欽寸水庫玄武巖下伏砂礫石地基灌漿設(shè)計(jì)方案探討

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(新昌縣欽寸水庫工程建設(shè)指揮部， 浙江 新昌 312500)

欽寸水庫玄武巖下伏砂礫石地基灌漿設(shè)計(jì)方案探討

喻石，梁紅斌

(新昌縣欽寸水庫工程建設(shè)指揮部， 浙江 新昌 312500)

欽寸水庫大壩左側(cè)庫岸正常蓄水位高程以下存在砂礫石層，是繞壩滲漏的隱患所在。本文通過帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)，比較分析了3階段不同方案灌漿效果，從而進(jìn)一步確定合理技術(shù)參數(shù)，選定最優(yōu)灌漿方案，對(duì)指導(dǎo)后續(xù)施工和保證灌漿質(zhì)量起到了重要作用。

欽寸水庫；砂礫石層；帷幕灌漿

1 前 言

欽寸水庫位于浙江省新昌縣境內(nèi)，壩型為混凝土面板堆石壩，壩高64m，壩頂長290m，總庫容2.44億m3,是一座以供水、防洪為主，兼顧下游灌溉和發(fā)電綜合利用的大(Ⅱ)型水庫。大壩左側(cè)布置岸坡式溢洪道。

水庫壩址河谷呈“U”形，左岸為較平緩的臺(tái)地，是典型的玄武巖臺(tái)地地貌，平臺(tái)地下游方向有一沖溝分布。左岸平臺(tái)地上部為厚度約20m的玄武巖，玄武巖下伏第三系含泥砂礫石層，由于砂礫石層頂板高程100.7～105.3m，底板高程85.75～86.45m，大部分砂礫石層在正常蓄水位高程(98.0m)以下，水庫蓄水后存在向臨谷滲漏的問題，為減小繞壩滲漏產(chǎn)生的滲透變形危害，保證庫周與溢洪道、攔河壩基礎(chǔ)帷幕相接，形成樞紐防滲體系，必須進(jìn)行防滲處理。因此，在設(shè)計(jì)防滲處理范圍(長約400m)內(nèi)選取一段(長約65m)進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，力求通過試驗(yàn)確定技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的帷幕灌漿方案。

本次帷幕灌漿試驗(yàn)于2009年2月28日開始施工，至2010年5月4日最終檢查結(jié)束。共計(jì)完成鉆灌孔93只，其中灌漿孔77只，檢查孔16只。累計(jì)進(jìn)尺3735.05m，其中含礫粉質(zhì)黏土197.95m，玄武巖1838.70m，含泥砂礫石1481.69m，角礫凝灰?guī)r216.71m，灌漿664段次；灌漿總段長2003.52m，其中含礫粉質(zhì)黏土3.80m，玄武巖301.32m，含泥砂礫石1481.69m，角礫凝灰?guī)r216.71m。純灌入水泥114.25t，其中普通水泥70.29t,磨細(xì)水泥43.96t。

2 技術(shù)難點(diǎn)

目前，國內(nèi)雖然對(duì)砂礫石層灌漿處理已開展了大量的試驗(yàn)研究工作，并有許多的工程實(shí)例，但本項(xiàng)目的最大特點(diǎn)是砂礫石層上部有玄武巖層壓覆，且厚度較大，國內(nèi)對(duì)此類地層結(jié)構(gòu)的灌漿處理研究較少，無經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，因此灌漿施工工藝及技術(shù)參數(shù)必須通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

3 工程地質(zhì)概況

大壩左壩頭至鐵定山一帶存在玄武巖下伏砂礫石層，該夾層下部為角礫凝灰?guī)r，溢洪道往左砂礫石層逐步減少至尖滅。通過試驗(yàn)孔和勘探孔，進(jìn)一步查明試驗(yàn)段地層自上而下依次為：含礫粉質(zhì)黏土，厚度1.00～1.70m；玄武巖層埋深高程103.05～104.50m，厚度18.50～19.90m；砂礫石層埋深高程85.75～86.45m，厚度16.80～17.60m，自上而下由中密至密實(shí)，含泥量8.3%左右，滲透系數(shù)K=1.4×10-4～3.4×10-5cm/s，屬中等～弱透水性；含泥砂礫石層下伏角礫凝灰?guī)r。

4 灌漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件和灌漿效果，前后共設(shè)計(jì)3套灌漿方案，分3個(gè)階段實(shí)施。通過調(diào)整排數(shù)、孔距、壓力、段長以及灌漿材料等參數(shù)，比較分析不同方案灌漿孔的單位注入量和透水率，進(jìn)而確定灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)，選定適合本工程的灌漿體系布設(shè)方案。

