查孔壓水實(shí)驗(yàn)成果為主。檢查孔應(yīng)布置在帷幕中心線上、巖石破碎等地質(zhì)條件復(fù)雜部位、注入量大的孔段附近、鉆孔偏斜率大、灌漿情況不正常以及分析資料認(rèn)為對帷幕灌漿質(zhì)量有影響的部位。 檢查孔的數(shù)量宜為灌漿孔總數(shù)的10%，且一個(gè)壩段或一個(gè)單元工程內(nèi)應(yīng)至少布置一個(gè)。 檢查孔壓水實(shí)驗(yàn)應(yīng)在灌漿結(jié)束14 d 后進(jìn)行。 帷幕灌漿檢查孔應(yīng)采取巖芯， 計(jì)算獲取率并加以描述。壓水實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)按技術(shù)要求進(jìn)行灌漿和封孔。灌漿后，巖石的透水率應(yīng)小于5 Lu。 檢查封孔質(zhì)量時(shí)，要求封孔取芯的抗壓強(qiáng)度不小于3 MPa， 壓力試驗(yàn)檢測的透水率不大于5 Lu。 壩體與基巖接觸段的合格率應(yīng)為100%，以下的合格率應(yīng)在90%以上，不合格段的透水率應(yīng)不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的100%， 且不集中。

2.1.5 對于特殊灌漿孔的處理方法

1）在灌漿過程中，如果發(fā)現(xiàn)冒漿，可采用表面封堵、加濃漿液、降壓等方法處理。

2）灌漿過程因故中斷超過30 min 時(shí)，應(yīng)及時(shí)沖洗造孔或掃孔，然后復(fù)灌。

3）在涌水段灌漿，當(dāng)涌水壓力超過0.2 MPa 時(shí)，應(yīng)首先測定涌水壓力及涌水量， 再采用以下措施：（1）自上而下，采用稠漿灌漿；（2）對壩基可適當(dāng)加壓；（3）灌漿結(jié)束后，應(yīng)有屏漿措施，且時(shí)間不少于1 h；（4）必要時(shí)加速凝劑；（5）采用機(jī)械封孔。

4）當(dāng)吸漿量較大、難于結(jié)束時(shí)，可采取加大漿液濃度、限流、間歇灌漿、在漿液中加速凝劑等措施。

5）在灌漿過程中，若有回漿變濃現(xiàn)象，則應(yīng)改為稀漿灌注。 若回漿仍然很濃，則結(jié)束灌漿。

2.2 高壓旋噴灌漿工程施工

高壓旋噴灌漿工程施工平臺(tái)位于設(shè)計(jì)壩頂206.75 m 上。

2.2.1 試樁

在大規(guī)模施工前，必須在原壩基沙礫層中進(jìn)行高壓旋噴灌漿試驗(yàn)，以便得到準(zhǔn)確的技術(shù)參數(shù)。

2.2.2 高壓旋噴灌漿參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)

（1）造孔所用鉆機(jī)為500 型鉆機(jī)，造孔孔徑不小于91mm，灌漿采用二管法。

（2）漿液密度為為1.4～1.5g/cm3，工作壓力為30 MPa，漿流量為70～100 L/min。

（3）氣壓為0.7 MPa，氣流量為0.8～1.2 m3/min。

（4）提升速度為5～10cm/min，轉(zhuǎn)動(dòng)速度為20r/min。

（5）造孔斜率小于1%，孔位偏差小于2 cm。

（6）防滲及物理力學(xué)性能指標(biāo)：形成防滲帷幕滲透系數(shù)小于10-5cm/s，R28=4～10 MPa，E 小于103MPa，J 大于80，最小防滲帷幕厚度大于0.4 m。

2.2.3 質(zhì)量檢查

（1）檢查孔孔位。 由設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位根據(jù)施工情況， 對可能存在質(zhì)量問題的地段布設(shè)檢查孔。按照不少于高壓旋噴灌漿孔總數(shù)2%數(shù)量設(shè)置檢查孔，共計(jì)4 孔。

（2）壓水試驗(yàn)。 按照每5 m 一段做壓水試驗(yàn)。

（3）室內(nèi)試驗(yàn)。 利用檢查孔所取巖芯進(jìn)行抗壓、抗?jié)B兩項(xiàng)指標(biāo)的室內(nèi)試驗(yàn)，要求在沙礫層中成樁部分每2 m 做一組試驗(yàn)。

3 結(jié)語

針對二郎山水庫大壩存在的壩基滲漏和壩肩及壩體接觸滲漏問題，采用了帷幕灌漿和高壓旋噴灌漿方式進(jìn)行除險(xiǎn)加固。 防滲工程實(shí)施后，削減了壩基揚(yáng)壓力和滲流速度,防止了滲透破壞，保證了壩體、壩肩和壩基的穩(wěn)定，提高了水庫的蓄水能力，發(fā)揮了水庫的防洪、灌溉工程效益。 同時(shí)，這兩種防滲措施具有開挖量小、占地少、設(shè)備簡單、灌漿工效高、造價(jià)低、對臨近建筑物影響小的特點(diǎn)。 本工程作為一次嘗試，為以后在均質(zhì)土壩除險(xiǎn)加固的防滲處理積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

[1] 帷幕灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S]

[2]SL62-94，水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]DL/T5200-2004，水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范[S].