雙曲砌石拱壩壩體密實(shí)性不足的補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理

張季平

(福建省寧德市水利電力工程局，福建寧德 352100)

1 工程概況

閩侯縣小目溪一級(jí)水庫(kù)電站攔河壩工程位于閩侯縣竹岐鄉(xiāng)羅洋村。攔河壩為雙曲砌石拱壩，壩頂高程451.75m，壩底最低高程 396.00m，最大壩高55.75m，壩頂寬度3.50m，壩底厚度10.6m，壩頂中心弧長(zhǎng)146.77m。溢洪道設(shè)在壩頂中央，泄洪道凈寬43.825m，設(shè)5個(gè)泄流孔，每孔凈寬8.275m，正常蓄水位446.00m，堰頂高程為448.00m。壩體防滲主要靠自身砌筑質(zhì)量來(lái)保證，壩體采用C15細(xì)石混凝土砌塊石，上下游面采用一皮厚0.6m的M12.5水泥砂漿砌條石并采用M15水泥砂漿深勾縫。壩體基礎(chǔ)采用0.5m厚C15素混凝土墊層。

2 壩體補(bǔ)強(qiáng)灌漿的必要性

該工程為續(xù)建工程項(xiàng)目，一期和二期工程施工間歇接近兩年。在一期工程施工過(guò)程中，一部分壩腹砌體由于采取的施工措施或施工工藝不恰當(dāng)，造成壩腹細(xì)石混凝土漏振、振動(dòng)不足，或砌體砌石塊重疊架空無(wú)混凝土漿液填縫，從而形成滲水通道，壩體砌筑密實(shí)性達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，降低了壩腹砌體強(qiáng)度。每次大壩上游降雨，水位上漲到一定高度時(shí)，壩體下游不同部位就發(fā)生較為嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象，個(gè)別部位甚至出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，滲水及涌水部位集中在高程406～415m的壩體范圍內(nèi)。為確定壩體的滲漏水情況，對(duì)壩體高程406～415m進(jìn)行壓水檢查，檢查結(jié)果見下表。

大壩砌體密實(shí)性檢查壓水試驗(yàn)結(jié)果一覽表

由上表結(jié)果分析，一期工程高程406～415m段壩體密實(shí)度極度不均。施工正常部位壩體密實(shí)度和抗?jié)B性良好;局部的壩體密實(shí)性達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，串孔、漏水的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。為提高壩體的整體性、耐久性、抗?jié)B性及承載力，消除大壩安全隱患，經(jīng)過(guò)業(yè)主、設(shè)計(jì)單位進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比選，決定對(duì)砌石壩體進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理。

3 補(bǔ)強(qiáng)灌漿設(shè)計(jì)

高程415m拱冠壩體厚8.906m，補(bǔ)強(qiáng)灌漿布置兩排，第一排補(bǔ)強(qiáng)灌漿孔距上游壩面約3.25m，孔距約3.25m;第二排補(bǔ)強(qiáng)灌漿孔距下游壩面約2.00m，孔距2.8m。高程415m補(bǔ)強(qiáng)灌漿孔平面布置情況見下圖。

補(bǔ)強(qiáng)灌漿平面布置示意圖

補(bǔ)強(qiáng)灌漿自大壩左岸向右岸采用二序孔進(jìn)行施工，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌漿單孔吃漿量、灌漿后上下游壩面漏漿情況分析增加三序孔。先灌第一排，再灌第二排，采用“孔內(nèi) (口)封閉、自下而上、孔內(nèi)循環(huán)”方式進(jìn)行分段灌漿。在第二排灌漿孔全部結(jié)束灌漿7天后，在第一、二排灌漿孔的中間再增加一排灌漿孔，孔距約3m。

4 補(bǔ)強(qiáng)灌漿施工難點(diǎn)分析

雙曲砌石拱壩作為“高、薄、散”性狀的砌石體，在前期砌體砌筑振搗不充分的情況下，壩體內(nèi)裂縫、孔隙發(fā)育錯(cuò)綜復(fù)雜，補(bǔ)強(qiáng)灌漿很難達(dá)到滿意的處理效果。而該工程的灌漿部位又處于高水頭壓力的壩體下部，一旦補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理不佳，對(duì)整個(gè)大壩的安全運(yùn)行將產(chǎn)生相當(dāng)不利的影響。因此，必須在小目溪一級(jí)水庫(kù)電站攔河壩補(bǔ)強(qiáng)灌漿前，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的施工技術(shù)方案，確保工程的質(zhì)量。

5 補(bǔ)強(qiáng)灌漿施工技術(shù)方案

5.1 灌漿材料

補(bǔ)強(qiáng)灌漿水泥按規(guī)范可采用P.O32.5、P.O42.5水泥，為同時(shí)確保灌漿的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)臐{液濃度以保

持防滲性能，灌漿水泥采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥。根據(jù)灌漿工程施工規(guī)范，對(duì)水泥的細(xì)度要求為:通過(guò)80μm方孔篩的篩余量不宜大于5%。施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在串孔、漏水現(xiàn)象嚴(yán)重的鉆孔灌漿初期灌漿時(shí)加入15%的粉煤灰，可達(dá)到更佳的灌漿效果。

