甘泉縣雨岔水庫壩基防滲帷幕灌漿探析

常 江 ， 李 飛

(1.陜西省甘泉縣水利工作隊(duì)，陜西 延安 716100；2.陜西省甘泉縣防汛辦 陜西 甘泉 716100)

甘泉雨岔水庫屬省級重點(diǎn)水利工程，水庫位于張家溝(河)中游的險(xiǎn)灘窯村，距縣城42 km，水庫樞紐主要是以縣城供水為主兼灌溉和防洪調(diào)蓄等功能的小1型(Ⅳ)等水利工程，主要建筑物為4級。

水庫樞紐工程主要由壩體、溢洪道、放水(導(dǎo)流)洞及附屬管理設(shè)施四部分組成。大壩設(shè)計(jì)為均質(zhì)土壩，壩高28.96 m，壩頂寬 5 m，壩頂高程 1 136.5 m，正常蓄水位高程1 133.0 m，總庫容 722.86 萬 m3。

帷幕灌漿防滲處理在壩基進(jìn)行，對雨岔水庫壩基防滲帷幕灌漿的施工方案、施工方法及灌漿效果進(jìn)行分析，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)，為同類工程地質(zhì)條件的建設(shè)提供參考。

1 工程地質(zhì)概況

工程區(qū)地貌上屬陜北黃土高原腹地的黃土丘陵溝壑區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造簡單，壩址區(qū)自下而上地層巖性分述如下:

1)侏羅系上統(tǒng)安定組(J3a):泥灰?guī)r夾砂巖、泥巖互層，泥灰?guī)r，灰紫色，泥巖和砂巖灰黃色及黃棕色，分布壩址區(qū)1 110.0 m高程以下。

2)白堊系下統(tǒng)洛河組(K1L):長石砂巖，桔紅色，厚層狀，中粗粒結(jié)構(gòu)，巨型斜層理發(fā)育，屬軟巖。在壩址區(qū)分布于1 110.0 m高程以上。

2 設(shè)計(jì)方案及施工方法

2.1 壩基防滲設(shè)計(jì)

壩基防滲帷幕鉆孔灌漿在其帷幕墊層混凝土達(dá)到28天設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，布設(shè)灌漿孔167個(gè)，檢查孔按灌漿孔的10%控制。

灌漿試驗(yàn)段布設(shè)在大壩0+160－0+180之間，試驗(yàn)不少于連續(xù)5個(gè)孔位。

灌漿孔采用單排孔布置，孔距2.0 m，沿截水槽軸線布置，帷幕底限控制在1 094.33 m。

2.2 施工方法

壩基帷幕灌漿，按照設(shè)計(jì)布置單排孔，孔距2.0 m，灌漿孔分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三序進(jìn)行施工，灌漿作業(yè)分三步進(jìn)行:①試驗(yàn)孔②灌漿孔③檢查孔。

2.2.1 鉆孔

鉆孔設(shè)備選用300型、200型、150型地質(zhì)鉆進(jìn)行造孔。為保證鉆孔偏斜在允許范圍內(nèi)，鉆機(jī)安裝要求地梁水平，三角架穩(wěn)固，整體性好。天車、立軸、孔位三點(diǎn)一線與地平面成90°采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。鉆孔按設(shè)計(jì)要求分序進(jìn)行，單孔施工嚴(yán)格執(zhí)行施工任務(wù)書，分段鉆孔、壓水、灌漿，檢查孔保證巖芯采取率，特征巖芯進(jìn)行照相封存。非灌漿段采用pvc－uφ110管進(jìn)行固壁，管角采用0.5:1濃漿壓力封填，待凝24 h后再進(jìn)行灌漿孔鉆進(jìn)。灌漿孔采用回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)，鉆頭選用合金、金剛石鉆頭，灌漿段采用清水鉆進(jìn)。

2.2.2 裂隙沖洗及壓水試驗(yàn)

裂隙沖洗在栓塞卡緊后進(jìn)行，向孔內(nèi)送入壓力水進(jìn)行裂隙沖洗，將裂隙充填物通過回水帶出孔外或推向灌漿輻射以外，以利于漿液順利進(jìn)入裂隙及水泥結(jié)石與裂隙面的粘結(jié)。水泥結(jié)石純凈可提高結(jié)石強(qiáng)度。

