小溶江水庫大壩帷幕灌漿參數(shù)試驗(yàn)研究

杜貞其 岳 振

(1.遼寧省柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000；2.中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司第四工程公司，陜西 西安 710048)

小溶江水庫大壩帷幕灌漿參數(shù)試驗(yàn)研究

杜貞其1岳 振2

(1.遼寧省柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000；2.中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司第四工程公司，陜西 西安 710048)

為了選擇合理的灌漿方法和灌漿參數(shù)，了解小溶江水庫大壩基礎(chǔ)巖石的可灌性，對(duì)大壩壩基進(jìn)行了帷幕灌漿試驗(yàn)。本文介紹了試驗(yàn)的布置及施工工藝、施工質(zhì)量的檢測(cè)方法，并對(duì)灌漿前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。試驗(yàn)成果表明：試驗(yàn)區(qū)基巖可灌性良好，灌漿后的基巖透水率符合設(shè)計(jì)要求，該工程選擇的灌漿方法和相關(guān)施工參數(shù)合理。

小溶江；帷幕灌漿；參數(shù)；試驗(yàn)

1 概 述

小溶江水庫位于漓江上游一級(jí)支流小溶江上，壩址位于靈川縣三街鎮(zhèn)南竹嶺村附近的小溶江峽谷出口河段。小溶江水庫工程由攔河壩、廠房、消力池等建筑物組成，水庫正常蓄水位267.00m，防洪高水位268.00m，攔河壩采用碾壓混凝土重力壩，按100年一遇洪水設(shè)計(jì)、1000年一遇洪水校核。壩頂高程271.50m，最大壩高89.5m，頂寬7m，壩頂總長(zhǎng)255m，由左、右岸非溢流壩段和溢流壩段組成[1]，水庫總庫容1.63億m3，電站裝機(jī)容量16.60MW。小溶江水庫是一座Ⅱ等大(2)型水庫。

試驗(yàn)區(qū)為泥盆系、奧陶系青灰—灰綠色厚—巨厚層夾薄層狀砂巖、粉砂巖、深灰色泥質(zhì)粉砂巖，弱—微風(fēng)化巖體為厚層夾薄層狀結(jié)構(gòu)，巖石力學(xué)強(qiáng)度較高，薄層巖體層間擠壓發(fā)育，屬于隔水巖層，未見可溶巖出露[2]。

為改善壩基受力狀態(tài)，減小滲流量，需對(duì)壩基巖體進(jìn)行帷幕灌漿，以提高大壩的穩(wěn)定性和工程的運(yùn)行效益。通過灌漿試驗(yàn)反映巖體的可灌性，論證灌漿設(shè)計(jì)方案在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的合理性和有效性，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，校核并調(diào)整相關(guān)灌漿參數(shù)，最終確定施工工序、孔距、灌漿壓力等技術(shù)參數(shù)，作為編制灌漿技術(shù)方案的依據(jù)。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇6壩段帷幕灌漿第K1-10單元(壩0+123.5000～壩0+140.000)作為灌漿試驗(yàn)區(qū)，帷幕底線底部高程為164.00m，此部位承受的水壓力最大，帷幕體周圍巖層相對(duì)較均勻，沿垂直方向有三種不同滲透系數(shù)的巖體，此部位相對(duì)具有代表性。

試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的灌漿孔為單排孔，共8個(gè)孔。其中，Ⅰ序孔2個(gè)，間距為8m；Ⅱ序孔2個(gè)，間距為4m；Ⅲ序孔4個(gè)，間距為2m；抬動(dòng)觀測(cè)孔1個(gè)，檢查孔2個(gè)?？孜徊贾萌鐖D1所示。

圖1 灌漿試驗(yàn)孔布置

3 施工工藝

3.1 灌漿材料

試驗(yàn)采用的灌漿水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，水泥細(xì)度要求通過80μm方孔篩的篩余量大于5%，拌漿水的溫度不得高于40℃。水泥漿液中摻入的砂、黏性土、粉煤灰和水玻璃等摻和料均符合相關(guān)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)；灌漿用的水泥符合規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，受潮結(jié)塊、出廠期超過3個(gè)月的水泥不得使用。

灌漿漿液水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1七級(jí)，開灌水灰比為5∶1，漿液應(yīng)由稀到濃使用，從開始制備至使用結(jié)束的時(shí)間宜小于4h。

灌漿漿液變換標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比；當(dāng)某一比級(jí)漿液注入量已達(dá)300L以上，或灌注時(shí)間已達(dá)1h，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時(shí)，換濃一級(jí)水灰比漿液灌注；當(dāng)注入率大于30L/min時(shí)，根據(jù)施工具體情況，可越級(jí)變濃[3]。