5.2 施工程序和方法

(1)施工工序:鉆孔→沖洗→灌漿→封孔→檢查→結(jié)束。

(2)施工方法:采用自下而上分段灌漿方法。注漿方式則采用孔內(nèi)循環(huán)法灌漿，其射漿管距孔底不大于0.5m。采用臥式雙缸灌漿機(jī)的配套攪拌雙層桶進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)制漿與輸漿，水泥漿液攪拌時(shí)間不少于3min，自制漿到用完的時(shí)間不超過(guò)4h。水泥在使用前應(yīng)過(guò)篩。

灌漿過(guò)程中對(duì)灌漿壓力的控制，結(jié)合吸漿率和漿液濃度按規(guī)范要求進(jìn)行。漿液由稀到濃逐級(jí)改變，逐步按要求用 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 六個(gè)等級(jí)，以5∶1水灰比開灌，灌漿壓力為0.3～0.5MPa。當(dāng)灌漿壓力保持不變、注入率持續(xù)減少，或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比;視具體情況按要求可越級(jí)變濃，當(dāng)某級(jí)漿液灌入量達(dá)300L以上，或灌漿時(shí)間達(dá)到30min，而灌漿壓力和注入率均無(wú)明顯改變或改變不顯著時(shí)，變濃一級(jí)水灰比灌注;當(dāng)注入率大于30L/min時(shí)，根據(jù)具體情況越級(jí)變濃。

5.3 串漿、漏冒嚴(yán)重壩段的灌漿處理

(1)漏冒嚴(yán)重壩段的處理。在對(duì)壩體右岸上下游4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、8號(hào)等灌漿孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿時(shí)，大壩的上下游壩面多處位置均出現(xiàn)冒漿，其中5號(hào)、6號(hào)、8號(hào)三個(gè)孔耗漿量巨大，水泥注入量最終分別達(dá)到1042.98kg、855.55kg、1054.83kg。對(duì)此，采用了降低灌漿壓力、增濃漿液、表面封堵、待凝、環(huán)丙砂漿嵌縫、間歇灌漿等一整套綜合處理措施。

(2)串漿壩段的處理。在左岸上游1號(hào)孔灌漿時(shí)，與左岸下游1號(hào)孔發(fā)生串漿，左岸下游6號(hào)孔灌漿時(shí)，與左岸下游7號(hào)孔發(fā)生串漿。為此，采用一泵一孔同時(shí)對(duì)串漿的灌漿孔進(jìn)行灌漿。另外，在進(jìn)行第二排補(bǔ)強(qiáng)孔灌漿時(shí)，對(duì)左岸下游1號(hào)孔進(jìn)行掃孔沖洗后又進(jìn)行了灌漿，重新灌漿的灌漿孔未再出現(xiàn)串漿冒漿現(xiàn)象。

6 灌漿質(zhì)量檢查及防滲效果

為檢驗(yàn)補(bǔ)強(qiáng)灌漿質(zhì)量效果，業(yè)主單位委托檢測(cè)單位對(duì)補(bǔ)強(qiáng)灌漿后的拱壩砌石體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)壓水試驗(yàn)檢查，鉆孔數(shù)量和部位由監(jiān)理工程師確定。壓水試驗(yàn)大壩漿砌石體分24個(gè)試驗(yàn)段。

6.1 質(zhì)量檢查分析

大壩砌體透水率24個(gè)試驗(yàn)段試驗(yàn)值為0.36～4.01lu，均控制在5lu以下，其中21個(gè)試驗(yàn)段試驗(yàn)值小于2lu。壩體原有的無(wú)回水極強(qiáng)透水段、串漿段均得到補(bǔ)強(qiáng)，降到了微、弱透水等級(jí)。檢查孔鉆取的巖芯呈長(zhǎng)柱狀，灰漿充填密實(shí)。該工程補(bǔ)強(qiáng)灌漿施工質(zhì)量良好，防滲效果顯著。

6.2 防滲效果

該攔河壩工程于2008年12月施工結(jié)束，2009年5月蓄水，2011年1月通過(guò)竣工驗(yàn)收。經(jīng)多年運(yùn)行并觀測(cè)，高程406.5～415m砌體存在的漏水現(xiàn)象得到了有效控制，該部位壩體的補(bǔ)強(qiáng)灌漿取得了預(yù)期的效果。

7 結(jié)語(yǔ)

雙曲砌石拱壩作為“高、薄、散”性狀的砌石體，在前期砌體砌筑振搗不充分的情況下，壩體內(nèi)裂縫、孔隙發(fā)育錯(cuò)綜復(fù)雜，補(bǔ)強(qiáng)灌漿很難達(dá)到滿意的處理效果。該工程通過(guò)降低灌漿壓力、增濃漿液、表面封堵、待凝、環(huán)丙砂漿嵌縫、間歇灌漿等三階段法綜合處理措施，補(bǔ)強(qiáng)灌漿取得了較好的效果。對(duì)于類似壩體的除險(xiǎn)加固也有一定的借鑒作用。