大寨水庫河床帷幕灌漿試驗與分析

黃琪

摘要：在工程地質(zhì)條件復雜、軟弱透水層分布范圍廣、覆蓋層較厚等不利條件下，對大寨水庫河床段進行現(xiàn)場帷幕灌漿試驗。灌漿試驗采用地質(zhì)鉆機鉆孔，孔口封閉、自上而下分段灌漿工藝。對壩基巖層的可灌性進行探討，分析了鉆孔壓水以及灌后的壓水試驗數(shù)據(jù)，為下一步了帷幕灌漿施工提供了科學依據(jù)。也可為同類工程帷幕灌漿時提供參考意義。

Abstract： On-site curtain grouting test was carried out on the riverbed section of Dazhai Reservoir under the unfavorable conditions of complex engineering geological conditions， wide distribution of weak permeable layer and thick cover layer. The grouting test uses a geological drilling machine to drill holes and applies the closed orifice and the grouting process from top to bottom. The feasibility of the dam foundation rock layer is discussed， and the water pressure test data of the borehole and the water pressure after the irrigation are analyzed， which provides a scientific basis for the curtain grouting construction and can also provide reference for grouting of similar projects.

關鍵詞：帷幕灌漿；大寨水庫；效果分析；灌漿方法；單位耗灰量

Key words： curtain grouting； Dazhai Reservoir； effect analysis； grouting method； unit ash consumption

中圖分類號：TV62 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）28-0197-03

0 引言

大寨水庫位于四川省廣元市昭化區(qū)大朝鄉(xiāng)境內(nèi)、嘉陵江中上游右岸一級支流孟江溝流域，壩址位于孟江溝與架枧溝交匯處。水庫控制集水面積18.2km2，水庫正常蓄水位777.00m，相應庫容1035萬m3，死水位751.00m，死庫容76萬m3，校核水位778.97m，總庫容1163萬m3。是一座多年調(diào)節(jié)水庫，為農(nóng)業(yè)灌溉、鄉(xiāng)村供水等綜合利用的中型水利工程。

1 工程地址條件

攔河大壩采用粉質(zhì)粘土夾碎礫石心墻石渣壩，根據(jù)地勘資料，河床覆蓋層厚20～42m。河床主要為粉質(zhì)粘土夾碎礫石、砂卵礫石、孤塊碎石土，厚19～40m，塊碎石成分主要為砂巖、礫巖，粒徑30～50cm居多，個別達1～2m，含量約占45～55%，孤石成分主要為礫巖，粒徑最大達3m。卵礫石夾砂大多表層結構較松散，中下部為稍密～中密層。粉質(zhì)粘土可塑～硬可塑狀態(tài)，下伏基巖為J3l1-①之中厚～厚層砂巖與泥質(zhì)粉砂巖互層。巖層產(chǎn)狀N58°E/SE∠10～13°，傾右岸偏下游。

河床壩基孤塊石層及強風化巖體屬強透水層；弱風化巖體透水率q=10～50Lu，屬中等透水層；新鮮巖體屬弱透水層，q>5Lu透水帶厚度為20～43m。因此壩基存在滲漏和滲透穩(wěn)定問題。大壩河床基礎帷幕線沿防滲墻中心（壩軸線）布置，防滲墻采用C20砼結構，厚1m，下部入巖深度0.5m，上部插入泥巖心墻內(nèi)部。

2 現(xiàn)場灌漿設計

大寨水庫壩基帷幕灌漿設計標準采用透水率值來衡量，要求檢查孔連續(xù)兩段壓水透水率值均≤5Lu。試驗區(qū)孔位布置見圖1，布置一排灌漿孔，三序加密，共布置帷幕灌漿孔9個，呈線形布置，灌漿試驗孔為鉛直孔。

本次灌漿試驗的主要目的是：

①研究在破碎帶發(fā)育的巖層，薄墻混凝土條件下的灌漿工藝措施、施工程序、施工質(zhì)量。

②通過對檢查孔的壓水試驗，以及鉆取防滲墻下部孔段巖芯樣本，研究基巖的可灌性，制定適宜的灌漿壓力與單位耗灰量，力求帷幕灌漿的經(jīng)濟性與合理性。

③驗證、確定灌漿設計方案采用的孔排距布置，灌漿深度，灌漿材料，鉆灌參數(shù)，等有關設計參數(shù)，為灌漿優(yōu)化和整體基礎帷幕灌漿實施提供依據(jù)。

