帷幕灌漿施工技術(shù)在水庫大壩基礎(chǔ)防滲加固處理中的應(yīng)用

程峰

中國水利水電第八工程局有限公司 湖南 長沙 410000

引言

大壩是水庫工程的核心建筑物，主要組成包括壩基、混凝土基座、防滲墻、護(hù)坡、壩頂公路等，壩基穩(wěn)固性直接關(guān)系到整個(gè)大壩的安全穩(wěn)定性與防滲性。因此，做好水庫大壩基礎(chǔ)防滲加固處理，對于提高水庫大壩運(yùn)行安全穩(wěn)定性具有重要意義，防滲帷幕是一種常用的施工技術(shù)，通過有效成幕可減少壩基滲漏、防止?jié)B透破壞，本文主要圍繞此展開分析。

1 帷幕灌漿技術(shù)概述

隨著我國水利行業(yè)的發(fā)展，水庫大壩建設(shè)工程數(shù)量不斷增加，運(yùn)行時(shí)間也越來越長，部分水庫大壩在長期水流的作用下，可能出現(xiàn)大壩基礎(chǔ)沉陷或壩體垮塌的危害，因而處理好水庫大壩基礎(chǔ)滲漏，是水庫建設(shè)與發(fā)揮效益的關(guān)鍵所在。

水庫大壩基礎(chǔ)防滲加固處理的方法較多，主要有劈裂灌漿、高壓噴射灌漿、深層水泥土攪拌樁防滲墻、帷幕灌漿、低壓速凝式灌漿等，但在選擇處理方法時(shí)，必須認(rèn)真分析水庫滲漏的原因，不但要求在技術(shù)上切實(shí)可行，而且還要求節(jié)省投資，并能在較短時(shí)間內(nèi)解決水庫的滲漏問題。防滲帷幕作為一種有效防滲加固措施，近年來在水庫大壩工程了得到了廣泛應(yīng)用，其主要是在土層或者巖層縫隙當(dāng)中灌入一定量的漿液，從而形成連續(xù)性的阻水帷幕，建立起較強(qiáng)的防滲工程，為水庫大壩可靠運(yùn)行保駕護(hù)航[1]。

2 水庫大壩帷幕灌漿施工技術(shù)方法

2.1 原材料選擇

水庫大壩帷幕灌漿漿液配置中，為有效保證除險(xiǎn)加固效果，需合理提高水泥標(biāo)準(zhǔn)，灌漿水泥實(shí)行統(tǒng)供管理，加強(qiáng)與廠家溝通，保證出廠材料品質(zhì)，同時(shí)落實(shí)現(xiàn)場質(zhì)量檢驗(yàn)，對每批次材料嚴(yán)格按合同、規(guī)范規(guī)定的頻次與檢測項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)，保證灌漿水泥質(zhì)量合格；對泥漿拌和用水的水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格檢測，保證漿液拌制質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2.2 開展灌漿試驗(yàn)

水庫大壩帷幕灌漿正式施工前，需開展帷幕灌漿試驗(yàn)工作，確定裂隙巖體可灌性，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果合理確定灌漿方法、施工工藝；帷幕灌漿工程開始后，施工單位應(yīng)開展生產(chǎn)性工藝試驗(yàn)，進(jìn)一步對設(shè)計(jì)確定的灌漿工藝與參數(shù)進(jìn)行論證，保證后續(xù)作業(yè)可靠性；帷幕灌漿施工過程中，根據(jù)圍巖揭露情況、卸荷情況以及先導(dǎo)孔終孔段壓水呂榮值檢測情況等，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，保證帷幕體防滲質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2.3 嚴(yán)格履行造孔與灌漿工藝

