控制性水泥灌漿在圍堰砂卵石地層的應(yīng)用

丁西武 劉建坤

一、工程簡介

（一）猴子巖水電站導(dǎo)流洞簡介

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣孔玉鄉(xiāng)，是大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”的第9級電站。壩址控制流域面積約54036km2，多年平均流量774m3/s。水庫正常蓄水位1842m，電站裝機(jī)容量1700MW，單獨(dú)運(yùn)行年發(fā)電量69.964億kWh。

猴子巖水電站樞紐建筑物由面板堆石壩、泄洪洞、放空洞、發(fā)電廠房、引水及尾水建筑物等組成。大壩為面板堆石壩，壩頂高程1848.50m，河床趾板建基面高程1625.00m，最大壩高223.50m。引水發(fā)電建筑物由進(jìn)水口、壓力管道、主廠房、副廠房、主變室、開關(guān)站、尾水調(diào)壓室、尾水洞及尾水塔等組成，采用“單機(jī)單管供水”及“兩機(jī)一室一洞”的布置格局。

兩條導(dǎo)流洞斷面尺寸均為13m×15m（城門洞型，寬×高），同高程布置在左岸，進(jìn)口高程1698.00m，出口高程1693.00m。工程初期導(dǎo)流采用斷流圍堰擋水、隧洞導(dǎo)流的導(dǎo)流方式。

（二）進(jìn)口明渠段地質(zhì)條件

導(dǎo)流洞閘室和現(xiàn)代河床之間為Ⅰ級階地，沿導(dǎo)流洞軸線長107m，為導(dǎo)流洞明渠段，底板高程1698m，底寬17m，向河床方向逐漸敞開。明渠大部分為覆蓋層，上部為崩坡積層，厚度0～15m，主要由塊碎土組成，結(jié)構(gòu)較松散；下部為河床③層含泥漂（塊）卵（碎）砂礫石層上，地基具一定承載力，但局部架空，滲透性強(qiáng)，滲透系數(shù)K值為1.59×10－2～7.56×10－2cm/s；

再往下為河床②粉質(zhì)粘土層，滲透系數(shù)K值為2.33×10－5～1.4×10－6cm/s，可作防滲。

（三）圍堰方案

1．圍堰布置及結(jié)構(gòu)型式選擇。鑒于圍堰處于大渡河岸左側(cè)，采用混凝土心墻或粘土心墻擋水圍堰，需要基礎(chǔ)開挖至基巖，河床為砂卵石地層，厚度約30m，工作面狹窄，施工期擋水解決困難。原投標(biāo)選定的旋噴水泥帷幕灌漿的方案，實(shí)施操作復(fù)雜不能滿足工期要求且造價較高?，F(xiàn)考慮選用土石圍堰，結(jié)合相應(yīng)控制水泥灌漿防滲處理。

2．圍堰布置及結(jié)構(gòu)形式。1#、2#導(dǎo)流洞進(jìn)口全年圍堰采取土工膜斜墻土石圍堰形式，由原河床的含泥漂（塊）卵（碎）砂礫石直接開挖形成全年圍堰，堰頂高程為1711m，堰頂寬10.00m（1#公路路面寬7.50m），迎水面邊坡為1:0.5，采用鋼筋籠護(hù)坡；背水面邊坡1:0.8，采用石塊護(hù)坡。圍堰防滲采用兩布一膜的復(fù)合土工膜（350g/0.5mm PE/350g）。圍堰迎水面采用鋼筋石籠護(hù)坡，設(shè)置1m厚的鋼筋石籠護(hù)坡。

