帷幕灌漿施工工藝與質(zhì)量控制要點

錢勇峰

（浙江省水利水電勘測設(shè)計院 杭州 310002）

我省大多數(shù)水庫為20 世紀50～60年代所建，土石壩在各類壩型中占有很高的比例。限于當時條件，加之經(jīng)過多年運行，普遍存在滲漏隱患。近年來我省投入巨額資金進行“千庫保安”工程，對病險水庫進行除險加固，提高水庫的安全度，發(fā)揮水庫的綜合效益。對壩基滲漏通常采用帷幕灌漿進行防滲處理，筆者通過多年的工程實踐，總結(jié)出了帷幕灌漿施工和質(zhì)量控制經(jīng)驗，以供參考。

1 帷幕灌漿施工工藝

帷幕灌漿施工工藝流程：造孔→灌漿→待凝→下一段直至結(jié)束。

1.1 造孔

（1）心墻造孔。一般采用干打、干鉆取土法，或者先打入外套，再用鉆具加小水在套管內(nèi)清掃，一般掃至離套管底以上0.50m 左右。套管下至建基面后，可下鉆具對接觸段鉆進。

（2）砂礫石造孔。采用金剛石鉆頭單管清水鉆進，如遇局部孔段砂礫石較松散，造孔時進水量要小。若發(fā)生塌孔，主要采取以下措施：用彈簧鉆頭打撈孔內(nèi)掉塊，采用干鉆，若多次打撈也未能至設(shè)計段長，則對該段立即進行灌漿。

（3）基巖造孔。采用金剛石鉆頭單管清水鉆進。

1.2 灌漿

（1）灌漿序次。3 排孔的帷幕灌漿，先灌下游排，再灌上游排，最后灌中間排。2 排孔的帷幕灌漿，先灌下游排，后灌上游排。帷幕灌漿一般在每排孔上分3 序施工，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序先后鉆灌。

（2）灌漿方法。一般采用循環(huán)灌漿法自上而下分段灌漿。

（3）灌漿段長。根據(jù)SL62—94《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，帷幕灌漿段長宜采用5～6m，特殊情況下可適當縮短或加長，但不得大于10m，接觸段在巖石中的長度不得大于2m。

（4）灌漿壓力。灌漿允許最大全壓力為P（上部蓋重）=h×γ，h為壩頂至橡塞底部的距離(m)，γ為土體容重(一般取1.9t/m3)。壩肩較淺處當?shù)?2 段灌漿計算允許最大全壓力＜0.30MPa時，采用0.30Mpa。每段灌漿前根據(jù)輸漿管長度分別計算出不同漿液濃度下的灌漿壓力及壓力表壓力，以不同漿液的水灰比灌漿來控制壓力表壓力。壓力表裝在回漿管頂部，壓力表讀數(shù)宜讀指針擺動的中值。

（5）灌漿材料及添加劑使用。帷幕灌漿一般采用普通水泥，在特殊要求下，可采用地勘水泥、磨細水泥或超細水泥。灌漿過程中根據(jù)現(xiàn)場情況（氣溫、灌入量、水灰比等）可采用水玻璃作速凝劑（在吸漿量較大時，宜加3%～5%的水玻璃）。灌水泥漿液，使用普通攪拌機時，攪拌時間應(yīng)不小于3min。

（6）漿液變換。灌漿的漿液濃度應(yīng)由稀到濃逐級變換，采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1五個比級。根據(jù)壓水試驗透水率（q）的大小，選擇合理的開灌比，先期灌段要充分注意到各種地層的臨界水灰比，以指導后期的灌漿，使灌入量達到要求。當某級漿液累計注入量已達300L以上，或灌漿時間已達30min，而灌漿壓力各注入率均無改變或改變不顯著時，應(yīng)改濃一級水灰比。當注入率大于30L/min 時，可越級變濃。當灌量大，難以結(jié)束時，采取縮短初凝時間、降壓、限流等措施。