4.1 第1階段(單排帷幕灌漿)

單排帷幕在軸線上布置灌漿孔9只(A77～A85)，孔距2.5m，檢查孔2只(AJ1和AJ2)。灌漿段長分別為2.0m、3.0m、3.0m、3.0m、3.0m、3.0m、5.0m(終孔段深入基巖)。首段灌漿壓力取0.3MPa，以下每段增加0.05MPa。灌漿材料使用42.5普通硅酸鹽水泥。

4.2 第2階段(雙排帷幕灌漿)

雙排帷幕灌漿孔布置是在第1階段基礎(chǔ)上沿軸線排向左側(cè)延伸10.0m，即A77號(hào)孔左側(cè)增設(shè)5只孔(A72～A76)，A排上游2.0m處增設(shè)B排14只孔(B72～B85)，孔距2.0m，呈梅花形布置。軸線排與上游排之間設(shè)檢查孔4只(J中1～J中4)。上游排灌漿孔終孔段深入基巖0.5m，當(dāng)終孔段透水率大于5.0Lu時(shí)，需加深，加深段長4.0m，其余各灌漿段長不變。在第1階段灌漿過程中發(fā)現(xiàn)，由于地層比較密實(shí)，設(shè)計(jì)壓力條件下灌注，吸漿量明顯偏小，經(jīng)分析討論后決定調(diào)整灌漿壓力，即玄武巖層灌漿壓力取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。

4.3 第3階段(三排帷幕灌漿)

在第2階段基礎(chǔ)上向左側(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。軸線排(A56～A71)采用磨細(xì)水泥，上、下游排的56～63號(hào)灌漿孔采用普通水泥，64～71號(hào)灌漿孔采用磨細(xì)水泥。檢查孔8只，其中軸線排4只(JA3、JA4、JA5、JA6)，普通水泥灌漿區(qū)2只(J中5和J中6)，磨細(xì)水泥灌漿區(qū)2只(J中7和J中8)。通過對(duì)第1、2階段灌漿數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，第2、3灌漿段砂礫石層較松散，透水率相對(duì)較大，為進(jìn)一步提高此范圍內(nèi)的灌漿質(zhì)量，決定將灌漿段長調(diào)整為2.5m、2.0m、2.0m、3.0m、3.5m、3.5m、3.5m。

試驗(yàn)段帷幕灌漿孔平面布置見下圖。

試驗(yàn)段帷幕灌漿孔平面布置圖

5 灌漿效果分析

灌漿效果檢查還沒有統(tǒng)一適用的標(biāo)準(zhǔn)，目前一般常采用分析單位注入量和壓水試驗(yàn)的方法。本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)取q≤5Lu。

5.1 第1、2階段灌漿試驗(yàn)效果分析

5.1.1 單位注入量(C)分析

第1階段：A排帷幕單位注入量介于9.0～434.7kg/m,平均59.76kg/m，各序孔單位注入量變化呈現(xiàn)CⅠCⅢ(CⅠ、CⅡ、CⅢ分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔單位注入量)。

第2階段：A排帷幕單位注入量介于13.3～213.7kg/m,平均69.62kg/m；B排帷幕單位注入量介于23.6～228.7kg/m,平均52.53kg/m。A排帷幕各序孔單位注入量變化呈現(xiàn)CⅠCⅢ，B排帷幕各序孔單位注入量變化呈現(xiàn)CⅠ>CⅡ>CⅢ。

效果分析：?B排孔的平均單位注入量相比較A排明顯減少，表明灌漿效果明顯；?B排孔平均單位注入量均呈現(xiàn)出隨著灌漿孔序的不斷加密而逐序遞減的趨勢(shì)，符合灌漿規(guī)律。而A排Ⅱ、Ⅲ序孔的平均單位注入量明顯大于Ⅰ序孔，違背一般規(guī)律，主要原因是由于先序孔采用的灌漿壓力較大，破壞了原有的地層結(jié)構(gòu)，并且原有砂礫石層孔隙不均、連通性差，先序孔未鉆遇到，而被后序孔鉆遇并得到了有效處理。

5.1.2 灌前及檢查孔壓水試驗(yàn)Lu值分析

第1階段：灌前A排孔透水率介于1.7～51.7Lu,平均透水率9.17 Lu，共壓水72段，其中小于設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)27段，占37.5%。各序孔平均透水率變化呈現(xiàn)Ⅰ<Ⅱ>Ⅲ。檢查孔壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法，壓力取0.4MPa,共壓水16段，其中小于設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)11段，占68.7%。