水庫大壩帷幕灌漿施工過程中，規(guī)范造孔、灌漿施工工藝，確保造孔、沖洗、卡塞、配漿、灌漿壓力、漿液變換、灌漿結(jié)束等工序妥善完成。帷幕灌漿作業(yè)過程中，定期對相關(guān)儀表進(jìn)行定期校驗(yàn)，并做好施工設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)工作，包括灌漿泵、管路、灌漿塞等，避免因灌漿設(shè)備故障導(dǎo)致灌漿中斷，或是無法達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)要求。已完工灌漿單位，施工單位需提交灌漿成果資料，監(jiān)理審核后進(jìn)行檢查孔布孔，檢測不合格單元需補(bǔ)強(qiáng)處理，直至檢測合格為止。

2.4 引進(jìn)智能灌漿系統(tǒng)

水庫大壩帷幕灌漿施工過程中，有條件的情況下，施工單位應(yīng)積極引進(jìn)新技術(shù)，如：智能灌漿系統(tǒng)在我國烏東德、白鶴灘等水電站得到了推廣運(yùn)用，此系統(tǒng)集智能壓力控制、無級配漿、灌漿工藝控制、灌漿成果分析與處理以及無線接入云服務(wù)器等功能為一體，實(shí)現(xiàn)了智能“一鍵灌漿”，有力保障了灌漿施工質(zhì)量。

2.5 灌漿施工異常處理

水庫大壩帷幕灌漿過程中，需結(jié)合施工實(shí)際確定灌漿異常處理機(jī)制。對于帷幕灌漿先導(dǎo)孔終孔段壓水，由建管局、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工共同簽字確認(rèn)，終孔段灌前透水率大于設(shè)計(jì)允許值的加深1段處理；對加深后仍大于設(shè)計(jì)值的，則需由監(jiān)理組織各方對先導(dǎo)孔芯樣、壓水檢測資料、工程地質(zhì)條件等加以研究，并制定相應(yīng)的加深處理方案。帷幕灌漿施工期間，針對灌前透水率大、灌漿過程吸漿量異常部位，監(jiān)理需及時(shí)通知參建四方實(shí)施現(xiàn)場查勘，根據(jù)現(xiàn)場情況選擇濃漿、低壓、限流、間歇、待凝等處理措施，確保灌漿質(zhì)量達(dá)標(biāo)[2]。

3 實(shí)例探析帷幕灌漿施工技術(shù)在水庫大壩基礎(chǔ)防滲加固處理中的應(yīng)用

3.1 工程概況

本項(xiàng)目水庫大壩為黏土心墻堆石壩，采用黏土防滲方法，總庫容4.48×108m3，終期規(guī)?？値烊?.84×108m3，壩頂高程2095m，最大壩高77m，壩軸線長242m。此大壩壩址區(qū)巖層主要為白堊系泥巖、砂巖、白云巖，表層分布有第四系松散堆積物。兩岸壩肩存有卸荷裂隙、溶隙、溶洞呈張開狀。中部出露的F2-1右旋逆斷層，F(xiàn)2-2右旋正斷層及其斷塊組成的FⅡ斷裂帶，寬19～22m，為典型的斷陷帶，是壩區(qū)內(nèi)的控制性斷裂。FⅡ斷層帶與軸線呈79°角相交，是壩基滲漏的主要通道之一，受其影響，右岸相對隔水層較深。透水率為10～100Lu，局部大于100Lu。

3.2 防滲加固設(shè)計(jì)

大壩心墻壩基基礎(chǔ)灌漿設(shè)置于壩基混凝土蓋板上，采用先固結(jié)、后帷幕，先下游、后上游的施工方法。帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)為3Lu，固結(jié)防滲標(biāo)準(zhǔn)為5Lu。

3.2.1 固結(jié)灌漿：壩橫0+00.00m～0+247.70m段的壩基蓋板中設(shè)置，固結(jié)基巖深度5m和10m兩種孔，排距5m，設(shè)計(jì)孔數(shù)473個(gè)，造孔長度5327.76m；孔距為4～5m，靠近心墻帷幕1/3壩高以下。樁號：壩橫0+59.00m～0+175.00m增設(shè)2排固結(jié)孔，排距距帷幕線1.4m孔距為2m，深入巖石10m；與帷幕灌漿孔呈梅花形布置。

