帷幕灌漿在水庫加固除險工程中的應(yīng)用

(江西省南昌縣長樂聯(lián)圩河道堤防管理站，南昌，330215)

1 引言

水庫在使用過程中出現(xiàn)老化現(xiàn)象，如壩體破壞、壩基滲漏等情況較為常見，這對水庫的正常蓄水運行造成嚴(yán)重的影響，同時，造成壩體安全性降低，嚴(yán)重威脅到壩址下游居民的生產(chǎn)生活。針對這種情況，對水庫大壩進(jìn)行除險加固治理是十分必要的。李金紅[1]以東二畦水庫為例，研究了大壩加固工程設(shè)計和施工工序；甄新娟[2]分析了高壓擺噴灌漿在貢拜溝水庫加固中的應(yīng)用；趙光榮[3]、楊健[4]、奉立[5]分析了帷幕灌漿技術(shù)加固壩體的機理和施工工藝。進(jìn)行帷幕灌漿施工之前，采取一定灌漿試驗為灌漿施工提供參考是非常重要的，可提高施工效率，降低風(fēng)險，保證工程加固效果[6-10]。在前人研究基礎(chǔ)上，本文以某水庫為例，研究水庫大壩加固除險工程中帷幕灌漿技術(shù)的應(yīng)用。

該水庫始建于上世紀(jì)90年代末，是一座具有灌溉、發(fā)電作用的小(二)型水庫。建成后已發(fā)揮效益接近20年。水庫主壩最大壩高29.5m，壩頂長57m，壩頂寬3.3m，壩頂高程380.5m，設(shè)計正常蓄水位為377.00m，死水位為353.0m，總庫容為401.6萬m3。

2 水庫主壩基本概況

2.1 主壩地質(zhì)條件

河床表層覆蓋有薄層淤泥質(zhì)土，可清理?；鶐r為燕山期花崗巖。強風(fēng)化花崗巖結(jié)構(gòu)破碎，泥質(zhì)膠結(jié)程度較差，滲透性較好，強度較低。中風(fēng)化花崗巖，裂隙較發(fā)育，泥鐵質(zhì)膠結(jié)程度較高，層底高程在334.70m～336.98m。壩體基巖力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 壩基巖土體力學(xué)參數(shù)

2.2 主壩滲流分析

為了分析大壩的滲透性，對壩頂軸線處的鉆孔進(jìn)行了孔內(nèi)注水試驗，以5m為一注水段，共完成注水試驗8段，其中壩體5段，壩基3段?，F(xiàn)場、室內(nèi)試驗結(jié)果見表2，從表2中可知室內(nèi)與現(xiàn)場試驗結(jié)果之間存在一定的誤差，室內(nèi)試驗結(jié)果偏大，因此，選擇更能代表實際情況的現(xiàn)場試驗結(jié)果作為滲透系數(shù)。

表2 現(xiàn)場、室內(nèi)滲透試驗成果 單位：cm/s

壩體砌石主要由花崗巖的塊石、碎石和砂漿混合組成，從注水試驗可以看出，k為1.07×10-4cm/s～2.14×10-4cm/s，屬弱透水性，建議值為1.61×10-4cm/s。壩體滲透性較弱，為預(yù)防裂隙發(fā)育，需采取防滲加固措施。

壩基主要為強風(fēng)化及中風(fēng)化花崗巖。從注水試驗可以看出，滲透系數(shù)k為2.53×10-5cm/s～4.18×10-5cm/s，屬弱透水性，建議值為3.35×10-5cm/s。壩基滲透性屬微透水性，為預(yù)防裂隙發(fā)育，可采取防滲加固措施。

大壩左右壩肩山體較雄厚，兩壩肩巖層均較完整，鉆探期間發(fā)現(xiàn)存在一處繞壩滲漏現(xiàn)象。

3 現(xiàn)場灌漿試驗

3.1 試驗區(qū)選取

為了保證灌漿試驗結(jié)果可指導(dǎo)整個工程的灌漿施工過程，試驗區(qū)的選取必須具有針對性，選擇工程區(qū)內(nèi)具有代表性的區(qū)域進(jìn)行灌漿試驗。灌漿試驗區(qū)應(yīng)選擇在交通便利、巖體結(jié)構(gòu)破碎程度具有代表性的區(qū)域，同時也需要考慮水源距離等因素。

試驗區(qū)選取位于河床中部，在前期地質(zhì)、水文勘察作業(yè)中已經(jīng)完成此區(qū)域的勘察，具備一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。區(qū)域內(nèi)巖體結(jié)構(gòu)較為破碎，發(fā)育有多組結(jié)構(gòu)面，壩基滲漏主要受這些結(jié)構(gòu)面控制，同時該區(qū)域距離道路、水源較近，方便材料、機械的運輸，因此，可作為本次帷幕灌漿試驗的試驗區(qū)。