（7）灌漿結(jié)束標準、待凝。當單位進漿量達到規(guī)范結(jié)束標準后，再灌30min，實施壓力閉漿，當壓力表回零后，結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束待凝12h 后再進行下一段鉆進。

（8）封孔。全孔灌漿結(jié)束后，待凝12 小時進行封孔作業(yè)。

2 帷幕灌漿質(zhì)量控制要點

2.1 清水造孔與下套止水止?jié){

為保證灌漿質(zhì)量，在基巖和砂礫石層灌漿均采用清水造孔。目前基巖采用清水造孔技術(shù)已相當成熟，而傳統(tǒng)的砂礫石造孔和灌漿工藝難以保證灌漿質(zhì)量。此前，我院已研究出特有的砂礫石清水造孔技術(shù)。在砂礫石層造孔采用金剛石鉆頭單管清水造孔，已經(jīng)在我院承擔的多項除險加固工程砂礫石地基灌漿中得到應(yīng)用，取得了良好的效果。

下套進行止水止?jié){是保證砂礫石層灌漿質(zhì)量的要點，采用我院砂礫石地基灌漿創(chuàng)新技術(shù)（此技術(shù)已通過水利廳鑒定，并達到國內(nèi)領(lǐng)先水平）中的下套止水止?jié){法，確保了灌漿工程質(zhì)量。此工藝在多項除險加固工程砂礫石地基灌漿中得到應(yīng)用，取得了良好的效果。

2.2 灌漿壓力

灌漿壓力是控制灌漿質(zhì)量的重要因素。壓力過小，影響灌漿擴散半徑，不能形成連續(xù)的帷幕；壓力過大，會使裂隙擴大或引起巖體抬動變形而形成新的裂隙，反而破壞了巖體的完整性，尤其在接觸段灌漿時，壓力過大會導致壩體劈開。因此在灌漿過程中要控制好灌漿壓力，根據(jù)不同的地層和先期灌漿孔的吸漿量，及時調(diào)整灌漿壓力，增加水泥灌入量，保證灌漿工程質(zhì)量。

2.3 灌漿材料

根據(jù)地層的滲透性，選擇合適的灌漿材料能提高灌漿效果。目前選擇的材料有普通水泥、地勘水泥、磨細水泥和超細水泥。帷幕灌漿一般采用普通水泥；有特殊要求時，可采用磨細水泥或超細水泥，能擴大灌漿擴散半徑，增加水泥的灌入量；在動水位、透水性大的地層可采用地勘水泥，能防止灌漿擴散半徑過大，有利于帷幕的成幕。

2.4 灌漿段長

對于基巖地基灌漿，在實際施工中如果不進行控制，接觸段灌漿段長往往會超過2m。這樣做看似對灌漿質(zhì)量影響不大，容易忽視，實際對灌漿質(zhì)量是有很大影響的。根據(jù)多年施工經(jīng)驗，壩基滲漏問題主要在接觸段，施工過程中特別要控制好接觸段的灌漿質(zhì)量。一般情況下，灌漿段長度控制在5m 左右為宜；如遇破碎帶或裂隙發(fā)育不均一段，則應(yīng)縮短到3m 左右；如遇集中滲漏帶，應(yīng)單獨分段灌漿，這樣才能保證灌漿質(zhì)量。

對于砂礫石地基灌漿，縮短段長可提高灌漿效果，一般取3m 左右，接觸段段長不得大于2m。如遇礫石比較松散，透水率相對較大，可進一步縮短段長，建議取2m 左右，能提高灌漿質(zhì)量。

2.5 臨界水灰比

漿液在變級過程中，當漿液變濃一級后單位時間吸漿量明顯變小，變濃前一級水灰比就是臨界水灰比。為保證灌漿質(zhì)量，盡量擴大吸漿量，在灌漿過程中對臨界水灰比進行分析，確保漿液變級的合理性。當漿液達到臨界水灰比時，盡可能的多灌入此濃度漿液，能有效提高灌漿質(zhì)量。

