鹿角壩水庫溶蝕結(jié)構(gòu)灌漿檢測技術(shù)研究

牛吉勇

(貴州江河監(jiān)理有限公司，貴陽550000)

1 鹿角壩帷幕灌漿施工概況

鹿角壩水庫位于開陽縣雙流鎮(zhèn)境內(nèi)的高榜河支流上，距貴陽86 km，距開陽縣城12 km，距雙流鎮(zhèn)6 km。鹿角壩是一封閉條件較好的天然坡立谷地的優(yōu)勢，以灌漿封堵形成水庫。谷地西北和東南面由隔水性好和隔水性相對較好的砂巖、頁巖、白云巖、泥質(zhì)白云巖組成，無大的斷裂破壞，巖溶不發(fā)育，分水嶺雄厚，無鄰谷滲漏之憂。西南面為主要來水方向(七角井)，新建一連通洞與其相連，來水位置均較高，不會產(chǎn)生回壓反滲情況，庫底由7 ～19 m厚透水性差的湖沼沉積的黏土——軟土層形成較為寬厚的天然防滲鋪蓋層。其東北面為主要泄水方向，由一系列的地表落水洞、溶洞及地下溶洞、暗河組成排泄通道，向下游老堡河排泄，形成老堡河的暗河源頭。

Ⅰ層和Ⅱ?qū)庸酀{廊道滲漏處理主要是采用回填及帷幕灌漿方式，滲漏處理重點對帷幕線上巖溶管道進行封堵，采用鉆孔、灌注水泥漿摻砂、膏漿、模袋灌漿及回填混凝土的方式，同時對溶洞處理周邊采用加密灌漿進行補強。

2 灌漿帷幕的滲透性檢查及質(zhì)量檢測關(guān)鍵點確定

防滲帷幕簡單的定義為:在大壩基巖中建造的一道連續(xù)的、完整的、較大壩基巖滲透性低的、平面上呈條帶狀、立面上形似舞臺上的帷幕的防滲結(jié)構(gòu)。根據(jù)工程具體情況還要求幕體的滲透性達到一定低的標準。

在巖石地基上筑壩，為了防止壩基滲漏，多采用灌漿方法建造防滲帷幕，簡稱“灌漿帷幕”，利用這種防滲措施并結(jié)合排水是減少大壩基巖滲漏、降低揚壓力的主要的和有效的方法。

從上述定義上可知帷幕灌漿的目的即降低巖體的滲透性，故對灌漿帷幕的滲透性進行檢測就成為對灌漿帷幕質(zhì)量的進行評價的主要依據(jù)之一;與此同時由于灌漿工程一般為隱蔽工程，在地表一般不會留下工程建筑物痕跡，在工程建設完成后無法對工程實物進行直接檢測，這樣對作為施工過程記錄的工程檔案資料分析也就成為了對工程質(zhì)量評價的主要依據(jù)之一［1］。上述兩項檢測、分析指標是評定灌漿帷幕質(zhì)量的主要依據(jù)，這已經(jīng)在歷次發(fā)布的行業(yè)規(guī)范中進行了明確。

3 帷幕灌漿質(zhì)量檢測原則

3.1 灌漿帷幕滲透性檢測研究

采用鉆孔進行壓水試驗的方法對灌漿帷幕滲透性進行檢測，同時采取巖芯實物進行以便在需要時進行相關(guān)物理試驗。

3.2 帷幕灌漿質(zhì)量檢查的原則

3.2.1 檢查項目

帷幕灌漿工程的質(zhì)量應以檢查孔壓水試驗成果為主，結(jié)合對施工記錄、成果資料和檢驗測試資料的分析，進行綜合評定。

3.2.2 檢查孔的布置

帷幕灌漿檢查孔應在分析施工資料的基礎上布置在下述部位:①帷幕中心線上;②斷層、巖體破碎、裂隙發(fā)育、強巖溶等地質(zhì)條件復雜的部位;③末序孔注入量大的部位;④鉆孔偏斜過大、灌漿過程不正常等經(jīng)分析資料認為可能對帷幕質(zhì)量有影響的部位。

檢查孔的方向一般與灌漿孔相同，也有采用與灌漿孔交叉布置的。

總的來說，灌漿工程的檢查孔布置不完全是“隨機取樣”的方法，而是有意選擇在地質(zhì)條件較差和灌漿質(zhì)量有疑問的部位，因此其檢查結(jié)果是偏于安全的。同時，這些檢查孔還是補充灌漿孔，如果這些部位的灌漿質(zhì)量尚不能完全滿足設計要求，那么，經(jīng)過檢查孔補充灌漿以后，就起到了加強作用。如果檢查孔的合格率低得很多，那就應當深入研究原因，加密布孔或調(diào)整工藝。