3.2 試驗方案

進(jìn)行帷幕灌漿試驗主要是為了確定工程實施過程中灌漿孔的孔徑、孔距。需要綜合考慮壩基巖土體類型、結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征、滲透性和先導(dǎo)灌漿孔灌漿情況。

結(jié)合工程經(jīng)驗以及該水庫巖體條件，確定灌漿孔開孔直徑為110mm，終孔直徑為75mm，設(shè)計孔深為10.0m，灌漿孔采用單排布置，孔距2.0m，從而保證帷幕灌漿的灌漿效果。

3.3 灌漿效果

針對試驗區(qū)灌漿效果的檢驗是一個非常重要的過程，這是對灌漿試驗加固效果的直接反映。試驗區(qū)共布置鉆孔5個，檢測孔3個；灌漿孔GJK01-GKK05及檢測孔JCK01-JCK03布置見圖1。各個灌漿孔采用單排布置，間距2.0m；檢測孔JC01位于GJK01左側(cè)1.0m處，用以觀測灌漿孔外的加固效果；檢測孔JC02位于灌漿孔GJK02、GJK03之間，用以檢測兩處灌漿孔之間的加固效果；檢測孔JC03位于灌漿孔GJK05之上，用以檢測灌漿孔處的加固效果。

圖1 灌漿試驗孔位分布

在灌漿試驗完成后，在試驗范圍內(nèi)進(jìn)行壓水檢驗。各檢測孔檢驗結(jié)果見表3。

表3 各孔的壓水檢測結(jié)果

4 帷幕灌漿施工

4.1 灌漿孔布置

主壩壩基帷幕灌漿孔布置在帷幕灌漿中心軸線上。按單排設(shè)計，對灌后檢查不符合要求地段，再適當(dāng)調(diào)整。設(shè)置灌漿孔距為2m，延伸至不透水層(q≤10Lu)下2m處。帷幕范圍至兩側(cè)不透水層與山體的交界處。根據(jù)計算，共有灌漿孔28處，檢查孔3個，總進(jìn)尺552.0m，沿帷幕軸線均勻布置。當(dāng)吸水率q≤10Lu即可。

4.2 灌漿參數(shù)

灌漿段長度需要總結(jié)考慮巖體情況。灌漿前首先沖洗裂隙面，沉積厚度小于0.2m，壓力小于1MPa；射漿管與孔底距離小于0.5m，為防止漏灌，灌漿塞應(yīng)位于上一灌漿段底0.5m處。

灌漿壓力根據(jù)灌漿試驗確定。河床中灌漿壓力為0.40MPa～0.60MPa，壩體處灌漿壓力小于0.05MPa。

漿液起始水灰比采用5，以后依次采用3、2、1、0.8、0.6(或0.5)，采用新鮮425硅酸鹽水泥。

4.3 灌漿次序

帷幕灌漿必須遵循分序加密的原則進(jìn)行。二序孔施灌，一、二序孔距為4m。

在帷幕灌漿前應(yīng)進(jìn)行壩體與壩基接觸處的接觸灌漿。當(dāng)鉆機至基巖面時，改用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，用干鉆法鉆入基巖0.3m～0.5m后提鉆，下放適量摻有麻絨的干粘土球，再下套管，使基巖孔壁與套管之間被干粘土球堵孔。再改用清水鉆進(jìn)，作為接觸灌漿段，灌漿壓力采用0.05MPa低壓充填式灌漿，灌漿栓塞在基巖上0.5m左右套管中。接觸灌漿完成24h后，再進(jìn)行帷幕灌漿工序。

5 結(jié)論

以某水庫加固除險為例，通過現(xiàn)場、室內(nèi)試驗對比，選擇現(xiàn)場壓水試驗結(jié)果作為滲透系數(shù)選取結(jié)果，壩基滲漏現(xiàn)象較為明顯，危害較大。為了合理選擇灌漿施工參數(shù)，選擇灌漿試驗區(qū)進(jìn)行了5個灌漿孔和3個檢測孔的布置，根據(jù)檢測結(jié)果，采用單排布置，2.0m孔距、10.0m孔深防滲加固效果較好，滲透系數(shù)較加固前明顯降低，根據(jù)試驗結(jié)果提出了相關(guān)的施工參數(shù)，為水庫壩基防滲帷幕加固參數(shù)設(shè)計及施工組織設(shè)計提供參考。