分段全孔注漿工藝在水庫除險加固工程中的應(yīng)用

王 彤

(中國昆侖工程公司 遼寧分公司，遼寧 遼陽 111003)

分段全孔注漿工藝在水庫除險加固工程中的應(yīng)用

王 彤

(中國昆侖工程公司 遼寧分公司，遼寧 遼陽 111003)

帷幕灌漿技術(shù)是廣泛用于水庫壩基加固處理的工程技術(shù)措施。文章根據(jù)小望海水庫的特殊地質(zhì)情況，從設(shè)備選用、鉆進及灌注、帷幕灌漿和溶洞處理方面，給出了分段全孔注漿工藝在壩基加固工程中的具體應(yīng)用，結(jié)論對類似工程具有較大的借鑒價值。

帷幕灌漿；分段全孔注漿；小望海水庫

帷幕灌漿技術(shù)是利用鉆孔灌注水泥漿液，對目標(biāo)巖溶層中的縫隙或空腔進行填充，從而形成連續(xù)而完整的阻水帷幕。該技術(shù)不僅可以降低水工建筑物底部的滲透壓力、減少滲流量，還可以在一定程度上提升基礎(chǔ)的承載能力[1]。帷幕灌漿技術(shù)作為一種較為有效和成熟的地基防滲處理手段，在水利水電除險加固工程中得到了廣泛應(yīng)用[2]。常規(guī)的帷幕灌漿技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，但是在巖溶地質(zhì)發(fā)育明顯的地質(zhì)環(huán)境下，帷幕灌漿技術(shù)還處于不斷探索階段[3]。因此，加強該地質(zhì)環(huán)境下帷幕灌漿技術(shù)的研究，合理創(chuàng)新應(yīng)用新技術(shù)，對促進帷幕灌漿技術(shù)在水庫除險加固工程中的應(yīng)用具有重要意義。

1 工程概況

1.1 水庫概況

小望海水庫是遼寧省營口市沙河上的一座?、蛐秃拥浪畮欤刂屏饔蛎娣e約15.34 km2，水庫正常蓄水位27.94 m，相應(yīng)庫容為17.3萬m3。小望海水庫的大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程29.3 m，壩長257.4 m，最大壩高17.5 m，壩底寬28.4 m。水庫的溢洪道位于大壩的左壩肩，最大泄流量為0.5 m3/s?，F(xiàn)階段水庫壩頂坑洼不平，迎水坡面的漿砌石和卵石護坡殘缺破損嚴重，背水面缺少排水設(shè)施，局部有較大的沖溝。由于水庫修建時沒有對壩基進行徹底清基和加固，滲漏情況比較嚴重。此外，水庫修建時并沒有進行完整的規(guī)劃設(shè)計，投入不足。經(jīng)過多年運行，該水庫的病險情況日趨嚴重，對水庫進行除險加固，提高防洪標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)刻不容緩。

1.2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和前期鉆探結(jié)果，小望海水庫壩址區(qū)存在巖溶現(xiàn)象。本次除險加固工程的前期地質(zhì)勘查共布設(shè)17個勘查鉆孔，根據(jù)鉆探揭露的巖土特征，壩址區(qū)域的地層主要為：卵石層，厚度約為2.3～5.6 m，松散、飽水，部分間隙由中粗砂填充；強風(fēng)化灰?guī)r、強風(fēng)化泥質(zhì)巖，厚度為2.1～5 m，巖心一般呈短柱狀，發(fā)育有較多的溶蝕孔洞，巖心的采取率低且斷面具有明顯的溶蝕現(xiàn)象，有明顯的溶洞發(fā)育，部分溶洞內(nèi)有紅褐色粉質(zhì)黏土填充物；中風(fēng)化灰?guī)r和泥質(zhì)巖，其中夾雜有少量的白云巖，裂隙發(fā)育明顯，部分巖心有溶蝕現(xiàn)象。根據(jù)地質(zhì)情況和當(dāng)?shù)氐牡叵滤\移規(guī)律，地下水流會沿著巖層中的溶蝕孔洞和縫隙運移，這不僅是大壩滲漏的主因，長期來看還會威脅到壩基的安全。

