戀思水庫壩基帷幕灌漿試驗分析

潘維鋒

（晉中市水利勘測設(shè)計院，山西 榆次 030600）

1 工程概況

和順縣戀思水庫位于清漳河?xùn)|源主流張翼河上游，樞紐工程主要包括大壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞及供水、灌溉取水口等。

大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高30.3 m，壩頂長為336.8 m，壩頂寬6 m；壩頂高程1 354.3 m，上游壩坡由上至下為 1∶2.75，1∶3，1∶3.25，下游壩坡由上至下為 1∶2.25，1∶2.5，1∶3；上游壩坡分別在高程 1 344.8 m 和1334.8m處設(shè)二級馬道，馬道寬1.5m，下游壩坡分別在高程1344.8m和1334.8m處設(shè)二級馬道，馬道寬2m；上游壩坡采用厚40 cm干砌石護(hù)坡，干砌石下設(shè)25 cm厚碎石過渡層和15 cm厚粗砂反濾層；下游壩坡設(shè)草皮護(hù)坡；下游壩腳設(shè)堆石排水棱體，排水棱體頂高程1 329 m，頂寬2 m，排水棱體與壩體間設(shè)反濾層。

2 壩基地質(zhì)及存在問題

2.1 壩基巖土工程地質(zhì)特性及主要問題

大壩清理基礎(chǔ)表層腐殖土后座落于全新統(tǒng)洪沖積物上，該地層為卵石混合土，結(jié)構(gòu)松散，夾級配不良砂和低液限黏土透鏡體，厚2.8～6 m，為強(qiáng)透水層；其下為巨厚劉家溝組第四、三巖組粉細(xì)砂巖夾泥巖，上部粉細(xì)、中細(xì)粒砂巖為強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化層，依據(jù)壩基鉆孔壓水試驗，孔深在25～30 m以內(nèi)，透水率為19.7～53.5 Lu，屬中強(qiáng)透水性；孔深大于30 m以下巖體的透水率為2.16～8.7 Lu，為弱透水性。

水庫蓄水后將通過卵石混合土、強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化粉細(xì)砂巖產(chǎn)生滲漏，壩基存在滲漏問題。

2.2 工程措施

依據(jù)上述壩基地質(zhì)情況，設(shè)計采取如下工程措施防止壩基滲漏：壩基覆蓋層設(shè)黏土截水槽進(jìn)行防滲，防止該層產(chǎn)生滲漏和滲透變形，截水槽進(jìn)入弱風(fēng)化粉細(xì)砂巖層中1.0 m；對壩基巖體進(jìn)行帷幕灌漿，深度30～40 m，減弱壩基滲漏量。帷幕灌漿和截水槽連接為完整的防滲體。

3 帷幕灌漿施工試驗

3.1 試驗?zāi)康?/h3>

工程參建各方依據(jù)設(shè)計對壩基巖體帷幕灌漿進(jìn)行了施工試驗。通過灌漿試驗論證擬采用的施工方法、施工參數(shù)在技術(shù)上的可行性、效果上的可靠性和經(jīng)濟(jì)上的合理性；推薦合理的施工程序，良好的施工工藝，適宜的灌漿材料和最優(yōu)的漿液配合比；提供有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)，孔距、排距、防滲帷幕厚度和深度；選定合理的灌漿壓力。

3.2 試驗區(qū)域選擇和孔位布置

第一，試驗場地選擇。試驗區(qū)域定在二馬道，樁號壩0+133.00—0+145.00段之間進(jìn)行單排孔帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗。

第二，試驗孔的布置及編號。帷幕灌漿試驗孔為垂直孔，分三序孔布置。本試驗段共布置試驗孔11個（其中先導(dǎo)孔1個），Ⅰ序孔3個，Ⅱ序孔2個，Ⅲ序孔4個，檢查孔2個。先導(dǎo)孔用Ⅰ（S5）序孔代替。檢查孔在帷幕灌漿試驗完畢后，通過灌漿資料的整理、分析，確定在S1～S2之間（壩0+134.00）、S4～S5之間（壩0+138.25）設(shè)置。