裂隙沖洗沖洗時(shí)間至回水清時(shí)止或不大于20分鐘，簡易壓水可結(jié)合裂隙沖洗同時(shí)進(jìn)行，壓力為同段灌漿壓力的80%。每5分鐘測讀一次壓入流量，連續(xù)20分鐘后可結(jié)束，取最終值作為壓入流量計(jì)算值。其成果以透水率q表示，單位為呂榮(Lu)。壓水試驗(yàn)采用分段卡塞進(jìn)行單點(diǎn)法壓水。

2.2.3 鉆孔測斜

鉆孔過程中，每5～10 m測一次孔斜，單孔完成最終一段后，進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)孔，測孔深及不同深度孔斜。現(xiàn)場填寫測量數(shù)據(jù)，最后各方驗(yàn)收通過。

2.2.4 灌漿

灌漿時(shí)射漿管距孔底不大于0.5 m，在灌漿過程中應(yīng)有經(jīng)常活動(dòng)和上下升降射漿管，漿液水灰比較小時(shí)，采用邊旋轉(zhuǎn)邊灌漿。

1)灌漿材料。水選用雨岔河水，符合灌漿規(guī)范要求，不含腐蝕物及油脂，水質(zhì)渾濁時(shí)添加明礬進(jìn)行澄清;水泥選用秦嶺普通硅酸超細(xì)水泥(P.042.5R)，細(xì)度要求通過80微米方格篩，篩余量不大于5%，水泥要求出廠合格證、穩(wěn)定性、強(qiáng)度試驗(yàn)報(bào)告齊全。

2)制漿。高速攪拌機(jī)制漿時(shí)間不大于30 s，漿液自制備到用完時(shí)間不大于4 h。

3)灌漿的方式和方法。采用孔口封閉自上而下分段灌漿，孔口應(yīng)埋孔口管，孔口管埋入深度不小于2m，孔口封閉器應(yīng)有良好的耐壓和密封性能，射漿管距離孔底不大于0.5 m。灌漿施工采用SGB6～10型灌漿泵配JJS－2B型漿液攪拌機(jī)施灌。

4)灌漿段長和灌漿壓力。段長采用2、3、5、(以下均為5 m)，如遇到大的漏水量時(shí)可適當(dāng)改變段長，段長最終不超過6 m;壓力采用 0.2、0.3、0.5、0.6、(以下各段執(zhí)行 0.60 Mpa)。

5)漿液濃度及變換原則。漿液水灰比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1 或 0.5:1(僅用于封孔)六個(gè)比級，根據(jù)灌漿試驗(yàn)，開灌水灰比為3∶1，漿液水灰比變換遵循由稀變濃逐級變換的原則，當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)水灰比不變;當(dāng)某級漿液注入量已達(dá)300 L以上，或灌漿時(shí)間已達(dá)30 min，而灌漿壓力和注入率無改變或改變不明顯時(shí)，改為濃一級水灰比;當(dāng)注入率大于30 L/min時(shí)，可根據(jù)具體情況越級變濃。

6)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和封孔方法。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)各段灌漿在設(shè)計(jì)最大壓力條件下，注入量不大于1 L/min，灌漿時(shí)間延續(xù)60 min即可結(jié)束。封孔方法灌漿結(jié)束后，灌漿段采用“置換和壓力灌漿封孔法”，采用設(shè)計(jì)最大灌漿壓力，先將孔內(nèi)稀漿置換為濃漿后，壓力升至最大灌漿壓力，注入量小于1 L/min時(shí)，延續(xù)60 min即可結(jié)束。

2.2.5 特殊及異常情況處理

灌漿孔的終孔段其透水率或單位注入量大于設(shè)計(jì)規(guī)定值時(shí)，鉆孔應(yīng)適當(dāng)加深。

在灌漿過程中，因砼蓋板與基巖接觸處存在一定空隙，多孔出現(xiàn)串漿現(xiàn)象，遇到這種情況，采用封堵一孔或兩孔，灌另外一孔，或封堵一孔，灌另外兩孔，使?jié){液在擠壓情況下，將裂隙充填密實(shí)。漿液初凝后對封堵的孔進(jìn)行掃孔、沖洗、灌漿，效果較理想。

灌漿必須連續(xù)進(jìn)行，若因故中斷，應(yīng)盡快恢復(fù)灌漿，否則應(yīng)立即沖洗鉆孔再恢復(fù)灌漿，若無法沖洗或沖洗無效則應(yīng)進(jìn)行掃孔，再恢復(fù)灌漿。

