帷幕灌漿在南水北調(diào)中線陶岔渠首樞紐工程防滲處理中的應(yīng)用

奚建猛 楊 亮

一、概況

南水北調(diào)中線一期陶岔渠首樞紐工程是南水北調(diào)中線輸水總干渠的引水渠首，主要由引水閘、河床式電站、兩岸重力壩等建筑物組成。

樞紐工程位于巖溶較發(fā)育的石灰?guī)r地區(qū)，當(dāng)?shù)そ谒畮?kù)正常蓄水位提至高程170m后，庫(kù)區(qū)水位將高于渠首兩岸山體地下水位，使兩岸山體地下滲流場(chǎng)及其補(bǔ)、排方式發(fā)生改變，由現(xiàn)在的山體地下水補(bǔ)給庫(kù)水變?yōu)閹?kù)水補(bǔ)給山體地下水，由此極可能形成壩基及兩岸山體繞壩滲漏。為控制閘基及兩岸繞閘滲漏，降低閘基揚(yáng)壓力，同時(shí)防止基巖中軟弱結(jié)構(gòu)面和巖溶充填物等軟弱地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生滲透破壞，對(duì)閘基及兩岸一定范圍采取帷幕灌漿防滲處理方案。

二、帷幕灌漿設(shè)計(jì)

1.防滲方案

由于左、右岸帷幕線沿線表層粘土厚度較大，透水性小，滲透系數(shù)3×10-5～5×10-7cm/s，自身可滿足防滲要求，因此工程防滲主要針對(duì)閘基及兩岸山體基巖進(jìn)行，為進(jìn)一步降低閘基揚(yáng)壓力，閘基防滲帷幕后還布置了一道排水孔幕。

防滲帷幕線路在建筑物范圍內(nèi)沿閘基灌漿廊道軸線布置，并分別向左、右岸延伸至兩岸上壩公路內(nèi)側(cè)。左岸山體段防滲帷幕的作用主要是攔截順湯山西側(cè)及西北側(cè)灰?guī)r巖溶入滲區(qū)的來(lái)水，防滲帷幕布置在湯山東北坡腳，防滲帷幕軸線總體走向基本垂直于湯山區(qū)域的滲漏方向。

2.防滲帷幕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319-2005）規(guī)定，工程防滲帷幕設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)為：（1）閘身段：基巖透水率 q≤3Lu；（2）兩岸近岸段：基巖透水率 q≤5Lu；（3）兩岸山體遠(yuǎn)岸段：基巖透水率q≤10Lu。

3.防滲帷幕設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)閘址區(qū)工程地質(zhì)條件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)帷幕灌漿試驗(yàn)成果，并參考其他類似工程施工經(jīng)驗(yàn)確定。

（1）閘身段帷幕軸線長(zhǎng)度305m，防滲帷幕按兩排布置，孔距為2.5m，排距為0.5～0.6m。主排（下游排）帷幕孔深按設(shè)計(jì)防滲底線控制，前排帷幕孔深按主排帷幕孔深的1/2左右控制。

（2）兩岸山體防滲帷幕按單排布置，其中近岸地段帷幕孔距為2m，遠(yuǎn)岸地段（距閘端100m以外）帷幕孔距為2.5m。帷幕孔深為左岸40～110m，右岸80～96m。

三、現(xiàn)場(chǎng)帷幕灌漿試驗(yàn)研究

由于陶岔渠首樞紐工程防滲帷幕沿線工程及水文地質(zhì)條件復(fù)雜，存在深厚覆蓋層及深覆蓋層下巖溶發(fā)育等工程地質(zhì)問(wèn)題，給防滲帷幕的形成帶來(lái)了極大的困難。同時(shí)，受工程條件限制，該工程防滲帷幕只能采用單一的灌漿方式成幕，不能采取巖溶追蹤清理回填加帷幕灌漿方式成幕，進(jìn)一步加劇了防滲帷幕成幕難度。為確保工程防滲帷幕的順利形成，在工程帷幕灌漿實(shí)施前，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)研究，確定相應(yīng)的灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方法。

（1）提出合理、可行的深厚覆蓋層下巖溶強(qiáng)透水層灌漿成幕的鉆灌施工方法、施工工藝和灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)。

（2）驗(yàn)證、評(píng)價(jià)覆蓋層，尤其是土巖接觸面自身防滲能力，確定土巖接觸面、接觸段的灌漿施工方法、灌漿材料及灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)。

（3）確定深厚覆蓋層鉆孔成孔方法，制定相應(yīng)的施工工藝流程。

（4）確定經(jīng)濟(jì)合理的孔口管埋設(shè)方法和配套的施工機(jī)械、設(shè)備，制定相應(yīng)的施工工序流程和控制措施。

（5）通過(guò)不同設(shè)計(jì)參數(shù)下的帷幕灌漿效果對(duì)比分析、研究，確定達(dá)到不同設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的最優(yōu)防滲帷幕設(shè)計(jì)參數(shù)。

四、帷幕灌漿施工過(guò)程質(zhì)量控制

1.防滲帷幕施工方法與施工工藝

閘身段帷幕灌漿在基礎(chǔ)廊道內(nèi)或壩頂施工，兩岸山體段帷幕灌漿在地表施工。兩岸地表覆蓋層鉆孔采用魚(yú)尾鉆法造孔，鉆孔孔徑130mm；兩岸及閘身段基巖鉆孔采用金剛石鉆頭造孔，鉆孔孔徑56～76mm。

