碾壓混凝土大壩帷幕灌漿試驗(yàn)分析

葉治

（江西省贛撫平原水利工程管理局，江西 南昌 330000）

1 項(xiàng)目概況

某水庫總庫容約為984.20 萬m3，壩址所控制的流域面積約為112 km2，大壩是碾壓混凝土重力壩，最高約有47.60 m，壩頂長(zhǎng)度約為233.50 m，溢流壩段的總寬為100 m，凈寬為90 m。此大壩工程主要所處在帶夾板的巖條帶、變質(zhì)的凝灰?guī)r區(qū)域，其地質(zhì)條件較為復(fù)雜，且基礎(chǔ)的滲流量比較大，通過加固防滲的處理保證大壩能夠安全運(yùn)行。大壩帷幕灌漿試驗(yàn)，獲得可靠灌漿參數(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮筒伎追桨?/h2>

灌漿試驗(yàn)主要目的是了解大壩的基礎(chǔ)防滲問題解決的可行性，對(duì)適宜灌漿參數(shù)實(shí)施確定，為帷幕灌漿的施工工序和工藝合理選擇提供依據(jù)。灌漿試驗(yàn)完成指標(biāo)主要包括灌前灌后單位內(nèi)的透水率以及單位內(nèi)耗漿量變化值測(cè)定。

在試驗(yàn)區(qū)的布孔方案中，因?yàn)樵谧蟀陡叱?38 m灌漿平洞的最后襯砌段實(shí)施帷幕灌漿的試驗(yàn)施工之后，大部分的灌漿孔段出現(xiàn)注灰量以及透水率的偏小情況，則第二個(gè)的襯砌段實(shí)施帷幕灌漿的試驗(yàn)施工中，根據(jù)第二個(gè)的試驗(yàn)區(qū)共11 m長(zhǎng)，對(duì)其進(jìn)行2 排的灌漿孔布置。其中，上游排是主帷幕孔類型，一共布置有5 個(gè)孔，孔的深度要求入巖有25.11～18.70 m，從外向內(nèi)呈現(xiàn)依次遞減的狀態(tài)，且傾向下游，傾角為3°。而下游排是副帷幕孔類型，一共布置有6個(gè)孔，且2G93孔入巖有9.95 m，其他的5個(gè)孔均入巖有8.34 m，它們傾向下游且傾角為5°。上下游的排距為0.50 m，相鄰的孔具有2 m間距，每排分作Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ序，且都有一抬動(dòng)的觀測(cè)孔布設(shè)，具體布置方案如圖1。

圖1 布孔方案圖

3 灌漿試驗(yàn)過程

3.1 灌漿施工的工序流程

施工程序?yàn)闇y(cè)量放點(diǎn)、對(duì)抬動(dòng)的觀測(cè)孔進(jìn)行鉆孔、安裝觀測(cè)裝置、下游排副帷幕的Ⅰ序、Ⅱ序和Ⅲ序、上游排主帷幕的Ⅰ序、II序和Ⅲ序、待凝14 d后對(duì)檢查孔開展施工。

單孔施工程序?yàn)閷?duì)第一段先鉆孔到入巖2 m、洗孔、灌漿、安裝孔口管且待凝72 h、第二段施工……終孔段的測(cè)斜后實(shí)施灌漿和封孔處理。

3.2 選擇鉆灌機(jī)械

在工作面進(jìn)行兩臺(tái)地質(zhì)鉆機(jī)的布置，制漿站進(jìn)行一臺(tái)高壓式泥漿泵、一臺(tái)灰漿的攪拌機(jī)布置，將制漿站在左岸壩之后的高程438 m 平臺(tái)上布置。另外，還設(shè)置有輔助設(shè)備，主要包括一臺(tái)灌漿自動(dòng)的記錄儀、一臺(tái)測(cè)斜儀器。

3.3 灌漿孔的鉆孔

使用金剛鉆頭實(shí)施鉆進(jìn)操作，開孔為Φ76 mm 的孔徑，其終孔為Φ56 mm的孔徑。在鉆孔中，按下表1的要求進(jìn)行。

表1 孔底允許的最大偏差值表

在鉆孔中要對(duì)個(gè)別的孔段實(shí)施測(cè)斜驗(yàn)證處理，完成終孔段的鉆孔后，從下到上每隔10 m進(jìn)行一次測(cè)斜操作，為了保證數(shù)值的準(zhǔn)確，對(duì)每點(diǎn)采取3 次讀數(shù)且詳細(xì)做好記錄。此次20～30 m段的測(cè)斜結(jié)果中，最大的偏距為0.35 m，對(duì)20 m內(nèi)的孔深測(cè)斜中，結(jié)果最大的偏距為0.20 m，它們都完全處于偏斜率的要求范圍。

3.4 灌漿孔的洗孔處理

通過壓力脈動(dòng)的沖洗法實(shí)施洗孔處理，洗孔的壓力和該段的灌漿壓力一樣。脈動(dòng)沖洗主要是使回水的壓力達(dá)到其所設(shè)計(jì)洗孔的壓力后，立即采取卸壓操作，讓孔內(nèi)水的壓力超過孔外水的壓力，從而促進(jìn)孔內(nèi)巖粉和雜物向孔外帶出，通過此類反復(fù)的作用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)裂隙和孔壁的沖洗效果。沖洗時(shí)間設(shè)定在回水變清之后再進(jìn)行5-10 min的延續(xù)，總沖洗時(shí)間要求超過30 min，完成洗孔的孔內(nèi)具有的殘留要盡可能少。

3.5 壓水試驗(yàn)

