試論寨子河水庫壩基生產(chǎn)性帷幕灌漿試驗

羅躍頂

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

試論寨子河水庫壩基生產(chǎn)性帷幕灌漿試驗

羅躍頂

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

寨子河水庫碾壓瀝青混凝土心墻堆石壩，為解決兩壩肩滲漏問題，進行了壩基帷幕灌漿試驗。通過對灌漿參數(shù)、鉆孔壓水試驗數(shù)據(jù)以及灌漿試驗效果的分析，得到了帷幕灌漿施工必需的技術(shù)參數(shù)，為下一步的施工提供了科學依據(jù)。

寨子河水庫 壩基 帷幕灌漿試驗 成果分析

1 工程概況

寨子河水庫樞紐工程攔河大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩，最大壩高為93.0m。大壩基礎部位帷幕灌漿沿壩軸線共布置3排，排距3.0m，孔距2.0m，帷幕深度按滲入巖體透水率q≤3Lu以下5.0m控制。為解決兩壩肩繞壩滲漏問題，將帷幕灌漿自兩壩肩沿壩軸線分別向左、右壩肩水平延伸100.0m、120.0m。最大帷幕灌漿深度87.8m，平均帷幕灌漿深度47.3m。

本次帷幕灌漿試驗區(qū)選在左岸灌漿平洞區(qū)域，長度為20.0m，合計鉆孔孔深為1098.88m，灌漿孔深為1080.88m。

2 灌漿試驗目的及內(nèi)容

2.1 灌漿試驗目的

(1)驗證水泥漿液配比能否滿足要求；(2)進一步驗證及確認灌漿技術(shù)參數(shù)能否滿足設計防滲要求；(3)驗證灌漿設備、機具能否滿足施工要求。

2.2 試驗內(nèi)容

2.2.1 鉆灌生產(chǎn)性試驗。(1)鉆孔試驗，包括地質(zhì)鉆機及其鉆具的選擇，鉆進參數(shù)的確定；(2)普通水泥灌漿試驗，包括灌漿方法、灌漿機具選擇、灌漿水灰比以及灌漿過程出現(xiàn)特殊情況時的處理方法等。

2.2.2 抬動觀測。包括抬動觀測裝置的安裝、灌漿過程中的抬動觀測，觀察各次序孔抬動變形情況，綜合確定灌漿壓力和注入率，驗證所選定的灌漿壓力對巖體以及混凝土是否產(chǎn)生破壞。

2.2.3 質(zhì)量檢驗。包括布設檢查孔進行鉆孔取芯及壓水試驗，通過壓水試驗，對比巖芯中細微裂隙的水泥結(jié)石充填情況，分析灌漿效果及防滲能力，進一步驗證灌漿孔間排距、灌漿壓力等技術(shù)參數(shù)。

3 主要施工參數(shù)

3.1 灌漿壓力以及水灰比選擇

帷幕灌漿試驗孔為三排孔，孔距為2.0m，本試驗區(qū)共布置30個孔；第一段孔徑為φ110mm，第二段以下為φ75mm，采用三參數(shù)進行灌漿。各個孔段分段情況以及灌漿壓力見表1所示。灌漿水灰比為1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1四個比級，開灌水灰比為1∶1。

表1 各孔段灌漿壓力

3.2 抬動觀測孔

抬動觀測孔孔徑為φ75mm，鉆孔結(jié)束并經(jīng)驗收合格后，進行內(nèi)外管的安裝。先埋設內(nèi)管至孔底，內(nèi)管采用φ20mm的鋼管，用0.5∶1的水泥漿固定孔底約0.5m，并保持內(nèi)管在孔中心處，待凝后再安裝φ70mm外管，周邊采用細砂充填，孔口用麻絲及水泥砂漿封堵。灌漿施工時，在內(nèi)管與基巖面之間安裝千分表。

4 灌漿施工

4.1 鉆孔

4.1.1 豎向帷幕孔采用回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機進行施工，試驗區(qū)要求取芯的孔第一段鉆孔孔徑為φ91mm，其余段為φ75mm。

4.1.2 鉆孔時對孔內(nèi)各種情況，如深度、涌水、漏水、斷層構(gòu)造、塌孔、掉塊、卡鉆、巖層變化等進行記錄，作為分析鉆孔灌漿質(zhì)量的基本依據(jù)。