2 分段全孔注漿工藝設(shè)計

在小望海水庫除險加固過程中，針對壩基滲漏問題，結(jié)合工程地質(zhì)條件，擬采用分段全孔注漿工藝進行大壩壩基防滲帷幕灌漿。

2.1 設(shè)備選用

根據(jù)小望海水庫除險加固施工現(xiàn)場的具體情況，結(jié)合鉆探工藝的具體要求，在防滲帷幕灌漿施工中選用MGY-135鉆機。該鉆機為履帶式整體鉆機，具有全液壓回轉(zhuǎn)器和夾持卸扣器，可以減輕人員勞動強度，提高鉆孔效率。由于壩址區(qū)溶洞發(fā)育強烈，在施工中選擇氣動潛孔錘鉆進工藝，并選擇HGH-PPESS型空壓機，排氣壓力為2.07 MPa。根據(jù)氣動潛孔錘鉆進工藝要求，選取長度為2～4 m的Φ89 mm鉆桿和Φ150 mm沖擊回轉(zhuǎn)鉆頭。

2.2 鉆孔和埋入孔口管

在鉆孔施工過程中，首先利用沖擊回轉(zhuǎn)鉆鉆孔，鉆進至壩基基巖下1 m處后進行10～15 min的鉆孔沖洗，以徹底沖洗干凈孔底的殘留巖粉。在沖洗結(jié)束后，利用Φ150 mm鉆頭鉆進至設(shè)計巖層，并取出鉆具和鉆桿，然后在套管中埋設(shè)孔口管，并對接觸巖土段利用孔口管進行灌漿。灌漿開始前先進行壓力為0.8 MPa，歷時約20 min的灌前壓水，隨即進行低壓孔口灌漿，灌漿壓力設(shè)定為1 MPa。低壓灌漿之后在孔口管與孔壁填筑濃漿待凝。在低壓灌漿時，如有漿液外側(cè)冒出現(xiàn)象，需要拔起孔口管重新下入。

2.3 分段鉆進灌漿工序

鉆孔孔深達到設(shè)計深度后，利用孔口封閉器分段灌漿。各段均用Φ89 mm 鉆桿作為注漿管，配合安裝回漿管路和控制閥，在進行約30 min的先期壓水試驗后開始灌漿，灌漿過程中鉆桿的底部應(yīng)距鉆孔的孔底 30～50 cm。在本段灌漿結(jié)束后隨即進行下一段鉆孔作業(yè)，連續(xù)施工直到孔頂封孔。此次帷幕灌漿施工設(shè)計為單排帷幕，孔序設(shè)置為 2。當(dāng)?shù)?I 序孔灌漿完成后，II 序孔即可開始施工。

2.4 帷幕灌漿施工

對于孔口管以下各灌段，如果有孔壁不穩(wěn)或遭遇溶洞時，應(yīng)采取自下而上的灌漿方式。灌漿使用的純水泥漿液采用水灰比為1∶1和0.5∶1二級，開灌水灰比為1∶1，膏漿則采用三級配比。灌注漿液的選擇應(yīng)遵循如下原則：

(1)在灌漿壓力不變的情況下，注入率持續(xù)下降或注入率不變的情況下，灌漿壓力持續(xù)上升時，應(yīng)該按原水灰比進行灌注。

(2)在 1∶1 漿液注入量超過300 L或灌注時間超過30 min的情況下，如果注入率沒有明顯降低或灌漿壓力沒有明顯升高，則需要換0.5∶1 的漿液進行灌注。在0.5∶1 漿液或膏漿灌注時，當(dāng)灌注時間超過30 min或注入量超過1000 L的情況下，如果注入率沒有明顯降低或灌漿壓力沒有明顯升高，則需要更換膏漿或較濃一級膏漿進行灌注。