Ⅰ序孔的壓水試驗(yàn)選擇單點(diǎn)法的循環(huán)式壓水，對(duì)第一段選擇0.80 MPa的壓力，其他各段都是1 MPa的壓力。對(duì)檢查孔采取純壓式、五點(diǎn)法的壓水試驗(yàn)方式，且壓力分別是0.40、0.70、1、0.70、0.40 MPa。壓水試驗(yàn)成果分析見表3和表4。

表3 Ⅰ序的孔段內(nèi)透水率的統(tǒng)計(jì)情況表

表4 檢查孔透水率的統(tǒng)計(jì)情況表

3.6 漿液制備和灌漿

按照設(shè)計(jì)的規(guī)定，對(duì)水泥選擇P042.5硅酸鹽的水泥類型，此水泥細(xì)度以80 um 的方孔篩實(shí)施篩選，篩余量在5%內(nèi)。水使用的是潔凈水。在漿液制備中，對(duì)水泥和水一定要稱量，且稱量的誤差控制在5%內(nèi)；對(duì)漿液通過高速的攪拌機(jī)進(jìn)行均勻攪拌，攪拌的時(shí)間超過30 s，要求漿液制備完到使用完的時(shí)間在4 h內(nèi)；若在寒冷的季節(jié)施工，要對(duì)機(jī)械設(shè)備以及灌漿用的管路做好防寒保暖的處理，讓漿液溫度在5 ℃～400 ℃間保持。

對(duì)灌漿以孔口的封閉法進(jìn)行施工，其灌漿的壓力和段長(zhǎng)如表2所示。

表2 漿液灌漿的壓力表

從第四段后，灌漿的壓力和段長(zhǎng)保持不變，第五段的段在6 m內(nèi)。對(duì)灌漿的壓力一定要嚴(yán)格進(jìn)行控制，不能超出設(shè)計(jì)的壓力要求。在灌漿期間，未發(fā)現(xiàn)有漏漿、抬動(dòng)、冒漿、壓力的突然變化、串漿等情況。

3.7 灌漿水灰比的選用

對(duì)漿液配比選擇5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.50∶1 的五個(gè)比級(jí)類型。若灌漿壓力呈現(xiàn)不變狀態(tài)且注入率出現(xiàn)持續(xù)的減小或者若注入率呈現(xiàn)不變但灌漿壓力出現(xiàn)持續(xù)的升高情況，對(duì)水灰比不改變，在某一比級(jí)的漿液灌注超過300 L或者灌注的時(shí)間在60 min且灌漿壓力與注入率沒有顯著變化時(shí)，加濃一級(jí)漿液。

3.8 結(jié)束灌漿的封孔時(shí)間

基于規(guī)定壓力，要求灌注時(shí)間超過2 h ，且當(dāng)注入率在0.40 L/min 內(nèi)，延續(xù)時(shí)間要超過1 h；當(dāng)注入率比1 L/min 小，延續(xù)的時(shí)間要不低于91.50 h 兩條件內(nèi)的一個(gè)，才能夠?qū)酀{結(jié)束。對(duì)全孔完成灌漿后，以置換、壓力灌漿的封孔法實(shí)施封孔處理，要按照灌完一孔、封堵一孔的方式進(jìn)行，對(duì)漿液選擇0.50∶1的比級(jí)，時(shí)間要超過0.50 h。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

4.1 分析灌前Ⅰ序的孔段內(nèi)透水率和檢查孔的透水率

此試驗(yàn)區(qū)內(nèi)灌前Ⅰ序的孔壓力進(jìn)行9段次實(shí)驗(yàn)，最大透水率為0.86 Lu、最小透水率0.01；對(duì)檢查孔開展10 段次壓力試驗(yàn)，都是0.01 Lu的透水率。

對(duì)表3和表4結(jié)合分析，在灌后透水率遠(yuǎn)比灌前的Ⅰ序孔要小，檢查孔的10 段次壓水試驗(yàn)都比設(shè)計(jì)防滲的要求標(biāo)準(zhǔn)小。因此，此防滲性能得到有效提升，則證明了以試驗(yàn)區(qū)布孔的形式和灌漿工藝能夠?qū)︶∧还酀{防滲能力實(shí)現(xiàn)提升。

4.2 分析水泥耗量

對(duì)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ序以及檢查孔分析，對(duì)水泥消耗分是1.84 kg/m、0.72 kg/m、0.84 kg/m、0.13 kg/m的平均量。通過統(tǒng)計(jì)資料得知，灌后的檢查孔其單位的注入量都比灌前各次的序孔單位內(nèi)注入量要小，這也說明灌漿發(fā)揮防滲的效果。在各次序孔的單位內(nèi)注入量呈現(xiàn)出Ⅱ＞Ⅰ或者Ⅲ＜Ⅱ的異常情況，這可能是此部位的大部孔段存在偏小的注入量，且Ⅱ序中1G94 孔、Ⅲ序中1G92 孔、Ⅲ序中1G94 孔的單耗偏大情況，導(dǎo)致此序單耗的平均值出現(xiàn)偏大，進(jìn)而導(dǎo)致上述反常的現(xiàn)象出現(xiàn)。

5 結(jié)語

綜上所述，帷幕灌漿的試驗(yàn)得知，在灌后透水率的Lu 值得到項(xiàng)目降低，且水泥單位內(nèi)的注入量在孔序增加后出現(xiàn)顯著減少，在水平裂隙的發(fā)育地層實(shí)施灌漿后，對(duì)透水率實(shí)現(xiàn)了降低，促進(jìn)巖體防滲性能的增強(qiáng)，其防滲效果也符合要求，這也說明所設(shè)計(jì)施工工藝較為合理，對(duì)工程的帷幕灌漿施工能夠提供支持。