3.2.3 檢查數(shù)量和時間

帷幕灌漿檢查孔的數(shù)量規(guī)定為帷幕灌漿孔數(shù)的10%左右，重要和地質(zhì)復雜的工程可多一點，例如長江三峽工程有的地段檢查孔數(shù)量達到灌漿孔的15%～20%，一般的和地質(zhì)條件好的可少一點。但一個壩段或一個單元工程內(nèi)，至少應布置一個檢查孔。

帷幕灌漿進行檢查孔壓水試驗的時間應在該部位灌漿結(jié)束7 ～14 d以后。在工程實踐中由于工期緊迫也有提前一些時間的。

4 檢查孔施工

4.1 施工程序

檢查孔施工可采取3 種方法:①自上而下分段鉆孔，采取巖芯，分段安裝灌漿塞進行壓水試驗;一段完成以后再接著進行下一段鉆進、取芯、壓水……直至終孔，然后由孔底自下而上分段灌漿，封孔。②與①做法基本相同，但每段壓水試驗之后即進行灌漿，直至終孔。③一次鉆進到孔底，然后使用雙灌漿塞分段進行壓水試驗，最后自下而上分段灌漿。在實際工程中，①、②種方法均有應用，③法使用較少。在鹿角壩灌漿帷幕的檢查中采用了①種方法。

4.2 采取巖心

巖心是地質(zhì)資料的主要物質(zhì)憑據(jù)，帷幕灌漿檢查孔應當采取巖芯。施工單位應制定一套必要的、確保檢查孔取心有最高采取率的技術(shù)措施。應使用雙管單動取心鉆具進行檢查孔的取心，除原始地層較完整的情況外一般不應使用普通鉆具對檢查孔取心。操作人員應從巖心管中小心地取出巖心，并按正確的方位放置在巖心箱內(nèi)。每個回次巖心的末端應用巖心牌作出標記，表明深度和采取巖心的長度、巖芯塊數(shù)。巖心要做地質(zhì)描述，繪制鉆孔柱狀圖，尤其要把地質(zhì)缺陷的位置、裂隙的產(chǎn)狀和發(fā)育程度、水泥結(jié)石充填的情況詳細記錄下來。典型巖芯應當留有照片資料。巖芯至少應保存到工程驗收以后。在鹿角壩灌漿帷幕檢查中采用了雙管取芯鉆具，取得了良好的取芯效果，尤其是在巖溶發(fā)育地段取芯效果尤佳。

4.3 壓水試驗

檢查孔壓水試驗在試段鉆進完成，鉆孔沖洗干凈以后即可進行。不要進行裂隙沖洗。一般情況下可采用單點法。因為通常帷幕灌漿檢查孔的透水率都很小，試驗中水流處于層流狀態(tài)，單點法與五點法的結(jié)果是一致的。

壓水試驗使用的壓力:對于中低壩，通常為1.0 MPa并不大于該部位灌漿壓力的80%;對于壩高大于100 m的高壩，其河床部位帷幕檢查孔的壓水試驗壓力可為1.5 H(H 為帷幕所在部位的壩前水深)并≤2.0 MPa。

壓水試驗的段長通常與灌漿施工保持一致，一般采用5 m?？卓诜忾]法的孔口段也可以采用5 m，即對應于3個灌漿段。由于檢查孔是布置在帷幕的中心線上，所以這樣檢查得出的是半帷幕的防滲性能。

4.4 封孔質(zhì)量檢查

針對有些工程部分封孔質(zhì)量不好的情況，《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》制定了應對灌漿孔封孔質(zhì)量進行抽樣檢查的規(guī)定。檢查方法為對已封孔的灌漿孔沿原孔鉆孔取芯，取出的水泥結(jié)石芯樣應當連續(xù)、密實或比較密實。取樣的數(shù)量規(guī)范未作具體要求，應視施工情況而定，施工過程控制比較嚴格的工程可以少作。在鹿角壩封孔質(zhì)量檢查孔施工中所取巖芯完整、密實、充填質(zhì)量良好。

4.5 灌漿與封孔

帷幕幕體范圍內(nèi)的檢查孔完成檢查任務后應按1)所述程序進行灌漿、封孔。

4.6 合格標準

DL/T5148—2001《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，帷幕灌漿質(zhì)量檢查的合格標準為:經(jīng)檢查孔壓水試驗檢查，壩體混凝土與基巖的接觸段及其下一段的透水率的合格率為100%，其余各段的合格率≥90%;當設計防滲標準＜2 Lu時，不合格試段的透水率不超過設計規(guī)定的200%;當設計防滲標準≥2 Lu時，不合格試段的透水率不超過設計規(guī)定的150%;不合格試段的分布不集中。

