高壓灌漿防水帷幕技術(shù)在水庫壩體堵漏上的應(yīng)用

郁萬里 梁進(jìn)偉

中國核工業(yè)華興建設(shè)有限公司

摘要：某水庫位于深圳市大亞灣核電基地內(nèi)，屬電站專用供水水庫。水庫大壩為均質(zhì)土壩，自1997年4月開始投入使用以來，壩體發(fā)現(xiàn)多處滲漏，同時壩頂部出現(xiàn)了多道橫向裂縫，嚴(yán)重影響水庫庫體的整體穩(wěn)定性和耐久性，以及危及蓄水功能，決定采用高壓水泥灌漿技術(shù)對水庫壩體進(jìn)行堵漏加固，以保證水庫的正常蓄水供水功能。

關(guān)鍵詞：灌漿施工；壩體堵漏及加固

1.工程概述

某水庫是電站專用供水水庫，其壩頂長度500m，壩頂寬度為7.5m，壩頂高程為85.50m。該大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，壩體填料為泥盆紀(jì)正長石石英質(zhì)全風(fēng)化坡積土。壩體填筑于1996年1月15日開工，1997年4月竣工，1996年9月中旬開始蓄水。投入使用以來，壩體現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)多處滲漏，同時壩頂部出現(xiàn)了多道橫向裂縫，壩體現(xiàn)場探測后，決定對所發(fā)現(xiàn)的滲漏進(jìn)行灌漿堵漏以及對壩體進(jìn)行加固處理，以保證水庫的正常蓄水供水功能。

2.水泥灌漿設(shè)備和材料

2.1主要施工機械設(shè)備清單如下表：

表一 主要機械設(shè)備表

序號 設(shè)備名稱 規(guī) 格 單位 需用量 備 注

1 地質(zhì)鉆機 XY-1A回轉(zhuǎn)式 臺 6

2 灌漿泵 BW-150 臺 2

3 泥漿比重計 套 2

4 自動灌漿記錄儀 臺 1

2.2漿液制備與供應(yīng)

灌漿用水泥采用標(biāo)號不低于425#的普通硅酸鹽水泥。為便于水泥運輸，兼顧各工作面的灌漿施工，以及保護(hù)工作環(huán)境，避免施工人員與有害的水泥粉塵直接接觸，在帷幕灌漿時，所灌水泥漿液將采取集中攪制，設(shè)置一個集中制漿系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對工程灌漿施工用漿的供應(yīng)。用BW--150型泥漿泵通過Φ32mm輸漿管路輸送至各鉆孔灌漿使用。

灌漿漿液濃度：灌漿用水泥采用標(biāo)號不低于425#的普通硅酸鹽水泥，灌漿漿液應(yīng)由稀到濃，逐級變換，水灰比可采用3：1、2：1、1：1、0.5：1四個級別。

3 主要工藝與施工要求

3.1 鉆孔施工

3.1.1 鉆機的安裝

（1）灌漿鉆孔采用XY-1A型回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機；

（2）鉆機安裝必須穩(wěn)固，精心調(diào)平，鉆塔底座要用木樁楔牢固定，各部固定螺栓要擰緊，傳動系統(tǒng)要相應(yīng)對線，確保施工過程中不發(fā)生傾斜移位；

（3）鉆機安裝定位后，對于垂直鉆孔，鉆機的立軸中心線，天車前緣切點與抽芯孔中心點必須在同一鉛垂線上；對于斜孔，鉆機的立軸中心線按照規(guī)定的傾斜角度調(diào)整；

表二 鉆孔深度偏差值

（4）水池應(yīng)離鉆機塔座1米以外，避免循環(huán)水沖濕場地，造成鉆機傾斜移位；

（5）鉆孔位置測量定位與設(shè)計位置的偏差不大于5cm。

3.1.2 定位開孔

（1）定孔位后，先鑿一直徑略大于鉆頭外徑的平底淺眼；

（2）用鉆頭緩慢地接觸混凝土表面，待鉆頭入槽后，下入孔口管，保證其垂直牢固，并要重新校正鉆機立軸中心、天車前緣切點與孔口管中心在同一鉛垂線上；

（3）開孔鉆進(jìn)要輕壓慢鉆，密切注意鉆機有無移位。

（4）洗孔：灌漿孔段鉆進(jìn)時禁止使用循環(huán)水，在灌漿前應(yīng)進(jìn)行孔內(nèi)沉積物沖洗和裂隙沖洗，沖洗壓力可為灌漿壓力的80%，最大壓力不小于1MPa。沖洗要求至回水清凈、孔內(nèi)沉積厚度不超過20cm。