3．圍堰基礎(chǔ)處理。依據(jù)現(xiàn)場開挖出露的地質(zhì)地條件、含泥漂（塊）卵（碎）砂礫石粒徑大小和均勻程度，對圍堰基礎(chǔ)采用防滲（帷幕）灌漿方法進(jìn)行處理。圍堰防滲灌漿施工包括進(jìn)口段、進(jìn)口左岸段（上游段）和進(jìn)口右岸段（下游段），防滲帷幕軸線總長約206m。其中進(jìn)口段軸線長69.7m，在枯水期防滲施工平臺施工，枯水期防滲平臺設(shè)計(jì)高程為1700.00m，在原有河床上開挖修整而成，距大渡河邊約20m。左岸段和右岸段軸線分別為80.3m和55.9m，在全年圍堰的保護(hù)下施工。

二、防滲（帷幕）灌漿施工

（一）防滲（帷幕）灌漿施工原理簡述

導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰的防滲帷幕主要采用控制性水泥灌漿工藝實(shí)施，同時利用控制漿液能頂水上行的水泥灌漿堵漏工藝對局部較大滲漏通道進(jìn)行封堵施工。

控制性水泥灌漿技術(shù)及其控制漿液能頂水上行的水泥灌漿堵漏工藝是立足于從灌漿可控性角度出發(fā)，結(jié)合流體和固體的受力特征，應(yīng)用水泥漿液加化學(xué)外加劑后能使水泥漿液迅速失去流動而變成凝固體的特性，而形成的新的灌漿工藝構(gòu)思和施工措施。它通過控制水泥漿液的凝膠時間，使水泥漿液在擴(kuò)散過程中迅速失去流動性，其滲透壓力會迅速消失，但水泥結(jié)石體還不會產(chǎn)生骨架作用，即軟塑體，仍能被擠壓滑動，從而有效地控制灌漿升壓問題，且不會導(dǎo)致產(chǎn)生漿液流失。該技術(shù)就是利用這一原理，使地層產(chǎn)生擠壓密實(shí)變形和擠壓滑動，控制灌漿壓力對地層產(chǎn)生的附加壓應(yīng)力值達(dá)到足夠值后而對地層進(jìn)行回填置換和擠密、擠實(shí)。br>

（二）灌漿孔的布置及主要工程量

1．灌漿孔的布置。

（1）根據(jù)所采用工法的原理，結(jié)合以往工程的施工經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰、進(jìn)口左右岸的防滲帷幕灌漿原則上采用一排孔布置，施工過程中對局部較大的滲漏部位再在上游面增加第一排孔（間距為1.0m）。

（2）灌漿孔分I、II序，先施工I序孔，后施工II序孔。

（3）灌漿孔深按15.0m（EL1700.0m ～EL1685.0m）控制。

2．主要工程量。圍堰（包括進(jìn)口左、右岸段）灌漿帷幕軸線長約206m，最大孔深約15m，累計(jì)鉆孔、灌漿工程量約3090m。

（三）控制性水泥灌漿主要施工程序及方法

1．施工程序。針對本工程的實(shí)際情況，進(jìn)口圍堰的控制性水泥灌漿施工程序主要分為以下四個步驟，即①砼蓋帽澆筑(粘土層的擠壓密實(shí))→②河床砂礫石的防滲處理(預(yù)埋孔口PVC管→接觸縫注漿→固定鉆機(jī)→I序孔鉆孔跟管→拔套管并下射漿管→進(jìn)行控制性水泥灌漿→Ⅱ序孔鉆孔跟管→拔套管并下射漿管→進(jìn)行控制性水泥灌漿→Ⅲ序孔鉆孔跟管→拔管并下射漿管→進(jìn)行控制性水泥灌漿)→③局部加強(qiáng)→④質(zhì)量檢查。施工重點(diǎn)在于第二步。

2．主要工序施工方法說明。

（1）防滲墻蓋帽混凝土澆筑施工。先進(jìn)行蓋帽混凝土澆筑，后進(jìn)行防滲施工。防滲帷幕的頂部澆筑一蓋帽混凝土C15，蓋帽混凝土中預(yù)埋土工膜，蓋帽混凝土起到連接防滲帷幕與土工膜的關(guān)系。