第2階段：灌前A排孔透水率介于2.6～41.2Lu,平均透水率11.4 Lu；B排帷幕透水率介于1.3～24.8Lu,平均透水率7.14 Lu。共壓水138段，其中小于設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)49段，占35.5%。A排各序孔平均透水率變化呈現(xiàn)Ⅰ<Ⅱ>Ⅲ，B排各序孔平均透水率變化呈現(xiàn)Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ。檢查孔壓水試驗(yàn)采用兩點(diǎn)法，壓力取0.4MPa和0.6MPa,共壓水28段，其中壓力取0.4MPa(0.6MPa)時(shí)，小于設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)25段(19段)，占89%(68%)。

效果分析：?檢查孔壓水壓力取0.4 MPa時(shí)，雙排帷幕檢查孔設(shè)計(jì)防滲合格率明顯高于單排帷幕，表明雙排帷幕灌漿效果明顯；?雙排帷幕中B排灌漿孔呈現(xiàn)出隨著孔序加密，透水率逐漸遞減的趨勢(shì)，符合灌漿規(guī)律；?A排各次序孔透水率呈現(xiàn)出先增大后減小的現(xiàn)象，Ⅱ序孔透水率最大，分析原因是由于原始地層未經(jīng)地下水作用比較密實(shí)。Ⅰ序孔透水率相對(duì)較小，但經(jīng)過Ⅰ序孔造孔、壓水、灌漿等施工后將一定量的水壓入地層，使地層含水量增加，并形成一定的擴(kuò)散半徑，而水泥顆粒粗，其擴(kuò)散半徑未及水的擴(kuò)散半徑，Ⅱ序孔未受Ⅰ序孔灌漿影響，因此造成Ⅱ序孔透水率較大。

5.2 第3階段灌漿試驗(yàn)效果分析

5.2.1 灌前壓水試驗(yàn)Lu值的分析

共進(jìn)行354段簡易壓水試驗(yàn)，其中普通水泥灌漿區(qū)(以下簡稱普灌區(qū))和磨細(xì)水泥灌漿區(qū)(以下簡稱磨灌區(qū))各177段。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析后得出以下幾點(diǎn)：

a.兩灌漿區(qū)各灌排的平均透水率均隨著帷幕線的加密，呈遞減趨勢(shì)，且各灌排內(nèi)排序孔平均透水率變化規(guī)律與前兩個(gè)階段試驗(yàn)情況基本一致。

b.對(duì)比整理各排序孔內(nèi)各段次的透水率數(shù)據(jù)，磨灌區(qū)各排序孔透水率小于5Lu的段數(shù)累計(jì)頻率略高于普灌區(qū)，其中普灌區(qū)的C排與B排相差不大，A排則明顯增加，而磨灌區(qū)隨著灌排加密呈現(xiàn)出逐步遞增趨勢(shì)，綜上表明：磨灌區(qū)更符合一般灌漿規(guī)律，灌漿效果好于普灌區(qū)。

5.2.2 單位注入量與孔序之間的關(guān)系分析

各排序孔灌段總長1027.25m，共計(jì)灌入灰量61316.47kg,其中普灌區(qū)灌段長515.82m，灌入灰量31578.46kg，平均單耗61.22kg/m；磨灌區(qū)灌段長511.43m，灌入灰量29738.01kg，平均單耗58.15kg/m。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析后得出以下幾點(diǎn)：

a.隨著帷幕線的加密，各灌排平均單位注入量變化呈遞減趨勢(shì)，其中磨灌區(qū)遞減規(guī)律明顯，更符合一般灌漿規(guī)律，而普灌區(qū)B排略微大于C排，分析原因主要是由于普通水泥的擴(kuò)散性不如磨細(xì)水泥而造成的。

b.各灌排排序孔的單位注入量均呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，其中普灌區(qū)和磨灌區(qū)的C排各排序孔呈現(xiàn)Ⅱ序孔最大，Ⅲ序孔逐漸減小的趨勢(shì)，這與第2階段A排灌漿情況相一致；磨灌區(qū)B排各排序孔呈現(xiàn)出逐漸遞減趨勢(shì)，符合一般灌漿規(guī)律；普灌區(qū)、磨灌區(qū)的A排和普灌區(qū)的B排后序孔的單位注入量明顯大于先序孔，且Ⅲ序孔最大，這一現(xiàn)象違背灌漿規(guī)律。通過分析發(fā)現(xiàn)，灌漿孔第2、3灌漿段Ⅲ序孔的平均單耗明顯大于Ⅰ、Ⅱ序孔，進(jìn)一步分析后認(rèn)為主要原因是由于第2、3段處于玄武巖與砂礫石層的接觸部位，地層結(jié)構(gòu)受上下游灌排和本灌排先序孔灌漿施工影響，地層結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較大，且先序孔未能進(jìn)行有效處理，正是基于以上原因，造成了Ⅲ序孔單位注入量較大。