4.2 鉆孔沖洗

4.2.1 每個灌漿段鉆孔結(jié)束后，應立即進行鉆孔沖洗，孔底殘留物厚度不大于20cm。沖洗壓力采用80%的灌漿壓力，壓力超過1MPa時，采用1MPa。結(jié)束標準為沖洗至回水澄清后10min，且總沖洗時間不少于20min。

4.2.2 沖洗過程及返水情況應詳細、如實記錄。

4.3 壓水試驗

試驗灌漿孔分段進行簡易壓水，結(jié)合裂隙沖洗進行。各孔段壓水壓力均為0.16MPa～0.64MPa，壓水時間30min，每5min測讀一次壓入流量，測讀四次讀數(shù)即結(jié)束，以最后的流量值作為計算流量。

4.4 灌漿

灌漿采用孔口封閉法、漿液孔內(nèi)循環(huán)的工藝。各灌漿孔段不論透水率大小，均按設計要求進行灌漿，灌漿時，射漿管距離孔底不大于0.5m。

4.4.1 灌漿壓力

4.4.1.1 按照不破壞基巖又盡可能加大灌漿壓力，灌漿壓力應與注入率相適應的原則，確定灌漿壓力。

4.4.1.2 灌漿壓力盡快達到設計壓力。如開始時由于吸漿量大(注入率大于30L/min)或抬動等原因，不能立即達到設計壓力的，在現(xiàn)場施工中，應根據(jù)實際情況采取逐級升壓、低壓慢灌等措施進行施工。

4.4.1.3 灌漿時應特別注意控制灌漿壓力和注入率。為防止上抬力過大而引起抬動破壞，在施工中，按照不破壞基巖又盡可能加大灌漿壓力原則增大灌漿壓力。在帷幕灌漿試驗區(qū)，沒有發(fā)生因灌漿壓力所引起的抬動現(xiàn)象。

4.4.2 灌漿次序

本試驗區(qū)的灌漿試驗按分序加密的原則進行，相鄰兩次序孔同時施工，保證鉆灌高程差為15m。

4.4.3 漿液水灰比及漿液變換

漿液水灰比為1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1四個比級。當灌漿壓力保持不變，在注入率持續(xù)減少時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時，不改變水灰比。當某一比級漿液注入量達300L以上，或灌注時間達1h，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，換濃一級水灰比漿液灌注。當注入率大于30L/min時，越級變濃。

4.4.4 結(jié)束條件

帷幕灌漿孔均采用孔口封閉法自上而下分段灌漿，在規(guī)定的設計壓力下，注入率不大于1.0L/min，繼續(xù)灌漿60min～90min，且總時間不小于2h，灌漿工作可結(jié)束。

4.4.5 封孔

灌漿孔全孔灌漿結(jié)束，采用“置換和壓力灌漿封孔法”進行封孔。封孔壓力采用全孔最大灌漿壓力并不小于0.8MPa，封孔時間為60min。

5 灌漿試驗成果分析

5.1 灌漿完成情況

本試驗區(qū)分為2個次序進行施工，完成試驗孔30個，完成工程量為1080.88m，總灌入灰量為186026.6kg。

5.2 灌漿成果分析

5.2.1 灌漿成果分析及評價

5.2.1.1 特殊孔段灌入情況分析。本試驗區(qū)30個孔灌入灰量主要集中在10.6m～20.6m范圍，其中41號試驗孔第四段(10.6m～15.6m)鉆至14.0m時返水較小，鉆至15.0m位置時已經(jīng)失水，開灌流量較大最后變0.5∶1漿液灌注，并采取了低壓、濃漿、限流、限量、間歇等方法進行處理無效，待凝后復灌采用1∶1開灌水灰比進行灌注，恢復灌漿后，注入率較中斷前相同，變濃漿液繼續(xù)灌注，漏量較大變漿至0.5∶1后流量仍然較大，同樣采取了低壓、濃漿、限流、限量、間歇等方法進行灌漿，最后灌注14786.8kg后正常結(jié)束。第39號試驗孔第5段(15.6m～20.6m)鉆至18.0m時返水較小，根據(jù)施工經(jīng)驗鉆至20.6m，開始壓水試驗，透水率13.23Lu，無外漏情況，開灌流量超過30.0L/min越級變漿0.6∶1，變漿后注入量無明顯減小，最后變0.5∶1漿液灌注并采取了低壓、濃漿、限流、限量、間歇等方法進行處理，灌注2500L后流量開始有明顯減小，壓力持續(xù)上升，最后灌注6129.1kg后正常結(jié)束。