（2）接觸縫灌漿施工。在圍堰防滲鉆孔灌漿施工前，先利用預(yù)埋PVC管的孔進(jìn)行砼蓋帽與軟覆蓋層面之間接觸縫灌漿，灌漿前鉆入覆蓋層孔深1.0m左右再灌漿。施工順序先I序孔再Ⅱ序孔，最后Ⅲ序孔，同一序可同時施工，灌漿時壓力達(dá)0.5MPa左右不進(jìn)漿即可結(jié)束灌漿。

（3）鉆孔及孔口管的鑲鑄。

1）在已完成防滲軸線砼蓋帽預(yù)埋的PVC管(Φ150mm)上，采用液壓跟管鉆機(jī)鉆孔，Φ91mm鉆頭開孔，至孔深1.5m后預(yù)埋Φ90mm，L=1.50m孔口管，孔口管的材料選用硬質(zhì)PVC管或PPR管材。

2）控制性水泥灌漿孔鉆孔直徑為Φ108mm，孔深15.0m，孔距1.0m；鉆孔的孔位、孔向、孔斜等指標(biāo)按DL/T5148-2001相關(guān)要求控制。

3）采用一次成孔再在孔內(nèi)埋進(jìn)漿管分段灌漿法施工。灌漿孔先施工Ⅰ序孔后施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序，同一孔序之間可同時進(jìn)行施工。粘土層內(nèi)的孔口管鑲鑄采用膜袋灌漿技術(shù)，如圖1所示：

圖 1利用膜袋灌漿技術(shù)在粘土層內(nèi)鑲鑄孔口管工藝示意圖

4）孔口管鑲鑄好后待凝12h，改用Φ75mm鉆頭自上而下分段鉆孔。段長根據(jù)施鉆情況靈活掌握，一般5～8m為一段。

5）鉆孔達(dá)設(shè)計(jì)孔深后，移開鉆機(jī)，先預(yù)埋灌漿射漿管，再用液壓拔管機(jī)拔出套管，進(jìn)行孔口阻塞器安裝，完成后進(jìn)行灌漿施工。每一段灌漿結(jié)束后需待凝12h，方再開始下一段的鉆孔施工。

（4）灌漿。

1）灌漿采用雙液灌漿法，即3SNS高壓灌漿泵灌水泥濃漿，化學(xué)灌漿泵灌注化學(xué)控制液。采用化學(xué)控制液，兩種漿液視不同情況或在孔內(nèi)、或在地層內(nèi)混合，加灌化學(xué)控制液視孔內(nèi)升壓情況和進(jìn)漿量變化情況靈活掌握。

2）灌漿自上而下分段進(jìn)行。

3）阻塞采用濾水式壓漿阻塞方式進(jìn)行，下一段的阻塞器阻塞在上一灌漿段的底段，其中第一段灌漿阻塞約距孔口下1.0米。鉆孔完成后即可安裝射漿管和阻塞器，預(yù)埋射漿管為一吋鋼管，阻塞器壓好后待凝12小時以上再進(jìn)行灌漿。

4）水泥選用強(qiáng)度等級為32.5的普通硅酸鹽水泥，水灰比全部選用0.8∶1一個級配。用比重計(jì)經(jīng)常抽查水泥漿比重 ，保證使用合格的漿液。

5）根據(jù)現(xiàn)場施工情況，先施工Ⅰ序孔，完成后再施工Ⅱ序孔?？刂菩运啖裥蚩缀廷蛐蚩坠酀{自上而下分三段進(jìn)行，控制性水泥灌漿技術(shù)對灌漿段長沒有明確的數(shù)值要求，根據(jù)施鉆情況靈活掌握。

6）完成第一段灌漿后接著下一段灌漿施工，直至完成第二孔段的灌漿后接著進(jìn)行終孔的附加推剪水泥灌漿。完成第三孔段的灌漿后接著進(jìn)行終孔的附加推剪水泥灌漿。