3.2 鉆孔及鉆機(jī)設(shè)備

試驗(yàn)采用XY-2PC型地質(zhì)鉆機(jī)配金剛石鉆頭鉆孔，開孔孔徑為110mm，鉆進(jìn)至入巖2m處，并埋設(shè)孔徑為98mm的孔口管，其余灌漿段孔徑為75mm。先導(dǎo)孔和檢查孔要求提取巖芯，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)號(hào)和描述，并裝箱保存。

灌漿孔按灌漿施工程序，分序分段進(jìn)行鉆孔并灌漿。所有灌漿孔均全孔測(cè)斜，采用KXP-1S型數(shù)字測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量。

3.3 裂隙沖洗

試驗(yàn)鉆孔沖洗采用導(dǎo)管通入大流量水流，從孔底向孔外沖洗的方法進(jìn)行。裂隙沖洗壓力采用80%的灌漿壓力，壓力超過1MPa時(shí)，采用1MPa。裂隙沖洗沖至回水澄清后10min結(jié)束，且總的沖洗時(shí)間為單孔不少于30min、串通孔不少于2h。對(duì)回水達(dá)不到澄清要求的孔段，繼續(xù)進(jìn)行沖洗，孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不得超過20cm。當(dāng)鄰近有正在灌漿的孔或鄰近灌漿孔結(jié)束不足24h時(shí)，不得進(jìn)行裂隙沖洗。

3.4 壓水試驗(yàn)

灌漿各孔段在裂隙沖洗結(jié)束后做壓水試驗(yàn)，目的是了解地層的透水性。先導(dǎo)孔采用單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，一般帷幕灌漿孔段采用簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)。壓水壓力采用灌漿壓力的80%，且當(dāng)計(jì)算獲得的壓水壓力超過1MPa時(shí)，采用1MPa。

對(duì)于單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)[4]，流量穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)如下：在穩(wěn)定的壓力下，每5min測(cè)一次壓水流量，連續(xù)4次讀數(shù)的最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min，則本段壓水試驗(yàn)結(jié)束，取最終值作為壓水流量。

一般帷幕灌漿孔段采用簡(jiǎn)易壓水，不論流量穩(wěn)定與否，均為5min測(cè)記一次壓入流量，連續(xù)20min即可結(jié)束，取最終值作為計(jì)算流量。

3.5 灌漿方法

試驗(yàn)采用孔口封閉法，孔內(nèi)循環(huán)，自上而下分段灌漿。第一段為2m，第二段為3m，其余段為5m，最后一段為調(diào)整段，段長(zhǎng)為3～9m。按以往工程經(jīng)驗(yàn)，初擬的灌漿壓力見表1。

表1 不同深度的灌漿壓力

3.6 抬動(dòng)監(jiān)測(cè)

由于本試驗(yàn)混凝土覆蓋層較厚，而且在施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行相關(guān)操作，施工全過程中所有抬動(dòng)觀測(cè)值均為零。

3.7 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及封孔

當(dāng)灌漿注入量不大于1L/min，并持續(xù)灌注60min后，即可結(jié)束本段灌漿。當(dāng)終孔灌漿結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行全孔置換壓力封孔灌漿，采用0.5∶1濃度的漿液，采用最高的灌漿壓力，灌漿60min后可結(jié)束灌漿封孔，最后采用干硬性水泥砂漿將孔口進(jìn)行人工封孔。

3.8 灌漿效果檢查

該工程設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)為基巖透水率q≤5Lu。灌漿14天后采用檢查孔壓水試驗(yàn)法對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行灌漿質(zhì)量檢查，共設(shè)2個(gè)檢查孔，采用自上而下分段鉆孔，分段卡塞法進(jìn)行了壓水試驗(yàn)檢查，壓水檢查結(jié)束后，采用自下而上分段灌漿，并進(jìn)行置換壓力封孔和人工封孔[3]。

4 灌漿試驗(yàn)成果分析

4.1 灌漿孔的透水性和單位注入量分析

從表2可以看出，Ⅰ序孔壓水13段，最大透水率為38.13Lu，最小透水率為1.80Lu，平均透水率為13.79Lu；Ⅱ序孔壓水12段，最大透水率為15.94Lu，最小透水率為2.00Lu，平均透水率為7.97Lu；Ⅲ序孔壓水25段，最大透水率為16.05Lu，最小透水率為1.40Lu，平均透水率為5.11Lu。透水率呈明顯的遞減趨勢(shì)，其中透水率大于5Lu的孔段，工序孔占85%，Ⅱ序孔占74%，而Ⅲ序孔僅占20%，說明灌漿前后壓水透水率呈遞減規(guī)律，灌漿效果良好，達(dá)到了灌漿分序加密的效果。