帷幕灌漿采用“小口徑孔、孔口封閉、自上而下分段灌漿法”施工，其中兩岸地表覆蓋層部位帷幕灌漿孔口管埋設(shè)采用隔管法，如圖1。

帷幕灌漿漿液以普通純水泥漿液為主，地下水流速較大或有規(guī)模較大的巖溶發(fā)育等特殊部位采用在水泥漿液中加入外加劑或采用混合漿液灌注。普通純水泥漿液水灰比（重量比）采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1等五個(gè)比級(jí)，開(kāi)灌水灰比一般為3∶1。

帷幕灌漿最大灌漿壓力為2.5MPa，各灌段灌漿壓力詳見(jiàn)表1。

2.鉆孔

所有帷幕灌漿孔、抬動(dòng)觀測(cè)孔和質(zhì)量檢查孔編號(hào)、孔序、孔深、段長(zhǎng)等均按照施工圖紙及施工技術(shù)要求相關(guān)規(guī)定進(jìn)行布置及測(cè)量放線布孔，保證鉆孔開(kāi)孔孔位與設(shè)計(jì)位置的偏差不大于10cm。覆蓋層鉆孔深度按鉆至土巖接觸面控制，終孔孔深按設(shè)計(jì)圖紙孔深或高程控制。

3.壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)在鉆孔沖洗或裂隙沖洗結(jié)束后24h以內(nèi)分段進(jìn)行。先導(dǎo)孔，質(zhì)量檢查孔壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法，常規(guī)帷幕灌漿孔壓水試驗(yàn)采用簡(jiǎn)易壓水法。

4.灌漿

表1 帷幕灌漿壓力表

帷幕灌漿按分排分序加密、自上而下分段的原則分三序施工，采用孔口封閉灌漿法灌注。灌漿段灌漿時(shí)，射漿管管口距孔底距離小于50cm，射漿管外徑與鉆孔孔徑之差小于20mm。灌漿過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)和上下活動(dòng)射漿管，回漿管宜有15L/min以上的回漿量；尤其是深孔段強(qiáng)巖溶層灌漿，應(yīng)每隔2～3min轉(zhuǎn)動(dòng)并上下活動(dòng)一次射漿管。強(qiáng)巖溶段灌漿時(shí)，如吸漿量大或不返漿，可采取限流、限量、待凝復(fù)灌等措施處理。

五、帷幕灌漿施工質(zhì)量檢查

帷幕灌漿孔和檢查孔的封孔質(zhì)量逐孔進(jìn)行檢查，帷幕灌漿單元工程質(zhì)量評(píng)定以質(zhì)量檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合鉆孔（取芯）、灌前壓水試驗(yàn)、灌漿、鉆孔測(cè)斜、抬動(dòng)變形觀測(cè)等成果資料綜合評(píng)定。

質(zhì)量檢查在單元工程灌漿結(jié)束14d后進(jìn)行；質(zhì)量檢查孔由監(jiān)理工程師按帷幕灌漿總孔數(shù)的10%布置，一個(gè)單元工程內(nèi)至少有一個(gè)質(zhì)量檢查孔。

質(zhì)量檢查采用自上而下分段阻塞方式進(jìn)行單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)檢查，壓水試驗(yàn)分段段長(zhǎng)與灌漿段長(zhǎng)一致。

質(zhì)量檢查合格標(biāo)準(zhǔn)為壩基基巖透水率q≤3Lu；兩岸近閘段（距閘端防滲帷幕線路長(zhǎng)各約100m范圍）基巖透水率q≤5Lu；兩岸遠(yuǎn)岸段基巖透水率q≤10Lu。要求壩基第1、2段合格率為100%，以下各段合格率達(dá)90%以上，兩岸地表覆蓋層下基巖各段合格率均達(dá)90%以上。各不合格的孔段透水率q不超過(guò)相應(yīng)合格標(biāo)準(zhǔn)的200%，且不集中，方可認(rèn)為合格。

質(zhì)量檢查孔全孔壓水試驗(yàn)結(jié)束以后，壩基質(zhì)量檢查孔將阻塞器阻塞在第一段以上混凝土內(nèi)0.5m處，兩岸質(zhì)量檢查孔阻塞器阻塞在孔口管內(nèi)0.5m處，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行全孔灌漿封孔。

六、結(jié)語(yǔ)

陶岔渠首樞紐工程帷幕灌漿施工進(jìn)展順利，建立施工單位三級(jí)檢查、監(jiān)理全過(guò)程旁站、設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)跟蹤服務(wù)、建管統(tǒng)一協(xié)調(diào)的質(zhì)量保證體系。在施工中根據(jù)工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)帷幕灌漿試驗(yàn)成果，對(duì)帷幕線長(zhǎng)度及設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了及時(shí)優(yōu)化，降低了工程投資；單元工程結(jié)束后由施工、監(jiān)理單位按規(guī)范要求進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)；建管單位委托有資質(zhì)的檢測(cè)部門(mén)對(duì)帷幕灌漿效果進(jìn)行第三方檢測(cè)，全部滿足設(shè)計(jì)要求，保證了工程質(zhì)量；在參建單位的共同努力下未發(fā)生任何質(zhì)量和安全事故。當(dāng)然，帷幕灌漿的質(zhì)量最終還要接受大壩蓄水的考驗(yàn)，今后需加大排水孔的動(dòng)態(tài)觀測(cè)，確保達(dá)到設(shè)計(jì)防滲效果■