所謂分布不集中是指，不合格試段在高低、左右以及上下游的3個方向上均不連續(xù)、不靠近。

在鹿角壩下層廊道B 段施工中共施工檢查孔16個，壓水段次共計192 段，其中最小孔段透水率為0.63 Lu，最大孔段透水率4.37 Lu，符合了設計要求的≤5.0 Lu的要求。

經(jīng)對鹿角壩水庫灌漿資料進行統(tǒng)計分析，鉆孔情況與壓水、灌漿數(shù)據(jù)邏輯性合理。在巖溶不發(fā)育部位各灌漿孔之間壓水透水率、注漿量均呈逐步縮小趨勢，符合一般灌漿規(guī)律。

5 灌漿帷幕及暗河封堵體滲壓穩(wěn)定性、可靠性研究

對于大型工程或復雜地層的灌漿試驗來說，為了充分論證灌漿帷幕滲透性、滲壓穩(wěn)定性、可靠性等，常常還安排了多種試驗檢測手段:

1)耐久性壓水試驗:選擇一、二個檢查孔，先進行常規(guī)壓水試驗，之后將試驗壓力提高到1.5 ～2 倍水頭，對全孔持續(xù)進行48 ～72 h的壓水試驗;

2)彈性波測試:進行聲波或地震波測試，檢測彈性波在帷幕幕體基巖的傳播速度，從而反映其密實度。

3)孔內(nèi)電視錄像:對重點部位的檢查孔或其它指定孔段的孔壁進行電視錄像，觀察巖體裂隙發(fā)育及其被灌注充填情況;

4)巖芯試驗:取檢查孔巖芯進行磨片試驗，檢驗灌漿漿液對巖石裂隙的充填情況;將巖芯加工成試件進行力學和滲透試驗，檢測被灌注后的巖石試樣的性能。

在本工程中除5.1 項的常規(guī)滲透性檢查外，采用耐久性壓水試驗對帷幕體、封堵體的滲壓穩(wěn)定性進行測試;結(jié)合前期物探成果進行彈性波測試、高密度電法進行帷幕體剖面檢測，檢測帷幕體尤其是巖溶封堵體密實性以論證其可靠性。

截至目前，已完成了巖溶封堵體的耐久性壓水試驗。

6 耐久性壓水試驗

6.1 耐久性壓水試驗檢查孔、段的選擇

按照檢查孔布設原則，選擇下層廊道B 區(qū)Ⅲ－3－3 溶洞封堵體部位布置檢查孔孔位，分別位于封堵體兩個最大高度處布置兩個檢查孔;孔段選擇，在封堵體的上緣、下緣進行耐久性試驗，孔段需包含封堵體與基巖接觸面。

6.2 壓水試驗壓力選擇

按照承壓水頭的2.5 倍確定，壓力為0.75 MPa。

6.3 耐久性壓水試驗成果

采用純壓方式進行，壓水壓力為0.75 MPa，持續(xù)時間≥72 h，壓水試驗成果見表1。

表1 耐久性壓水試驗成果表

經(jīng)檢測、分析，在模擬高水頭運行下，帷幕體、封堵體滲透性基本均勻，無大的起伏。經(jīng)耐久性試驗證明了帷幕體、封堵體的抗?jié)B、抗壓基本處于一個穩(wěn)定狀態(tài)。

6.4 封堵體巖芯力學性能檢測

對封堵體的13 塊檢查孔巖芯進行了室內(nèi)力學試驗，主要是抗壓試驗。結(jié)果顯示最小抗壓強度15.8 MPa，最大抗壓強度17.6 MPa，證明了封堵體的強度和密實性達到設計要求。

7 結(jié) 語

在巖石壩基工程中，應用水泥灌漿帷幕作為防滲結(jié)構(gòu)是很普遍的，但在施工方法上，并不一定能保證達到設計和工程的要求，而且水泥灌漿帷幕則是壩基防滲結(jié)構(gòu)性能的保障，其費用也占很大比重，因此無論從壩基、壩體運行安全或壩基處理的經(jīng)濟性來講對帷幕灌漿進行檢測都是有重要意義的。

［1］黃亮賢. 帷幕灌漿質(zhì)量檢查與灌漿效果分析［J］. 科技致富向?qū)В?011(23):201－202.