在恢復(fù)灌漿時(shí)應(yīng)使用開灌比級的漿液進(jìn)行灌注，如注入率與中斷前相近即可采用中段前水泥的比級繼續(xù)灌注，如注入率較中段前減少較多應(yīng)逐級加濃漿液繼續(xù)灌注，如注入率較中段前減少很多并且在短時(shí)間內(nèi)停止吸漿，應(yīng)采取補(bǔ)救措施，如掃孔、擴(kuò)孔等。

3 效果檢查

大壩灌漿針對施工中壓水、灌漿、實(shí)物及現(xiàn)場資料進(jìn)行綜合分析。

3.1 壓水試驗(yàn)成果分析

表1 壩基帷幕灌漿壓水綜合統(tǒng)計(jì)表

綜合分析:灌漿孔—檢查孔，壓水呂榮值遞減明顯;根據(jù)壓水的數(shù)據(jù)分析，可以直觀看出從Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ—檢查孔的壓水?dāng)?shù)值呈遞減趨勢，有一定的規(guī)律可循，隨著灌漿的進(jìn)行，巖體透水率依次降低，檢查孔的壓水值達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，表明灌漿是成功的。

3.2 灌漿單位注入量成果分析

表2 壩基帷幕灌漿單位注入量綜合統(tǒng)計(jì)表

綜合分析:Ⅱ/Ⅰ綜合遞減率45%，Ⅲ/Ⅱ綜合遞減率56%，檢/Ⅲ綜合遞減率32%，單位注入量明顯減少;根據(jù)壓水資料和灌漿單位注入量統(tǒng)計(jì)資料分析:所有灌漿孔分序資料遞減率均小于1，說明各序孔灌漿體搭接良好，孔距布置合理，各灌漿參數(shù)應(yīng)用準(zhǔn)確，為灌漿順利完成奠定基礎(chǔ)。

3.3 防滲性能檢查

壩基防滲帷幕灌漿，灌漿孔(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)、檢查孔透水率及單位注入量頻率曲線和頻率累計(jì)曲線見圖1、圖2。

圖1 灌漿孔、檢查孔透水率頻率曲線圖

圖2 灌漿孔、檢查孔單位注入量頻率曲線圖

圖3 檢查孔巖芯照片圖

據(jù)壓水頻率曲線可知，自灌漿孔至檢查孔曲線從平緩逐漸變陡，呂榮值依次變小，頻率依次變大，說明透水率越來越小，而且減少的頻率依次增大，透水率小于5Lu的孔段達(dá)到100%。

單位注入量曲線圖可知，自灌漿孔至檢查孔曲線從平緩逐漸變陡，注灰量依次變小，頻率依次變大，說明從灌漿孔至檢查孔單位注入量依次減少，而且減少的頻率依次增加。

3.4 實(shí)物資料分析

根據(jù)照片結(jié)石情況來看，大小裂隙全部被充填完好，無孔隙且現(xiàn)場觀察強(qiáng)度較高，粘結(jié)性較好。說明本次灌漿比較成功。

4 結(jié)語

(1)灌漿前Ⅰ序孔最大呂榮值q=158 Lu，平均呂榮值q=26 Lu，灌漿過程中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序、檢查孔呂榮值依次降低，Ⅱ/Ⅰ遞減率:62%，Ⅲ/Ⅱ遞減率:71%，檢查孔 /Ⅲ遞減率:23%，檢查孔壓水最大呂榮值q=3.18 Lu，平均呂榮值q=2.6 7Lu。灌漿前后最大呂榮值遞減了98%，平均呂榮值遞減了89.7%。灌漿效果非常明顯。

(2)灌漿前Ⅰ序孔最大單位注灰量2145.2 Kg/m，平均單位注灰量109.5 Kg/m，灌漿過程中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔單位注入量依次降低，Ⅱ/Ⅰ遞減率:45%，Ⅲ/Ⅱ遞減率:56%，檢查孔/Ⅲ遞減率:32%，檢查孔最大單位注入量13.2 kg/m，平均單位注入量8.9 kg/m，灌漿前后最大單位注入量降低了99.4%，平均單位注入量降低了91.8%。

(3)由頻率曲線可看出，灌漿孔、檢查孔壓水、單位注入量曲線分區(qū)非常清楚，曲線由平緩向陡峭明顯過渡。說明通過灌漿逐步進(jìn)行，壓水呂榮值、注入量逐步減小，頻率依次增加。

(4)從檢查孔提取巖芯來看，大、小裂隙基本充填，充填率達(dá)到95%，且結(jié)石完整，強(qiáng)度較大。檢查孔巖芯提取率也比灌漿孔增加了20%，證明巖體完整性增加，強(qiáng)度提高。