(3)如果鉆孔過程中發(fā)生掉鉆，則需要直接選用膏漿灌注。帷幕灌漿采用的壓力如表1所示。

表1 灌漿壓力表

2.5 封孔

在設(shè)計壓力下，如果灌漿的注入率降低到2 L/min以下時，再灌注10 min即可結(jié)束。如果灌漿孔內(nèi)沒有注滿濃漿，則需要繼續(xù)注入0.5∶1濃漿進行置換。方法是將注漿管下入孔底，并注入0.5∶1濃漿，待注漿孔的孔口返濃漿時，慢慢上提注漿管，直至孔內(nèi)漿液不再下沉?xí)r停止注漿。

在灌漿結(jié)束后，即可進行灌漿孔封孔，方法如下：

(1)利用導(dǎo)管注漿封孔，當(dāng)孔口有涌水出現(xiàn)時，需要全孔作業(yè)，全面封孔。

(2)如果灌漿不滿全孔，則需要對上部填充配合比為1∶2的水泥砂漿。

(3)對封孔后孔口段出現(xiàn)的干縮，應(yīng)先清理干凈孔口的浮漿和污水，再用配合比為1∶2的水泥砂漿填塞。

(4)在回填過程中要保證填料密實，與孔壁之間不存在縫隙，不出現(xiàn)空穴和漏水現(xiàn)象。

2.6 工程質(zhì)量檢查

采用以鉆探為主，鉆探與孔內(nèi)電視相結(jié)合的方式進行質(zhì)量檢測。在灌漿施工結(jié)束 28 d后，在每個施工單元布置 1 個檢查孔，進行取芯和壓水試驗，同時利用孔內(nèi)電視技術(shù)對鉆孔進行檢測，對帷幕灌漿的質(zhì)量進行評價。檢查孔應(yīng)優(yōu)先布置在地質(zhì)情況復(fù)雜，以及可能存在質(zhì)量隱患等部位。評價標(biāo)準(zhǔn)為巖芯采取率要達到85%以上，且孔壁無貫通性空腔；透水率小于5 Lu；單元鉆孔檢查合格率 85%。

3 灌漿過程中的特殊情況處理

3.1 分段灌漿法溶洞處理

3.1.1 無充填型溶洞

工程所在地雖然呈巖溶發(fā)育地質(zhì)，但是地下溶洞的主要成因是地下水運移侵蝕和海水入侵，因此，溶洞的直徑一般不超過2 m。在灌漿過程中，如果遭遇空洞巖溶，可采用如下處理方案：對直徑不超過0.5 m的小型溶洞，采用低配比黏土水泥膏漿進行灌注；對于直徑大于0.5 m的空洞巖溶，采用高配比的水泥膏漿進行灌注。在灌注過程中根據(jù)注入量或注入速率的變化逐漸提高膏漿的濃度級別。如果灌注三倍洞徑之后，灌注速率仍無明顯降低，則可以在膏漿中加入一定量的水玻璃、鋸木灰、纖維材料等外加劑和摻和料，以控制其擴散范圍，加速膏漿凝固。其中，水玻璃應(yīng)遵循由少到多的摻加原則，摻加量一般控制在5%～30%左右。

由于灌漿施工的大多地段位于河道中，溶洞內(nèi)很可能存在地下水。如遇這種情況，應(yīng)采用速凝膏漿進行灌注，還可以利用C15高流態(tài)混凝土與其進行交替灌注。如果在灌注30 m3/m后，溶洞仍未填滿，則需要加入促凝劑，以控制擴散范圍，降低施工成本。

3.1.2 有填充型溶洞

當(dāng)灌漿施工中遭遇有填充物的溶洞時，要根據(jù)填充物特征采取針對性措施。

(1)如果溶洞充填物為砂、砂礫石，且直徑大于0.5 m時，要先對溶洞進行沖洗，并根據(jù)溶洞深度和規(guī)模布置灌漿孔，再利用普通水泥漿液灌漿。

(2)如果充填物為砂性土或黏性土?xí)r，需要用大流量水進行沖洗，再采用1∶1、0.5∶1 二級純水泥漿液由稀漿至濃漿至膏漿進行灌漿，必要時，可在漿液中摻加外加劑。