3.2.2 帷幕灌漿：設(shè)2排孔，排距1.4m，孔距2m，梅花形布置。樁號：壩橫0+47.5～0+84.00，帷幕灌漿設(shè)計(jì)孔數(shù)為326個(gè)，共造孔19371.6m。右岸壩肩高程2095m向山里延伸16m，左岸壩肩高程2095m向山里延伸50m。F2斷層帶帷幕灌漿共3排，每一排帷幕灌漿孔又分為3個(gè)次序施工帷幕，灌漿需深入相對不透水層3～5m。

3.3 帷幕灌漿施工技術(shù)要點(diǎn)

3.3.1 鉆孔。帷幕灌漿每個(gè)單元選取1個(gè)1次序孔為先導(dǎo)孔，所有帷幕孔開孔孔徑φ91mm，下φ89mm的孔口管，避免基巖面碎屑物落入孔內(nèi)，終孔孔徑φ56mm，先導(dǎo)孔及檢查孔終孔孔徑φ75mm。混凝土蓋板部位套管埋入巖石深度不得小于1m，且必須鑲鑄牢實(shí)，保證灌漿時(shí)套管周圍不漏漿。為保證孔向準(zhǔn)確，帷幕孔都進(jìn)行了孔斜測量，每孔測點(diǎn)都不少于3個(gè)，一般每2段測量1次，終孔必須測孔深及孔斜，殘留巖芯不得大于20cm。

3.3.2 鉆孔沖洗及裂隙沖洗。灌漿孔段在鉆孔結(jié)束后需進(jìn)行鉆孔沖洗，直至孔口返清水，孔內(nèi)沉淀物厚度≤20cm，灌漿前宜使用壓力水進(jìn)行裂隙沖洗，沖洗壓力與固結(jié)灌漿相同[3]。

3.3.3 簡易壓水試驗(yàn)。帷幕灌漿每段灌前均進(jìn)行簡易壓水，壓水采用單點(diǎn)法，壓水壓力為灌漿壓力80%。

3.3.4 帷幕灌漿。

3.3.4.1 帷幕灌漿采用孔口封閉、自上而下分段灌漿方法。帷幕灌漿方式為孔內(nèi)循環(huán)式，射漿管距離孔底不宜大于0.5m。帷幕灌漿施工程序?yàn)橄裙嘞掠闻?，后灌上游排。同一排上相鄰?個(gè)次序孔之間，以及后序排上第一序孔與其相應(yīng)部位前序排上最后次序孔之間在巖石中鉆孔灌漿的間隔高差≥15m，每一排帷幕灌漿分3個(gè)次序施工，即：Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔。

3.3.4.2 帷幕灌漿施工分段為高程2047m以下第1、2段段長3m、5m；高程2047m以上第1、2段段長1m、3m，第3段以下段長為5m，前3段灌漿結(jié)束后要求待凝，最后2段段長可根據(jù)孔深作適當(dāng)調(diào)整，但最大段長不得大于8m；沒有混凝土蓋板的部位，分段原則為第1段3m，以下各段為5m。

3.3.4.3 帷幕灌漿施工每 1 個(gè)單元選 1 個(gè) 1 序孔作為先導(dǎo)孔，利用先導(dǎo)孔測定 1 次地下水位，作為該單元代表，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為每 5min 測 1 次孔內(nèi)水位，當(dāng)水位下降速度連續(xù) 2 次在5cm/min以內(nèi)時(shí)，以最后觀測值為地下水位值。此水位值可作為該單元漿柱壓力水柱壓力起算零線。