3 工程實例

3.1 寧波北侖新路岙水庫

水庫大壩為黏土鋪蓋心墻砂殼壩，壩長517m，壩高24.0m，總庫容為1474.0萬m3。水庫壩基為雙層地基，上部為砂礫卵石層，下部為基巖。

壩基帷幕灌漿設(shè)A、B 兩排灌漿孔，分三序施工。帷幕懸掛深度至高程-11.05m，兩排排距1.5m，孔距2.0m。本工程的質(zhì)量控制要點如下：

（1）造孔與下套。砂礫石造孔采用我院特有的砂礫石清水造孔技術(shù)，金剛石鉆頭單管清水鉆進，局部孔段砂礫石較松散，造孔時進水量要小，若發(fā)生塌孔，用彈簧鉆頭打撈孔內(nèi)掉塊，采用干鉆。

下套與心墻造孔同步進行，采用我院砂礫石地基灌漿創(chuàng)新技術(shù)中的下套止水止?jié){法，接觸段灌漿時，套管離接觸面0.3～0.5m，灌漿結(jié)束后，套管打下至地基面。第2 段灌漿后，下小一檔套管至砂礫石層1.5～2.0m。

（2）灌漿材料。根據(jù)先導孔的施工情況，在不同的透水率范圍選擇不同的灌漿材料，A 排Ⅰ、Ⅱ序孔結(jié)束后，為增加漿液注入量，在Ⅲ序孔施工時做了適當?shù)恼{(diào)整。B 排孔施工時，根據(jù)A 排孔施工情況，對灌漿材料及其在透水率范圍內(nèi)應(yīng)用做了調(diào)整，提高了灌漿質(zhì)量。具體如下：

A 排：Ⅰ、Ⅱ序，Lu＞30，地勘水泥；10≤Lu≤30，普通水泥；Lu＜10，磨細水泥。Ⅲ序，Lu≥10，普通水泥；Lu＜10，磨細水泥。B 排：Ⅰ、Ⅱ序，Lu≥10，普通水泥；Lu＜10，磨細水泥。Ⅲ序,Lu≥15，普通水泥；Lu＜15，磨細水泥。

（3）灌漿段長。接觸段段長不超過2m，段內(nèi)包含心墻土和地基兩種介質(zhì)。砂礫石層縮短段長能提高灌漿效果，根據(jù)砂礫石松散程度，取2.0～3.0m，基巖段長為5.0～6.0m。

（4）灌漿壓力。接觸段灌漿根據(jù)先導孔試驗情況確定合適的灌漿壓力，但最大不能超過設(shè)計最大全壓力P。經(jīng)過Ⅰ，Ⅱ序的施工，Ⅲ序孔的灌漿壓力適當提高一些，每段灌漿壓力在原設(shè)計壓力的基礎(chǔ)上增加0.05MPa，有利于漿液更好的擴散，以確保灌漿質(zhì)量。

3.2 浙江欽寸水庫

欽寸水庫為混凝土面板堆石壩，壩頂高程106.0m，最大壩高64.0m，總庫容2.44億m3。根據(jù)查明的地質(zhì)資料，左岸玄武巖下伏砂礫石存在滲漏問題，且范圍較廣，須進行帷幕防滲。設(shè)計擬定從溢洪道左側(cè)混凝土接頭—鐵頂山上棗園范圍內(nèi)采取帷幕灌漿處理，與溢洪道以及大壩基礎(chǔ)帷幕相接，共同形成樞紐的防滲體系。

左岸砂礫石層選用水泥帷幕灌漿，在防滲處理范圍選擇一段作試驗段進行灌漿試驗，通過試驗確定帷幕灌漿設(shè)計方案。具體分3 個階段進行。

第1 階段試驗范圍為軸線排A77—A85，孔距2.0m，分三序施工，帷幕深入基巖以下5.0m。

第2 階段試驗是在軸線排向左延伸10.0m 增設(shè)的5 只孔（孔號為A72－A76）及在上游2.0m布設(shè)14 只孔（孔號為B72—B85），兩排各孔呈梅花形布置，分三序施工，帷幕軸線排深入基巖以下5.0m，上游排深入基巖以下0.5m。