(3)在鉆孔過程中如遇難以成孔，需要以泥漿護壁鉆進，再利用孔口封閉法進行灌漿。

(4)無論采用了何種處理方式，最后均需再次利用常規(guī)方法灌漿，并達到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)方可封孔。

3.2 其他特殊情況的處理措施

由于帷幕灌漿特殊的地下作業(yè)環(huán)境，在施工過程中不可能對所有的個別情況進行預(yù)見和了解。在小望海水庫大壩帷幕灌漿過程中可能出現(xiàn)的一些突發(fā)狀況，仍需要采取多種應(yīng)對處理措施。

(1)在灌漿過程中，出現(xiàn)冒漿以及大量漿液去向不明時，需根據(jù)具體情況采取封堵、減壓、引流、增大漿液濃度，以及反復(fù)灌漿等措施。

(2)受地下溶洞影響，出現(xiàn)灌漿孔貫通情況時，應(yīng)采取貫通孔同時灌漿措施，如不能同時灌漿，則要對串漿孔進行沖洗。

(3)灌漿應(yīng)持續(xù)進行，若遇特殊情況中斷灌漿，應(yīng)盡快恢復(fù)。如果中斷時間較長，在恢復(fù)灌漿前要先沖洗鉆孔；在恢復(fù)灌漿后，應(yīng)利用與開灌時比級相同的水泥漿進行灌注；如果恢復(fù)灌漿后的注入率較之前無明顯變化，即可逐級加濃漿液繼續(xù)灌注，直至灌漿結(jié)束；如果恢復(fù)灌漿后的注入率下降明顯，且在短時間內(nèi)停止吸漿，則應(yīng)停止灌漿并采取補救措施。

(4)如果灌漿孔回漿失水變濃，則需要根據(jù)實際情況選用如下措施進行處理：采用分段阻塞循環(huán)式灌注；適當(dāng)加大灌漿壓力；加密灌漿孔；改用細水泥漿或化學(xué)漿液灌注。

4 結(jié) 論

小望海水庫大壩帷幕灌漿施工于2015年12月順利完工，經(jīng)受了2016年汛期的高水位考驗，水庫運轉(zhuǎn)一切正常，未發(fā)現(xiàn)大壩滲漏超標(biāo)現(xiàn)象。從大壩防滲帷幕施工的結(jié)果來看，施工質(zhì)量都達到了預(yù)期設(shè)計，取得了良好的防滲加固效果。因此，本次帷幕灌漿施工工藝和經(jīng)驗值得同類工程借鑒。

[1] 曾海艷,張建海,王震洲,等.某堆石壩帷幕缺陷處理后滲流穩(wěn)定敏感性研究[J].水利與建筑工程學(xué)報,2014(6):118-122.

[2] 黃強,劉修躍,陸小軍，等.三里坪大壩灌漿工程質(zhì)量與進度控制[J].人民長江,2012(6):14-16.

[3] 楊力.淺談小灣大壩帷幕灌漿施工工藝[J].水利與建筑工程學(xué)報,2010(1):155-159.

Application of sublevel full-hole grouting technology in reservoir reinforcement project

WANG Tong

(ChinaKunlunEngineeringCompanyLiaoningBranch,Liaoyang111003,China)

Curtain grouting technology is an engineering measure widely used in dam foundation reinforcement. In this paper, according to the special geological conditions of Xiaowanghai reservoir, application of sublevel full-hole grouting technology in dam foundation reinforcement project is studied from aspects of equipment selection, drilling and grouting, curtain grouting, karst cave disposal measures, the conclusion has important reference value for the similar project.

curtain grouting; sublevel full-hole grouting; Xiaowanghai reservoir

王 彤(1964-) ，男，遼寧海城人，工程師， 主要從事巖土工程勘察工作。E-mail:wt123@163.com。

TD265.4

B

2096-0506(2017)03-0054-04