3.3.4.4 帷幕灌漿前對先導(dǎo)孔實(shí)施聲波測試，帷幕灌漿結(jié)束后對檢查孔實(shí)施聲波測試，每20cm為1個(gè)測點(diǎn)，且對先導(dǎo)孔要求巖芯描述、編錄。先導(dǎo)孔的壓水試驗(yàn)要求穩(wěn)定，心墻蓋板混凝土與基巖接觸帶灌漿結(jié)束后需待凝12h以上。

3.3.4.5 帷幕灌漿底界深入相對不透水層3～5m，當(dāng)最后一段灌前簡易壓水透水率q≥3Lu或是灌漿單耗灰量＞50kg/m時(shí)，應(yīng)向監(jiān)理、設(shè)代反映情況，研究是否需要加深以及加深段數(shù)。

3.3.4.6 帷幕灌漿主要施工參數(shù)如下。①灌漿壓力：高程2047m以下第1段灌漿壓力均為0.5MPa，第2、3段0.8MPa、1.2MPa，第4段灌漿壓力應(yīng)達(dá)到該孔設(shè)計(jì)最大壓力；高程2047m以上，第1、2段灌漿壓力0.2MPa～0.3MPa，由于左岸巖石破碎，灌漿時(shí)心墻周圍到處漏漿，每段灌漿壓力根據(jù)公式計(jì)算確定，第4、5段未能達(dá)到設(shè)計(jì)最大壓力，右岸灌漿壓力第四段達(dá)到設(shè)計(jì)最大壓力，但全孔最大壓力值不超過2MPa；②漿液濃度：采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等7個(gè)比級。施工時(shí)，灌前簡易壓水透水率q＜3Lu，灌漿起始水灰比可為5∶1，透水率較大，則灌漿起始水灰比可為3∶1或1∶1的漿液；③漿液變化：應(yīng)由稀到濃逐級變換，按設(shè)計(jì)和規(guī)范施工；④結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在規(guī)定的壓力下，當(dāng)注入率≤0.4L/min，繼續(xù)灌注1h，或≤1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注1.5h，灌漿即可結(jié)束；⑤封孔：采用置換與壓力灌漿封孔法，封孔壓力為全孔最大灌漿壓力，封孔漿液濃度0.6∶1，待漿液沉淀后，人工拌制干硬性水泥，用鋼管插搗密實(shí)。

3.4 帷幕灌漿施工質(zhì)量檢查

帷幕灌漿前簡易壓水試段共3379段，透水率小于1Lu的占壓水段數(shù)的33.4%，1～5Lu的占壓水段數(shù)的42.6%，大于5Lu的占壓水段數(shù)的24%，檢查孔壓水段數(shù)共355試段，其中小于1Lu的占壓水段數(shù)的70%，1～3Lu的占壓水段數(shù)的30%。帷幕灌漿深入相對不透水層3～5m，個(gè)別單元最后一段灌前簡易壓水透水率大于3Lu或單耗大于50kg/m均加深1段，心墻帷幕灌漿共加深段數(shù)74段，灌漿段長370.32m，所有檢查孔壓水孔段的透水率均達(dá)到設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)要求，且檢查孔水泥結(jié)石局部可見，尤其是5單元檢查1號孔，柱狀水泥砂漿長50～60cm，且與基巖及探洞混凝土膠結(jié)較好，說明隨著灌漿的進(jìn)展，受灌體的滲水通道被漿液充填堵塞，形成連續(xù)的幕體[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，水庫大壩除險(xiǎn)加固工程的開展，是排除工程安全隱患、充分發(fā)揮工程綜合效益的重要措施。針對水庫大壩基礎(chǔ)滲漏破壞問題，通過帷幕灌漿技術(shù)的運(yùn)用可起到有效的防滲加固效果，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況合理制定帷幕灌漿方案、確定施工參數(shù)，在施工過程中規(guī)范落實(shí)鉆孔、灌漿工序，并做好質(zhì)量檢查等工作，切實(shí)保障帷幕灌漿質(zhì)量達(dá)標(biāo)，減少壩基滲漏量，保證水庫大壩安全可靠運(yùn)行。