表2 灌漿次序孔透水率分析

由表3、表4可知，Ⅰ序孔水泥消耗量為8887.31kg，單位注入量為167.37kg/m；Ⅱ序孔水泥消耗量為5878.8kg，單位注入量為111.34kg/m；Ⅲ序孔水泥消耗量為5110.96kg，單位注入量為48.82kg/m。單位注入量呈明顯的遞減趨勢(shì)，Ⅱ序孔的注入量為Ⅰ序孔的66.52%，而Ⅲ序孔的注入量?jī)H為Ⅰ序孔的29.17%。說明該地層可灌性良好，采用分序加密法灌漿效果明顯，該方法可行。

表3 單位耗灰量頻率分析

表4 灌漿成果分析

4.2 檢查孔壓水試驗(yàn)檢查

試驗(yàn)區(qū)檢查孔壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法，共進(jìn)行壓水試驗(yàn)14段，均符合灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)要求。其中最大透水率為1.95Lu，最小透水率為0.65Lu，平均透水率為1.35Lu。而且鉆孔巖芯提取率較高，兩孔均在97%以上，其中發(fā)現(xiàn)3處水泥結(jié)石脈充填膠結(jié)，膠合較好，厚度在0.50～1.00mm之間。

表5 先導(dǎo)孔和檢查孔壓水成果

表5為檢查孔和先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)情況，反映了灌漿前后巖體透水性能，灌漿前(先導(dǎo)孔)巖石最大透水率為38.13Lu，最小透水率為1.80Lu，平均透水率為14.43Lu，透水量相對(duì)較大，而灌漿后(檢查孔)平均透水率僅為1.35Lu，透水率降低了90.64%，說明灌漿后巖體的防滲性能有了明顯的提高。

綜合分析表5和圖2可知，此次灌漿區(qū)域內(nèi)的各次序孔平均透水率及單位注入量關(guān)系均為Ⅰ序孔>Ⅱ序孔>Ⅲ序孔>檢查孔，呈明顯遞減趨勢(shì)，符合灌漿規(guī)律。由于先導(dǎo)孔與Ⅰ序孔孔距相對(duì)較大，灌漿擴(kuò)散范圍小于孔距，因此圖5中出現(xiàn)了先導(dǎo)孔的單位注入量小于Ⅰ序孔的情況，但從圖中曲線的整體趨勢(shì)可以看出，隨著孔距的減小，透水率和單位注入量呈遞減趨勢(shì)，說明經(jīng)過I序孔的灌漿，后序孔的灌前透水率及單位注入量逐漸減小。以上結(jié)論均表明該部位巖體具有較好的可灌性，排內(nèi)分序逐漸加密的施工方式是可行的。

圖2 不同孔距與透水率和單位注入量關(guān)系1-平均單位注入量與孔序關(guān)系線；2-透水率與孔序關(guān)系線

5 結(jié) 語

為保證帷幕的抗?jié)B性，宜在灌漿時(shí)采用較小的水灰比漿液進(jìn)行大壓力灌注，以減少灌后漿液的泌水量，提高水泥結(jié)石強(qiáng)度。采用本試驗(yàn)中的孔口封閉法灌漿工藝，能夠達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求的防滲標(biāo)準(zhǔn)，灌漿施工工藝及參數(shù)在技術(shù)上是可行的，成本上是合理的，可保證施工質(zhì)量。

[1] 廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.廣西桂林市防洪及漓江補(bǔ)水工程小溶江水利樞紐研究報(bào)告[R].南寧：廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2008.

[2] DL/T 5148—2001 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2001.

[3] 熊義泳，孫忠明，姚丈武.清江水布埡電站現(xiàn)場(chǎng)帷幕灌漿試驗(yàn)與分析[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004(9)：1558-1563.

[4] 孫釗.大壩基巖灌漿[M].北京：中國水利水電出版社，2004：58-70.

Experimental Study on Curtain Grouting Parameters of Xiaorongjiang Reservoir Dam

DU Zhenqi1, YUE Zhen2

(1.ChaiheReservoiradministrativeoffice,Tieling112000,China;2.FourthEngineeringCompanyofFifteenEngineeringBureauCo.,Ltd.ofChinaHydropowerConstructionGroupCorporation,Xi’an710048,China)

The curtain grouting test of the dam foundation has been carried out in order to select the reasonable grouting method and grouting parameter and to understand the grout ability of base rock of Xiaorongjiang reservoir dam. This paper introduces the layout of the test, the construction technology and test methods of the construction quality, as well as the analysis of the data before and after grouting. The test result shows that: the bedrock has good grout ability performance in the test area, the permeability of the bedrock after grouting meets the design requirements, and the selected grouting method and the relevant construction parameters of that project are reasonable.

Xiaorongjiang; curtain grouting; parameter; test

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.01.016

TV223.4+3

A

1673-8241(2017)01- 0056- 04