7）灌漿壓力以機(jī)身壓力控制，各段壓力值按表1標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

8）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：達(dá)到要求灌漿壓力且已灌入一定的漿液量后即可結(jié)束灌漿。

（5）特殊情況處理：1）塌孔的處理：用壓力水進(jìn)行沖洗，循環(huán)進(jìn)行鉆灌，直至不塌孔為止；2）壓力起不來：停停灌灌，待凝，并重新掃孔多次鉆灌。

（6）質(zhì)量檢查。控制性水泥灌漿的質(zhì)量檢查以壓水試驗(yàn)為主，結(jié)合取芯檢查、基坑滲漏水量綜合評定。檢查孔數(shù)量按總孔數(shù)的5%控制。

（四）施工順序

1．先進(jìn)行進(jìn)口段的防滲灌漿施工，后進(jìn)行進(jìn)口左岸段防滲灌漿施工，最后進(jìn)行進(jìn)口右岸段的防滲灌漿施工。

2．導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰防滲帷幕灌漿工程計(jì)劃工期為45天，按2009年3月1日～4月15日控制。

3．防滲帷幕施工如與進(jìn)口邊坡開挖發(fā)生施工干擾，可適當(dāng)調(diào)整防滲施工部位。

（五）灌漿防滲效果

1．灌漿施工2009年3月中水位高程1700左右，控制灌漿后，沿河側(cè)開挖槽和蓋重混凝土區(qū)域水量明顯減少。

2．開挖發(fā)現(xiàn)防滲墻與導(dǎo)流洞洞口基巖接觸部位有少量滲水，隨機(jī)進(jìn)行了控制水泥補(bǔ)強(qiáng)灌漿；

3．圍堰內(nèi)基坑底板有黑色沙粒滲漏點(diǎn)，靠基坑中部發(fā)育。說明圍堰防滲控制深度15m，不足以滿足30m厚河床覆蓋層，存在從防滲墻底部河水繞滲現(xiàn)象。

4．進(jìn)口底板開挖高程1698，揭露處水泥結(jié)塊成墻連續(xù)，硬度高需要爆破拆除，具備良好防滲效果。

5．進(jìn)口邊坡覆蓋層開挖緊隨圍堰施工完成后進(jìn)行，開挖至1700高程，正值2009年6月大渡河主汛期，圍堰內(nèi)布置700m3/h水泵抽水，水面保持1697高程，低于底板施工工作面，滿足正常施工要求。

三、結(jié)語

1．猴子巖水電站導(dǎo)流洞進(jìn)口覆蓋層中多大孤石，施工中易卡鉆，且為砂卵石地層，成孔困難，必須采用地質(zhì)鉆跟管護(hù)壁。

2．原投標(biāo)選定的旋噴水泥帷幕灌漿的方案，實(shí)施不能滿足工期要求，工程造價約350萬元，而根據(jù)現(xiàn)場確定的控制性水泥灌漿的方案，工程造價為250萬元，說明了該新技術(shù)的良好經(jīng)濟(jì)效益。

3．控制水泥漿凝膠時間并能達(dá)速凝條件，較好解決了串冒水泥漿的問題；應(yīng)用控制水泥漿能頂水上行的灌漿堵漏工藝，使流動水的有害影響變成有利條件，形成水泥灌漿防滲帷幕。

4．應(yīng)用水泥灌漿附加推剪擠壓法多用于巖層破碎地帶處理，進(jìn)行深覆蓋層帷幕灌漿在國內(nèi)外工程中尚不多見，本次工程為用水泥灌漿改善松散覆蓋層強(qiáng)度、防滲指標(biāo)等參數(shù)提供了參考。

作者簡介：丁西武（1974-），男，湖北黃岡人，中國人民武裝警察部隊(duì)水電第一總隊(duì)工程師，研究方向：工程施工及工程造價管理；劉建坤（1984-），男，山東臨沂人，中國人民武裝警察部隊(duì)水電第一總隊(duì)助理工程師，研究方向：水電工程施工管理。

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）