3.2 灌漿施工

3.2.1 灌漿設(shè)備安裝

本工程灌漿區(qū)域有四個，分布在0+168～0+400范圍內(nèi)，將制漿站設(shè)置在0+280附近，位于四個灌漿區(qū)域的中部，恰好也是灌漿加固區(qū)域二的地段。灌漿泵和灌漿記錄儀安設(shè)在0+280附近，水泥漿液通過輸漿管輸送到灌漿孔，輸漿管采用鍍鋅管。孔口管和護(hù)孔管采用直徑為91mm的鋼管，在成孔后下入孔內(nèi)，深度達(dá)到灌漿段頂面，管外側(cè)跟隨電纜（直徑為5mm），每間隔2m用細(xì)鍍鋅鐵絲將電纜綁扎在PVC管上。

3.2.2 灌漿施工

采用孔口封閉式全孔灌漿法，以鉆桿作為灌漿射漿管下入距孔底不得大于0.5m，自上而下灌漿。灌漿漿液濃度：灌漿用水泥采用標(biāo)號不低于425#的普通硅酸鹽水泥，灌漿漿液應(yīng)由稀到濃，逐級變換，水灰比可采用3：1、2：1、1：1、0.5：1四個級別。

按下列情況變換：

⑴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；

⑵當(dāng)某一比級漿液的注入量已達(dá)300L以上或灌注時間已達(dá)30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，就改濃一級；

⑶當(dāng)注入率大于30L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃。

灌漿壓力：控制在1.5～2.5MPa，表層取小值，孔底取大值，灌漿壓力可根據(jù)實際情況調(diào)整；灌漿過程中，灌漿壓力或注入率突然改變較大時，應(yīng)立即查明原因，采取相應(yīng)措施處理。當(dāng)各孔段達(dá)到設(shè)計灌漿壓力后，注入率不大于1L/min時，繼續(xù)灌注30min。

各孔灌漿完成后用濃水泥漿封孔，封孔方法采用“全孔一次封孔法”，即在全孔灌漿結(jié)束后，自下而上灌注水灰比為0.5：1的濃漿，灌注壓力與該段的灌漿壓力相同。

圖一 鉆孔注漿示意圖

4.關(guān)鍵技術(shù)與實施特點

4.1 灌漿加固方案

（1）加固區(qū)域一：0+425附近

根據(jù)《水庫滲漏通道探測報告》，在K0+425孔附近存在著較強的滲漏通道，該滲漏通道位于壩基的接觸帶上，強滲漏通道的高程在25～35m，寬度大約20～30m，是由于基礎(chǔ)風(fēng)化帶沒有處理好所造成的，因此此段加固范圍為0+399.5～0+429.5，每隔1.5m布置一個鉆孔，鉆孔深度為70m，其中灌漿段深度為45m～70m；

（2）加固區(qū)域二：0+280附近

在K0+275～K0+285孔之間存在一條強滲漏帶，根據(jù)地質(zhì)勘察資料，推測是斷層F17。資料顯示，在水庫修建以前在F17周圍曾經(jīng)存在很多泉水出露，泉眼在目前水庫位置的上下游都有分布。根據(jù)綜合示蹤測試的數(shù)據(jù)，表明該斷裂帶仍然是一條強的滲漏通道，強滲漏部位與壩軸線相交部位為5～15m高程之間。根據(jù)《水庫滲漏通道探測報告》關(guān)于此滲漏區(qū)域的描述，壩頂開孔范圍0+275.8～0+296.9，每隔1.5m布置一個鉆孔，鉆孔深度為90m，其中灌漿段深度為55m～90m。由于F17斷層具有一定的傾斜度，因此鉆孔及灌漿孔設(shè)計為斜孔，孔斜為5o。

（3）加固區(qū)域三：0+325附近

在K0+325孔附近10～15m高程存在滲漏，滲漏范圍大約10～20m之間，滲漏發(fā)生在破碎帶。設(shè)計此段的加固范圍為0+318.25～0+331.75，每隔1.5m布置一個鉆孔，鉆孔深度為80m，其中灌漿段深度為65m～80m；