3 帷幕灌漿試驗

3.1 施工工藝

本次灌漿試驗是根據(jù)大寨水庫地勘資料中地層巖性、地質(zhì)條件和國內(nèi)已建類似水利工程的實踐，采用常用施工方法：孔口封閉、自上而下的分段孔內(nèi)循環(huán)灌漿法，當段內(nèi)吃漿率過大時，控制注入率，間歇性灌漿，待凝等措施控制灌注范圍。施工工藝流程圖如圖2所示。帷幕灌漿孔按分序加密原則逐序進行施工，先施工Ⅰ序孔，其次施工II序孔，最后施工Ⅲ序孔。

3.2 施工方法

3.2.1 鉆孔

鉆孔采用XY-1B回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機，合金和金鋼石鉆頭鉆進，穿透覆蓋層（擬建防滲墻）段采用？準91mm鉆頭開孔，當穿透覆蓋層后，對已鉆取覆蓋層段下入套管，覆蓋層以下?lián)Q為？準75mm鉆頭至終孔。各鉆孔段奇數(shù)段采用測斜儀測量各段孔斜度，保證成孔質(zhì)量。

3.2.2 裂隙沖洗及洗孔

各灌漿段在鉆進到設計段長后，利用灌漿栓塞通入80%灌漿壓力（最大不超過1MPa）的有壓水流對孔內(nèi)沉渣和裂隙進行沖洗，肉眼觀測返水無沉渣為止，沖洗時間不宜超過20min，沖洗結束之后，孔內(nèi)巖粉沉淀厚度不大于 20cm[1]。

3.2.3 壓水試驗

各孔段在孔壁和裂隙沖洗完畢之后須做壓水試驗，以了解原始地層的透水性，壓水試驗采用單點法分段簡易壓水試驗[2]。壓力采用灌漿壓力的80%。分段簡易壓水試驗，不論巖層透水量大小，均以5min為時間段測記該時段內(nèi)的平均壓入流量與壓水壓力，連續(xù)試驗20min即可結束，取最終值作為計算的流量與壓力，并計算該擬灌段的原始地層透水呂榮值[3]。

3.2.4灌漿

本工程帷幕灌漿試驗采用自上而下分段孔口封閉法，配備灌漿自動記錄儀進行記錄，結合安裝在孔口回漿管路上的壓力表核對記錄儀的的準確性。

一般在保證防滲墻允許的抬動變形的條件下盡快達到設計的灌漿壓力。當因孔段內(nèi)巖體破碎、裂隙發(fā)育而導致吸漿流量過大時，應采取限壓限流措施，分級升壓，從而控制耗漿量，采取低壓限流宜控制灌入流量為30～35L/min為佳，避免在大壓力大吸漿率下，漿液擴散范圍過遠而造成水泥等材料的浪費，以及長時間達不到灌漿結束標準而誘發(fā)孔內(nèi)事故的發(fā)生[4]。各孔段灌漿使用壓力見表1。

3.2.5 水灰比

配置漿液濃度遵循由稀到濃的原則，使用水灰比（比重）為5：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1等五個比級，開灌水灰比采用為5：1。

漿液濃度變換應遵循以下原則：

①當灌漿壓力保持不變，孔段裂隙吸漿率持續(xù)減少時，或當吸漿率不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比[5]；

②當某一比級漿液的注入量已達300L以上或灌注時間已達30min，而灌漿壓力和吸漿率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級[5]。對于“顯著改變”，在本試驗中量化為“吸漿率約為初始吸漿率的70%”；

③當吸漿率大于30L/min時，根據(jù)施工具體情況，可越級變濃[5]。

3.2.6 帷幕孔終孔與封孔

防滲墻下各帷幕灌漿孔孔深擬定為45m且透水呂榮值？燮5Lu時，方可終孔，否則鉆孔應繼續(xù)加深，直至達到終孔標準？燮5Lu時為止，無論該段透水率大小，必須對已鉆段灌至結束標準[6]。各帷幕灌漿孔終孔段灌漿結束之后，對驗收合格的灌漿孔將進行封孔，采用？準25mm射漿鐵管插入孔底，向孔內(nèi)壓入0.5：1的濃漿，濃漿比重較大，會逐漸由沉積至孔底，并置換出孔內(nèi)積水，一直置換到孔口冒濃漿為止，并間歇20min后，再同種方法將剩余孔段全部回填完畢為止。

