淺析阿不都拉水庫(kù)基礎(chǔ)帷幕灌漿施工技術(shù)

劉再軍

(新疆塔城地區(qū)水利局，新疆 塔城 834700)

灌漿技術(shù)是水利工程最常用的加固手段，是一項(xiàng)相對(duì)復(fù)雜且專業(yè)性較強(qiáng)的工藝，其具有防滲、防漏及加固的作用。該技術(shù)主要分為帷幕灌漿、固結(jié)灌漿等不同類型。其中，帷幕灌漿的優(yōu)點(diǎn)在于投資小、效果好，能利用形成的防滲幕墻降低壩底壓力，因此在地基防滲項(xiàng)目中應(yīng)用頻繁。但在進(jìn)行帷幕灌漿技術(shù)之前，應(yīng)先確定帷幕軸線的最佳長(zhǎng)度，一般應(yīng)在水庫(kù)水位較低時(shí)進(jìn)行施工，此技術(shù)要求水泥采用32.5級(jí)綜合水泥，砂礫石中含泥率≤1%，針片形砂礫石超徑≤5%，細(xì)度模數(shù)應(yīng)控制在1.6～3.0范圍之間。帷幕灌漿技術(shù)的施工質(zhì)量與工作人員的技術(shù)水平有著較大的關(guān)系，工作人員需要確定最佳質(zhì)量比的漿液，并將漿液以合適的壓力和數(shù)量灌注到鉆孔或裂縫中，因此相關(guān)單位應(yīng)建立完善的施工管理機(jī)制，聘請(qǐng)專業(yè)的技術(shù)人才，采用先進(jìn)的施工技術(shù)，科學(xué)合理地進(jìn)行作業(yè)，發(fā)揮出帷幕灌漿工藝的最大效能，為水利工程建設(shè)提供質(zhì)量保障。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

阿不都拉水庫(kù)距阿不都拉鄉(xiāng)政府10 km，距塔城市區(qū)31 km，地理坐標(biāo)為N 46°56′16″，E 83°16′42″。阿不都拉水庫(kù)庫(kù)容3600×104m3，壩高70 m，庫(kù)壩以上集水面積260 km2，依據(jù)水利水電部門相關(guān)洪水標(biāo)準(zhǔn)，確定該工程為中型規(guī)模，工程等別為Ⅲ等，設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為50 a，校核重現(xiàn)期為1000 a，洪峰最大值為262 m3/s，消防設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇。主要建筑物抗震標(biāo)準(zhǔn)按照Ⅵ度執(zhí)行。

1.2 工程總布置

阿不都拉水庫(kù)工程的主體建筑為大壩、泄洪隧洞和溢洪道，設(shè)計(jì)預(yù)選的大壩類型為混凝土面板砂礫石壩，軸線位于北偏西方向50°處。溢洪道位于右壩肩，軸線與大壩軸線相交，并形成51°09′46″夾角。隧洞位于左壩肩，軸線與大壩軸線相交，并形成89°16′23″夾角。工程利用圍堰的擋水方法通過(guò)放水隧洞進(jìn)行導(dǎo)流，圍堰放置于壩腳前側(cè)。

2 大壩基礎(chǔ)處理

2.1 大壩清基處理

阿不都拉水庫(kù)大壩為高壩，根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)條件及施工條件需要將壩基處的雜物全部去除，保證大壩填筑的砂礫石直接坐落在基巖上。此外，岸坡的坡度應(yīng)不陡于1∶0.3，如果坡度較陡，可以進(jìn)行開挖或者砌筑C20細(xì)?；炷疗鍪詽M足要求。

2.2 趾板基礎(chǔ)的處理

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告可知，河床段趾板處的砂礫石層厚度為2～3 m，兩岸趾板處的砂礫石層厚度為2～6 m，該層透水性強(qiáng)，需進(jìn)行防滲處理。將趾板處砂礫石層全部清除，開挖基巖深度約至弱風(fēng)化層，再澆筑混凝土趾板，使巖石裂隙得以充分封閉，并將其作為基礎(chǔ)灌漿工藝中的蓋重[1]。