3.3 灌漿試驗施工

鉆孔灌漿根據(jù)分序加密的原則，按三序進(jìn)行，先鉆灌Ⅰ序孔，后鉆灌Ⅱ序孔，最后鉆灌Ⅲ序孔，先導(dǎo)孔選定Ⅰ序的S5號孔，首先施工鉆灌，待全部灌漿試驗孔完成14 d后再進(jìn)行施工質(zhì)量檢查，以檢查灌漿試驗施工的效果。

圖1 帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗孔布置圖

3.3.1 鉆孔

鉆孔包括先導(dǎo)孔、灌漿孔、檢查孔鉆孔。鉆孔鉆進(jìn)采用300型回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)。鉆孔過程中采用清水沖冼。試驗孔開孔孔徑89 mm，終孔孔徑75 mm。

3.3.2 鉆孔沖洗、裂隙沖洗和壓水試驗

采用鉆桿通入大流量水，從孔底向孔外沖洗的方法進(jìn)行鉆孔沖洗，直至回水澄清方可停止。

各灌漿孔（段）在灌漿前采用壓力水進(jìn)行裂隙沖洗，直至回水清凈時止。沖洗壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1 MPa。

帷幕灌漿檢查孔自上而下分段進(jìn)行壓水試驗，試驗采用五點(diǎn)法壓水。各試驗灌漿孔（段）在灌漿前進(jìn)行簡易壓水。簡易壓水結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行，壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1 MPa，壓水時間20 min，每5 min測讀一次壓入流量。取最后的流量值作為計算流量，其成果以透水率表示。

3.3.3 灌漿

灌漿所用水泥的性能和各項指標(biāo)均滿足設(shè)計和有關(guān)規(guī)范要求的42.5普通硅酸鹽水泥。

灌漿方法：采用自上而下分段灌漿法。

灌漿方式：采用孔口封閉、孔底循環(huán)式，射漿管距孔底不大于50 cm。

灌漿壓力和段長見表1。

表1 帷幕灌漿各段壓力計算表

漿液配合比：帷幕灌漿漿液水灰比采用5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1 六個比級。開灌水灰比為 5∶1。

漿液變換：當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比；當(dāng)某一比級漿液的注入量已達(dá)300 L以上或灌注時間已達(dá)1 h，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應(yīng)改用濃一級；當(dāng)注入率大于30 L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃。

結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：灌漿段在最大設(shè)計壓力下，注入率不大于1 L/min時繼續(xù)灌注60 min可結(jié)束灌漿；對長期達(dá)不到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)或單位注入率大于1 L/min的孔段，報請監(jiān)理人共同研究處理措施。

封孔方法：每個試驗孔在最后一段帷幕灌漿完成后采用“全孔壓力灌漿封孔法”進(jìn)行封孔，即把孔內(nèi)漿液置換成水灰比0.5∶1的稠水泥漿液，封孔壓力采用灌漿最大壓力；黏土層采用黏土進(jìn)行回填封孔。

3.3.4 灌漿效果檢查

帷幕灌漿檢查孔壓水試驗在試驗段灌漿結(jié)束14 d后進(jìn)行，本試驗段布置一個檢查孔；檢查孔開孔孔徑89 mm，終孔孔徑75 mm；檢查孔采用自上而下分段卡塞進(jìn)行壓水試驗，試驗方法采用五點(diǎn)法；帷幕灌漿檢查孔壓水試驗結(jié)束后，按照技術(shù)要求自下而上進(jìn)行灌漿和封孔。

3.3.5 試驗成果分析和評述

3.3.5.1 透水率分析

通過對各次序孔的灌前壓水試驗資料分析，I序孔的平均透水率48.17 Lu，II序孔的平均透水率27.90 Lu，III序孔平均透水率為19.93 Lu。透水率隨灌序的加密而減少，灌漿效果明顯，符合灌漿的一般規(guī)律，表明施工參數(shù)適合本工程要求。