5.2.1.2 整個試驗區(qū)分析。本試驗區(qū)灌漿進尺1080.88m，水泥灌入量186026.6kg，平均單位耗灰量172.11kg/m。下游排帷幕Ⅰ序孔灌漿進尺186.26m，灌入灰量56625.7kg，平均單耗為304.01kg/m；Ⅱ序孔灌漿進尺178.73m，灌入灰量10348.4kg，平均單耗為57.90kg/m。上游排帷幕Ⅰ序孔灌漿進尺185.66m，灌入灰量44090.4kg，平均單耗為237.48kg/m；Ⅱ序孔灌漿進尺178.73m，灌入灰量32110.4kg，平均單耗為179.66kg/m。中游排帷幕Ⅰ序孔灌漿進尺175.3m，灌入灰量28426.6kg，平均單耗為162.16kg/m；Ⅱ序孔灌漿進尺176.2m，灌入灰量14425.1kg，平均單耗為81.42kg/m。

對以上數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，Ⅰ、Ⅱ序孔灌漿呈現(xiàn)遞減趨勢，且減少幅度較大，Ⅱ序孔單耗灰比Ⅰ序孔單耗灰遞減了56.0%，但隨著孔序的加密，對巖體有很好的可灌性，將巖體的裂隙充填飽滿。

結(jié)合以上情況分析，本試驗區(qū)整體灌漿效果明顯，Ⅰ、Ⅱ序孔灌漿情況符合基本規(guī)律。

5.2.2 耗灰單位注入量與巖體透水率關(guān)系

試驗區(qū)灌漿孔段水泥單位注入量與透水率的區(qū)間分布對應關(guān)系：

5.2.2.1 試驗區(qū)灌漿孔段透水率小于1Lu的占試區(qū)總段數(shù)的9%，透水率大于5Lu的占試區(qū)總段數(shù)的37%。單位注入量小于50kg/m的占試區(qū)總段數(shù)的47%，單位注入量大于50kg/m的占試區(qū)總段數(shù)的53%。

5.2.2.2 灌漿試驗區(qū)灌前透水率與水泥單位注入量之間，總體上表現(xiàn)為透水率大注入量大。但由于壓水試驗壓力為0.64MPa，而灌漿壓力最大為0.8MPa，巖層在高壓作用下發(fā)生局部劈裂，使巖層裂隙得到有效灌注，部分孔段出現(xiàn)了透水率小而水泥單位注入量大的現(xiàn)象。

5.2.3 灌前、灌后壓水成果分析

5.2.3.1 灌前壓水分析。根據(jù)設計要求，先導孔壓水采用單點法壓水，灌前壓水9段，透水率最大為11.32Lu，最小為0.15Lu，各次序孔平均透水率為4.78Lu。

5.2.3.2 灌后壓水分析。檢查孔共壓水16段，透水率最大為1.51Lu，最小為0.0Lu，平均0.33Lu。各段灌后檢查孔壓水結(jié)果均符合設計要求≤3Lu，檢查孔壓水合格率為100%，符合設計要求。

6 結(jié)論

在帷幕灌漿施工過程中，本次試驗嚴格按照試驗大綱和有關(guān)規(guī)范進行，通過對本次灌漿試驗成果的分析及評價，得出以下幾點結(jié)論。

6.1 帷幕灌漿整體巖層耗灰量較好，可灌性好。

6.2 不同灌漿壓力所產(chǎn)生的抬動結(jié)果比較，根據(jù)抬動變化和現(xiàn)場灌漿情況分析，建議抬孔觀測孔孔深15.0m，能滿足抬動變形觀測要求。

6.3 帷幕灌漿試驗過程中采用孔距2.0m，各個孔段段長劃分是合理的。

6.4 根據(jù)現(xiàn)場施工與資料分析，孔段注入量的大小與透水率大小基本相匹配。

6.5 本次帷幕灌漿試驗所選參數(shù)及所使用的灌漿設備、高壓灌漿管線路、灌漿自動記錄儀等能滿足本工程帷幕灌漿要求。本次試驗采用的自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法施工工藝滿足設計要求。

通過本次試驗，主要驗證了灌漿試驗前所擬定的灌漿參數(shù)、灌漿施工方法以及施工工藝，為生產(chǎn)性帷幕灌漿提供了合理灌漿參數(shù)。

TV543.15

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2095-1809(2016)06-0056-03

羅躍頂(1980-)，男，貴州盤縣人，本科，工程師，項目負責人，主要從事水利水電施工技術(shù)管理。

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