2.3 帷幕灌漿

在進(jìn)行趾板澆筑后，需按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范，在趾板一定范圍內(nèi)進(jìn)行帷幕灌漿工藝。帷幕灌漿孔應(yīng)沿趾板方向進(jìn)行布置，小于1/3壩范圍內(nèi)設(shè)置兩排，大于1/3壩范圍內(nèi)設(shè)置一排，且帷幕灌漿孔布置在固結(jié)灌漿孔中間，深度依據(jù)巖石吸水率決定。本工程帷幕灌漿處理深度最大值為43.00 m，進(jìn)尺總和為11 181.15 m，打孔深度總和為12 197.59 m。

3 水庫(kù)基礎(chǔ)帷幕灌漿施工技術(shù)

3.1 孔位布置

帷幕灌漿孔距為2 m，設(shè)置兩排，深度按3 Lu線以下5 m控制。帷幕灌漿孔均布置在固結(jié)灌漿孔中間，具體趾板帷幕灌漿孔位布置如圖1所示。

圖1 趾板帷幕灌漿孔位布置(單位：cm)

帷幕灌漿根據(jù)開挖地質(zhì)編錄，在地質(zhì)缺陷部位(如遇斷層等)適當(dāng)調(diào)整灌漿間距[2]。

3.2 灌漿順序

帷幕灌漿的注漿順序?yàn)橄裙嘞掠闻?，再?gòu)南掠闻畔蛏嫌闻殴嘧?，每排分三序，從一序孔開始鉆灌，再依順序鉆灌二序孔、三序孔。一序孔和二序孔的孔間距均為8 m，三序孔的孔間距為4 m。

3.3 壓水試驗(yàn)

(1)帷幕灌漿孔鉆入擬定位置后，必須使用高水流或高壓空氣沖洗鉆孔，盡可能去除鉆孔內(nèi)的巖石粉、小碎石等渣屑，保證鉆孔清理后底部的渣屑厚度≤20 cm。同時(shí)在正式灌漿開始前，應(yīng)對(duì)灌漿孔做壓水試驗(yàn)[3]。

(2)根據(jù)前期地質(zhì)勘查結(jié)果設(shè)置先導(dǎo)孔，并需結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求和施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況，由施工單位及其他相關(guān)單位共同確定，依照相關(guān)要求，先導(dǎo)孔孔數(shù)應(yīng)至少為總孔數(shù)的1/10，再使用單點(diǎn)法按照由上到下的順序進(jìn)行分段卡塞，開始?jí)核囼?yàn)，并對(duì)先導(dǎo)孔進(jìn)行分段帷幕灌漿。

3.4 灌漿技術(shù)

(1)灌漿方法。依照孔口密閉、孔內(nèi)循環(huán)的原則，進(jìn)行自上而下地分段灌漿[4]，即在第一段灌漿的灌漿塞可直接安放在趾板內(nèi)，離基巖面距離至少保持20 cm，其他各段的灌漿塞應(yīng)阻塞在距離灌漿段頂50 cm處。并要保證在前序孔灌漿完成且封孔后，再對(duì)后序孔進(jìn)行孔鉆灌漿。特別需要注意的是，需待灌漿結(jié)束24 h之后再進(jìn)行沖洗操作及壓水試驗(yàn)[5]。

(2)灌漿壓力。表1為灌漿壓力的初步擬定值，僅供參考。工程具體灌漿壓力值以及其他灌漿參數(shù)指標(biāo)需通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)后方能確定。

表1 灌漿壓力初步擬定值

(3)灌漿段段長(zhǎng)。通常情況，帷幕灌漿段的段長(zhǎng)應(yīng)<5 m，如果水庫(kù)壩體存在溶洞或斷層等現(xiàn)象，應(yīng)保證灌漿段長(zhǎng)<3 m。因此，需結(jié)合水庫(kù)實(shí)際情況，提前確定段長(zhǎng)。

(4)灌漿漿液。本工程選用水泥漿作為帷幕灌漿的漿液，并設(shè)置六種不同漿液水灰比，分別為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.7∶1以及0.5∶1，選擇始灌水灰比為5∶1，之后再根據(jù)灌漿進(jìn)程逐漸增高漿液濃度。

(5)漿液變換原則。在灌漿壓力維持不變，注入率逐漸減少時(shí)，亦或是注入率維持不變，灌漿壓力逐漸增高時(shí)，漿液重量比無(wú)須變換；當(dāng)同一重量比的漿液灌注時(shí)間>0.5 h或灌漿量>0.3 m3時(shí)，應(yīng)更換高一濃度的漿液；若注入率超過(guò)1.8 m3/h，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況，適量提高漿液濃度。除此之外，若在灌漿時(shí)，灌漿壓力或注入率驟然改變，應(yīng)盡快查找變化原因，以便及時(shí)采取相應(yīng)手段，保證工程正常安全運(yùn)行。