第3 階段試驗在原試驗段左側(cè)延伸方向布置三排灌漿孔，單排孔數(shù)為16 只，孔距、排距均為2.0m，分三序施工。帷幕軸線排深入基巖以下5.0m，上、下游排深入基巖以下0.5m。本工程質(zhì)量控制要點如下：

（1）造孔與下套。砂礫石造孔采用我院特有的砂礫石清水造孔技術(shù)，金剛石鉆頭單管清水鉆進，覆蓋層開孔直徑為150mm；玄武巖造孔直徑為 130mm；砂礫石層造孔直徑為 110～91mm；終孔段直徑為91mm。在施工中，為防止砂礫石層造孔時發(fā)生塌孔現(xiàn)象，造孔時進水采用小水量，灌漿時盡量延長并漿時間。

下套進行止水止?jié){是本工程的難點之一，結(jié)合土壩砂礫石地基灌漿技術(shù)中的下套止水止?jié){法，根據(jù)欽寸水庫玄武巖下伏砂礫石地基的特點及時進行研究改進，并在試驗中應(yīng)用，確保工程的質(zhì)量。

（2）灌漿壓力。在第1 階段砂礫石層灌漿過程中，由于地層比較密實，在設(shè)計壓力條件下灌注，發(fā)現(xiàn)吸漿量明顯偏小，因此在第2、3 階段采取提高壓力進行灌注。第1 階段第1 段灌漿壓力為0.3MPa，以下每段增加0.05MPa。第2、3 階段玄武巖層灌漿壓力為0.6MPa，砂礫石層首段灌漿壓力取 0.8MPa，以下每段增加 0.03～0.04MPa。

（3）灌漿材料。第1、2 階段試驗孔采用PO42.5 的普通硅酸鹽水泥，檢查部分孔段透水率未能達到設(shè)計要求，在第3 階段試驗孔增加了磨細水泥。第3 階段上、下游排的56—63 號孔灌漿材料采用PO42.5 的普通硅酸鹽水泥，軸線排鉆孔和上、下游排的64—71 號孔采用磨細水泥。通過不同材料灌漿效果的比較試驗，最終確定帷幕灌漿材料。

（4）灌漿段長。根據(jù)第1、2 階段的灌漿情況，因第2、3 段砂礫石透水率相對較大，為進一步提高此范圍的灌漿質(zhì)量，在第3 階段中、后期適當調(diào)整灌漿段長。具體為在試驗第1、2 階段及第3 階段初期，第1 段段長為2.0m，第2～6 段段長為3.0m，軸線排第7 段為3.0m，上、下游排第7 段為終孔段深至基巖0.5m，軸線排第8 段為終孔段深至基巖5.0m。在第3 階段中、后期，對第1～6 段長做出調(diào)整，分別為2.5、2.0、2.0、3.0、3.5、3.5、3.5m，其余不變。

（5）臨界水灰比。由于本工程砂礫石地層比較密實，根據(jù)第1、2 階段的施工情況，為保證灌漿質(zhì)量，盡量擴大吸漿量，第3 階段試驗中，對本工程的臨界水灰比進行分析。經(jīng)綜合分析，本工程灌漿的臨界水灰比為2:1，當漿液需變濃至臨界水灰比時，一般在進漿量達到上一級濃度進漿量的2倍以上并且單位時間進漿量未明顯改變的情況下才變濃。

4 結(jié)語

帷幕灌漿是水庫壩基滲漏處理廣泛采用的方法。作為隱蔽工程，在施工過程中要確保灌漿質(zhì)量，就要選擇恰當?shù)脑炜准夹g(shù)、合適的灌漿壓力和灌漿材料、合理的灌漿段長、增加臨界水灰比的灌入量。結(jié)合工程實際地質(zhì)情況，把握好這些質(zhì)量控制要點，灌漿質(zhì)量是有保證的。

1 SL62—94 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范.

2 李茂芳，孫釗.大壩基礎(chǔ)灌漿［M］.北京：水利電力出版社，1992.