（4）加固區(qū)域四：0+175附近

在K0+175孔附近15～25m高程處存在滲漏，滲漏寬度約20～30m，滲漏部位主要是破碎帶。設(shè)計此段的加固范圍為0+168.25～0+181.75，每隔1.5m布置一個鉆孔，鉆孔深度為75m，其中灌漿段深度為55m～75m。

加固區(qū)域分布詳見灌漿孔剖面分布圖，匯總表如下：

表3加固區(qū)域及灌漿段匯總表

加固

區(qū)域 位置 范圍 設(shè)計孔深 鉆孔間距 設(shè)計

灌漿段 孔斜

一 0+425附近 0+399.5～0+429.5 70m 1.5m 45m～70m 垂直

二 0+280附近 0+275.8～0+296.9 90m 1.5m 55m～90m 5o

三 0+325附近 0+318.25～0+331.75 80m 1.5m 65m～80m 垂直

四 0+175附近 0+168.25～0+181.75 75m 1.5m 55m～75m 垂直

4.2 灌漿要求：

圖二：注漿防水帷幕注漿示意圖

由于在灌漿過程中采用邊灌漿邊探測的方法，對灌漿順序有一定要求。即對于一排灌漿孔，不采用順序灌漿的方法，而是間隔若干孔進(jìn)行灌漿，在成孔后，探測滲漏所偏向的位置，在靠近通道的位置處再進(jìn)行開孔灌漿，直到達(dá)到堵住滲漏通道的目的。灌漿順序可如下圖。在下圖中，圓面代表計劃的灌漿孔，數(shù)字代表灌漿的順序。在灌漿孔成孔前，通道的具體位置是未知的，因此每隔幾個孔距先鉆幾個灌漿孔（序號1），在孔內(nèi)進(jìn)行溫度場探測，根據(jù)溫度場的探測結(jié)果判斷通道更加精確的位置，并進(jìn)行灌漿處理（如圖中首先灌漿區(qū)域），在灌漿完成后探測灌漿效果，如果仍有滲漏，則以通道位置為中心，向兩側(cè)加大灌漿范圍（序號3）。

5.質(zhì)量控制措施

5.1 施工時相關(guān)技術(shù)要求

（1）嚴(yán)格按設(shè)計及規(guī)范要求施工。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定的灌漿壓力、漿液配比、灌漿時間和終灌標(biāo)準(zhǔn)等施工技術(shù)參數(shù)。

（3）詳細(xì)做好鉆孔及灌漿記錄，并及時整理成果資料。

（4）對灌漿不正常和灌漿過程中出現(xiàn)事故的部位及時查明原因，及時處理。

（5）原材料：純水泥漿灌漿采用不低于42.5﹟級普通硅酸鹽水泥，合格證、驗收證件齊全，過期水泥不得使用。水泥首次出庫使用前，必須進(jìn)行全面質(zhì)量鑒定，該批水泥使用期間，應(yīng)進(jìn)行不定期質(zhì)量抽查，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都方可使用。水泥檢驗按《永久水工建筑物混凝土施工技術(shù)要求》JAQ·SG/BG05-2006及 GB175標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。

（6）灌漿用水應(yīng)符合JGJ63的規(guī)定，拌制漿液用水的溫度不超過20℃，若水溫超過20℃時應(yīng)采取降溫措施。

5.2 施工記錄與資料整理

灌漿原始資料和成果資料包括如下內(nèi)容：

⑴鉆孔、鉆孔沖洗、壓水試驗、灌漿原始記錄等；

⑵單孔灌漿綜合成果表；

⑶灌漿孔平面位置圖；

⑷灌漿綜合剖面圖；

⑸灌漿孔巖芯柱狀圖；；

⑻灌漿材料出廠、檢驗資料；

⑼工程照片和巖芯實物；

⑽灌漿竣工報告以及設(shè)計、監(jiān)理文件、檢測文件等。

6.結(jié)束語

高壓水泥注漿防水帷幕是漿水泥漿，通過壓漿泵、成排的灌漿管均勻地注入土體中，以填充、滲透和擠密等方式，驅(qū)走巖石裂隙中或土顆粒間的水分和氣體，并填充其位置，硬化后將巖土膠結(jié)成一個整體，形成一個強度大、壓縮性低、抗?jié)B性高和穩(wěn)定性良好的新的巖土體，從而使地基得到加固，可防止或減少滲透和不均勻的沉降，已達(dá)到加固壩體和防滲的效果。

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