(6) 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)在灌漿最大設(shè)計(jì)壓力且注入率<0.06 m3/h的條件下，應(yīng)繼續(xù)灌注0.5 h，再結(jié)束灌漿操作。注意在地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、水流速度大或注入量和灌漿壓力較大的情況下，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)灌注時(shí)間[6]。

(7) 封孔。當(dāng)工程中全部帷幕灌漿孔灌漿完成后進(jìn)行施工驗(yàn)收，在評(píng)定合格后，應(yīng)將鉆孔內(nèi)的積水和稀漿用質(zhì)量比為0.5的新鮮漿液置換，然后利用全孔封孔法封孔。封孔時(shí)采用最大灌漿壓力，時(shí)間應(yīng)控制在1 h。

(8) 特殊情況處理。在灌漿過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)漏漿、冒漿等現(xiàn)象，應(yīng)根椐實(shí)際情況及時(shí)封堵、嵌縫，同時(shí)采取低壓高濃度灌漿或者間歇性限量灌漿。如果出現(xiàn)串漿情形，應(yīng)采取灌漿孔和串漿孔同時(shí)灌漿的方法，但需確保一泵灌一孔，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況使用栓塞塞住串漿孔，等到灌漿工作完成后，再對(duì)串漿孔進(jìn)行鉆孔和灌漿。

在帷幕灌漿施工中應(yīng)確保灌漿過(guò)程的連續(xù)性，如果由于特殊情況停止工作，應(yīng)遵循以下原則處理：①盡快恢復(fù)灌漿工作，若恢復(fù)困難，應(yīng)及時(shí)沖洗清理鉆孔，而后再恢復(fù)灌漿。當(dāng)條件不允許沖洗或未達(dá)到?jīng)_洗效果時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行掃孔，再考慮是否恢復(fù)灌漿。②恢復(fù)灌漿工作時(shí)，應(yīng)選擇始灌質(zhì)量比的漿液重新灌注。當(dāng)注入率與灌漿停止前的結(jié)果相似，可以繼續(xù)使用停止灌漿前的質(zhì)量比級(jí)繼續(xù)灌注。若是注入率明顯低于灌漿中斷前，則需要增加漿液濃度繼續(xù)灌注。

在灌漿時(shí)若發(fā)現(xiàn)灌漿段的漿液注入量過(guò)大，應(yīng)依據(jù)以下措施進(jìn)行處理：①灌注穩(wěn)定漿液或使用其他漿液配成混合溶液。②向漿液中加入一定量的速凝劑[7]。③采取低壓高濃度、間歇性限量灌漿的方式。若發(fā)現(xiàn)回漿逐漸變濃，應(yīng)灌注與其質(zhì)量比相同的漿液，若效果仍未有顯著改善，則繼續(xù)灌漿0.5 h后結(jié)束灌漿。

當(dāng)灌漿對(duì)象為溶洞、溶縫時(shí)，應(yīng)提前掌握溶洞的充填類型及其規(guī)模，并按照“先封閉，后密實(shí)”的方法進(jìn)行灌注。當(dāng)在溶洞或溶縫內(nèi)未發(fā)現(xiàn)充填物時(shí)，需先了解溶洞的大小或溶縫的寬窄，利用碎石填充后使用高流態(tài)混凝土灌注，在其冷凝后，再次掃孔灌漿；如果溶洞或溶縫內(nèi)發(fā)現(xiàn)充填物，應(yīng)掌握充填物的類型、性能及所占面積，再結(jié)合實(shí)際情況采用高壓灌漿、噴射灌漿等方法處理。

4 結(jié) 語(yǔ)

阿不都拉水庫(kù)基礎(chǔ)帷幕灌漿工程順利完成，并通過(guò)施工質(zhì)量檢查，證明了該灌漿技術(shù)已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)的加固效果，且具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，適宜應(yīng)用于水利工程建設(shè)中，但帷幕灌漿技術(shù)和工藝還需要隨著科技的發(fā)展不斷完善，以期達(dá)到工程施工的最優(yōu)效果，為灌區(qū)建設(shè)提供基礎(chǔ)保障。