4 帷幕灌漿試驗效果分析

4.1單位耗灰量與孔序之間的關系

帷幕灌漿試驗孔的單位耗灰量見表2。

由表2可得出：隨著孔序的逐次加密，各次序孔的單位耗灰量呈現(xiàn)遞減趨勢，尤其以Ⅱ序的更為明顯。Ⅱ序孔的單位耗灰量較Ⅰ序孔的單位耗灰量遞減28.14%。Ⅰ序孔因河床覆蓋層（防滲墻層）以下裂隙發(fā)育、結構松散，注入漿液隨裂隙擴散至四周，故單位耗灰量最大；Ⅱ序、Ⅲ序孔單位耗灰量均小于Ⅰ序孔，是因為Ⅰ序孔灌漿時已對下部較大破碎帶與裂隙進行充填，而Ⅱ序孔灌注時，部分灌注范圍內(nèi)的大部分裂隙已被Ⅰ序灌注時充填，故耗灰量減少，符合灌漿規(guī)律。

4.2 灌前壓水成果分析

試驗區(qū)灌前透水呂榮頻率值見表3，從表3可以得出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔透水率≤5Lu（1Lu=1L·min-1·MPa-1·m-1）的孔段累計頻率分別為0.33、0.42、0.46。頻率值隨著孔序的加密而逐漸提高，而各序試驗孔整孔平均透水呂榮值分別為29.60Lu、19.78Lu、16.26Lu，隨著孔序的加密而降低，符合基礎帷幕灌漿的一般規(guī)律。

4.3檢查孔壓水試驗成果分析

試驗區(qū)灌漿孔全部灌注結束后，在試驗區(qū)內(nèi)共布置了兩個檢查壓水孔J-1與J-2，檢查孔逐段采用單點法進行壓水試驗，壓力按灌漿壓力80%控制（最大不超過1MPa），J-1孔位于13#與14#孔之間，孔深45m；J-2孔位于17#與18#孔之間，孔深45m。壓水試驗結果見表4。全部6段次的壓水實驗中，各段次的透水呂榮值均小于設計值5Lu，最大透水呂榮值為3.4Lu，其中最小透水呂榮值為0.2Lu。通過對檢查孔的壓水實驗成果分析，采用試驗區(qū)布孔形式和灌漿參數(shù)，灌漿帷幕的防滲能力能夠達到設計標準（透水呂榮值≤5Lu）。

通過表4檢查孔壓水透水呂榮值與表3帷幕孔壓水透水呂榮值的比較，可以得出如下結論：

①灌漿前代表原始地層的Ⅰ序孔透水呂榮值小于5Lu的段數(shù)累計頻率為0.33，而灌后檢查孔透水呂榮值小于5Lu的段數(shù)累計頻率達到100%，經(jīng)灌漿后，大壩基礎地層的滲透性顯著下降。

②灌前地層裂隙發(fā)育，各段透水性離散程度較大，經(jīng)過帷幕灌漿處理后，地層透水性較為一致，形成防滲性均勻的抗?jié)B帷幕。

4.4 檢查孔芯樣檢查

檢查孔J-1與J-2鉆進過程中，對鉆取芯樣測試，測得已灌漿段的垂直滲透系數(shù)為4.62×10-5m·s-1，抗?jié)B破壞壓力為2.8MPa。從試驗結果可以得出，采用普通水泥灌漿的方式使砂漿可以填充地層破碎孔隙，而形成密實、穩(wěn)定的抗?jié)B體，可以滿足壩基繞壩抗?jié)B要求。

5 結論

①試驗表明，試驗中所用的施工方法、帷幕孔布置形式及灌漿參數(shù)，可將防水帷幕的抗?jié)B能力提高到透水呂榮值≤5Lu的設計標準。

②本次試驗采用較為經(jīng)濟的自上而下分段灌漿法，也能達到良好灌漿效果，可有效控制單位耗灰量，節(jié)省投資。

③通過試驗可進一步分析基礎巖層的可灌性與耗灰量，為下一步的正式開展灌漿工作提供指導依據(jù)，為制定合理的資源配置、工效、工期等提供了依據(jù)。

大寨水庫帷幕灌漿試驗部位位于壩基防滲墻底部，經(jīng)灌漿處理后，壩基基礎的綜合透水呂榮值≤5Lu，試驗預期效果，效果良好，可為其他類似工程提供參考意義。

參考文獻：

[1]李俊峰.金平水電站氣墊式調(diào)壓室無蓋重固結灌漿試驗研究[J].工程技術研究，2016（7）：1-2.

[2]楊良權，李波，雷安平，等.南水北調(diào)大寧調(diào)蓄水庫帷幕灌漿試驗與分析[J].水利水電技術，2013，44（1）：73-78.

[3]吳洪波.墻幕結合在深厚覆蓋層中的應用[D].中南大學，2011.

[4]顏碩.基巖帷幕灌漿工藝的應用及效果分析[J].北京水務，2011（6）：35-37.

[5]SL62-2014，水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范[S].

[6]章進，侯七.糯扎渡電站廠區(qū)帷幕灌漿施工工藝[J].科技傳播，2012（21）：185-186.