c.通過提高灌漿壓力和減小灌漿段長，玄武巖層與砂礫石層接觸部位的單位注入量大幅增加，表明獲得了較好的可灌性，提高了灌漿質(zhì)量。

5.2.3 檢查孔壓水試驗(yàn)Lu值分析

檢查孔壓水總段數(shù)104段，設(shè)計(jì)壓力取0.6MPa(設(shè)計(jì)灌漿壓力的80%)。通過把檢查孔透水率與灌前壓水透水率比較分析后得出以下幾點(diǎn)：

a.在設(shè)計(jì)壓力0.6MPa下，所有檢查孔透水率均滿足設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)。通過分別與灌前壓水透水率和雙排帷幕檢查孔透水率比較，三排帷幕灌漿孔透水率區(qū)間累計(jì)頻率和檢查孔透水合格率均明顯提高，表明三排帷幕灌漿方案優(yōu)于雙排帷幕，且效果顯著。

b.經(jīng)統(tǒng)計(jì)對(duì)比，磨灌區(qū)檢查孔透水率在分別小于1Lu和3Lu區(qū)間的段數(shù)累計(jì)頻率均高于普灌區(qū)，表明磨細(xì)水泥灌漿防滲效果好于普通水泥。

6 結(jié) 論

本文對(duì)欽寸水庫大壩左側(cè)庫岸防滲帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，主要技術(shù)經(jīng)驗(yàn)如下：

a.單排孔距2.5m和雙排孔距、排距各2.0m的普通水泥灌漿不滿足設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)要求，而三排普通水泥或磨細(xì)水泥灌漿均能滿足設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)，且隨著排數(shù)的增加，平均透水率遞減，檢查孔合格率明顯提高，表明采用孔距、排距各2.0m的三排帷幕灌漿方案是合理的。

b.玄武巖層灌漿壓力提高至0.6MPa，砂礫石層首段灌漿壓力提高至0.8 MPa，以下每段增加0.03～0.04 MPa，水泥灌入量明顯增加，灌漿效果顯著。

c.鑒于第2、3灌漿段范圍內(nèi)的砂礫石層較松散，透水率相對(duì)較大，為保證灌漿質(zhì)量，在第3階段對(duì)灌漿段長進(jìn)行了調(diào)整，第1～7段分別調(diào)整為2.5m、2.0m、2.0m、3.0m、3.5m、3.5m、3.5m。

d.在第3階段試驗(yàn)中，軸線排采用磨細(xì)水泥，上、下游排采用普通水泥，經(jīng)檢查孔壓水試驗(yàn)，透水率均能滿足設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)，且較為經(jīng)濟(jì)?！?/p>

[1] 金水源.欽寸水庫左側(cè)庫岸防滲帷幕灌漿試驗(yàn)段試驗(yàn)報(bào)告[R] .杭州:浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,2010.

[2] 王昂峰,任潔.欽寸水庫含泥砂礫石層帷幕灌漿方案選擇 [J].浙江水利科技，2010，172(6)：53-55.

[3] 李國良,唐存軍.大朝山水電站大壩基礎(chǔ)防滲帷幕灌漿設(shè)計(jì)與施工[J].云南水力發(fā)電，2001，17(4)：45-51.

DiscussionofBasaltUnderlyingSandGravelFoundationGroutingDesignPlaninQincunReservoir

YU Shi, LIANG Hong-bin

(Xinchang Qincun Reservoir Project Construction Headquarters, Xinchang 312500, China)

Gravel layer is available under normal water accumulation level elevation on left bank of Qincun Reservoir. It is a hidden danger of seepage around the dam. In the paper, grouting effects of different plans at three stages are compared and analyzed through curtain grouting production test, thereby further determining rational technology parameter, selecting the best grouting plan, which plays an important role for guiding subsequent construction and guaranteeing grouting quality.

Qincun Reservoir; gravel layer; curtain grouting

TV543

B

1005-4774(2014)09-0033-04