各次序孔透水率頻率分析：I序孔壓水試驗共16段，10～50透水率（Lu）區(qū)間段數(shù)為11段，相應(yīng)頻率為69%；50～100區(qū)間段數(shù)2段，頻率為12%；大于100區(qū)間段數(shù)為3段，頻率為19%。II序孔壓水試驗12段，10～50區(qū)間段數(shù)10段，頻率為83%；50～100 Lu區(qū)間段數(shù)為2段，相應(yīng)頻率為17%。III序孔壓水試驗24段，10～50區(qū)間段數(shù)20段，頻率為83%，大于100區(qū)間段數(shù)為4段，頻率為17%。通過對各次序孔透水率頻率的分析，I，II，III序孔透水率主要集中在10～50透水率（Lu）區(qū)間，隨著孔序的加密，透水率逐漸減小，灌漿效果明顯，符合灌漿的一般規(guī)律。

3.3.5.2 單位注入量分析

通過對各次序孔的灌漿資料分析，I序孔單位注入量243.77 kg/m，II序孔單位注入量154.61 kg/m，III序孔單位注入量141.11 kg/m。單位注入量隨灌漿次序的加密而減小，符合灌漿正常規(guī)律，灌漿效果明顯。

I序孔灌漿共18段，50～100單位注灰量區(qū)間段數(shù)為1段，相應(yīng)頻率為6%；100～500區(qū)間段數(shù)15段，頻率為83%；500～1000區(qū)間段數(shù)為2段，頻率為11%。II序孔灌漿12段，50～100單位注灰量區(qū)間段數(shù)為1段，相應(yīng)頻率為8%；100～500區(qū)間段數(shù)11段，頻率為92%。III序孔灌漿24段，50～100單位注灰量區(qū)間段數(shù)為3段，相應(yīng)頻率為13%，100～500區(qū)間段數(shù)21段，頻率為87%。通過對各次序孔單位注入量頻率的分析，I，II，III序孔單位注入量均集中在100～500區(qū)間，隨著孔序的加密，單位注入量逐漸減小，符合灌漿的正常規(guī)律，灌漿效果明顯。

3.3.5.3 檢查孔分析

本試驗段布置檢查孔2個，壓水試驗13段，其中J1透水率最大9.34 Lu，最小8.29 Lu，均不滿足設(shè)計要求的8 Lu的防滲標(biāo)準(zhǔn)要求，J2透水率最大5.66 Lu，最小3.07 Lu，合格率100%，滿足設(shè)計要求的8 Lu的防滲標(biāo)準(zhǔn)要求，表明帷幕灌漿在孔距為2 m時無法達(dá)到設(shè)計要求的防滲標(biāo)準(zhǔn)，孔距1.50 m施工參數(shù)下的帷幕灌漿滿足設(shè)計要求。

3.3.5.4 第一段灌漿壓力分析

本次灌漿試驗第一段壓力采用了0.30 MPa和0.50 MPa兩個壓力，為了防止混凝土發(fā)生抬動，Ⅰ序孔開始灌漿時采用較小壓力0.30 MPa，發(fā)現(xiàn)該壓力下地面不會出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，即不會對基巖上面混凝土產(chǎn)生破壞。為了使灌漿效果達(dá)到最好，從Ⅱ序孔開始第一段壓力增加到0.50 MPa，發(fā)現(xiàn)在0.50 MPa的壓力下混凝土也不會被破壞，因此以后的第一段壓力均按照0.50 MPa執(zhí)行。

4 結(jié)語

本次試驗采用孔口封閉、孔底循環(huán)，自上而下分段灌漿的灌漿方法能夠滿足規(guī)范和設(shè)計要求，所取得的灌漿效果良好。根據(jù)本工程的地質(zhì)條件，采用42.5普通硅酸鹽水泥進(jìn)行灌漿是適宜的，帷幕灌漿質(zhì)量良好，灌漿效果較明顯，滿足設(shè)計要求，灌漿施工試驗取得成功。