安寧市江浸廠水庫除險加固工程壩基帷幕灌漿淺析

劉朝波

（昆明市河湖管理中心，云南 昆明 650000）

1 工程概況

江浸廠水庫位于安寧市連然辦事處極樂村旁，水庫所在河流為金沙江一級支流，地理位置東經(jīng)102°30′16″，北緯24°56′58″，庫容77.69 萬m3，壩基及結(jié)合部采用帷幕灌漿防滲。

2 帷幕灌漿設(shè)計

帷幕灌漿工程布設(shè)帷幕灌漿孔184 個，鉆孔間距2.0m，分三序施工，帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿與異常段復(fù)灌相結(jié)合的方法。

3 帷幕灌漿施工

3.1 鉆孔

帷幕灌漿鉆孔采用全站儀根據(jù)設(shè)計圖紙進行統(tǒng)一的測量放線，測出里程和高程并注明孔號和序次。

鉆孔采用XY-1 型、XY-1B 型鉆機，將鉆機就位，安裝平穩(wěn)無擺動，用水平尺校正立軸無偏斜后，對準(zhǔn)孔位中心開孔。開始時采用低壓力、慢轉(zhuǎn)速，鉆進到一定深度時，即適時的變徑，并加大巖芯管長度大于3.0m，變徑時帶導(dǎo)向設(shè)施，保證了孔位偏差及孔斜率達到規(guī)范要求。

鉆孔開孔孔徑為φ110mm，終孔孔徑為φ91mm 或75，壩體土層采用硬質(zhì)合金鉆頭無泵取芯鉆進，基巖層采用金剛石鉆頭清水鉆進，以確保巖芯采取率和孔壁完整。鉆孔終孔后進行孔斜測量，偏差率均小于規(guī)范要求，合格率為100%。

3.2 鉆孔沖洗及壓（注）水試驗

3.2.1 鉆孔沖洗

洗孔采用大泵量脈動水流沖洗，鉆孔沖洗的壓力按灌漿壓力的80%控制。灌段達到深度，用鉆孔機具取出孔內(nèi)巖渣，確認打撈干凈后，下入射漿管至孔底，用大泵量脈動水流，由孔內(nèi)向孔外沖洗，同時上下提動射漿管作活塞運動，如此反復(fù)沖洗至回水變清（肉眼看不見巖粉顆粒）后延時10～20min 結(jié)束，總時間不少于30min。

3.2.2 鉆孔注水試驗

對涵洞兩邊壩體土層及鉆孔結(jié)合部段采用注水試驗。鉆孔至設(shè)計孔深后，用鉆孔機具取出孔內(nèi)巖渣，隨后開始地下水位觀測，得到地下水位數(shù)據(jù)后即進行注水試驗，用量杯或通過水表向孔內(nèi)注水，注水水頭高度一般與孔口齊平，個別漏水孔段在相當(dāng)大的流量下仍不能將孔注滿，則在注水的同時，下入水位計測出注水水頭高度，作為計算依據(jù)；注水用1000mL 量杯作為流量計。

注水試驗時，保持注水水位不變，每2～5min 讀取一次注入流量，當(dāng)連續(xù)四次讀數(shù)的最大值與最小值之差小于最終值的10%，或不大于1L 時，即可結(jié)束。取最終值作為計算值，遇有漏水孔段，注入水流量較大時，則盡量縮短注水的時間，以免造成危害。

根據(jù)工程實際情況，本次注水試驗成果采用式（1）計算：

式中：K——滲透系數(shù)，m/d；Q——穩(wěn)定注入量，m3/d；S——注水水頭高度，m；d——鉆孔直徑，m。

3.2.3 壓水試驗

壓水試驗在基巖灌段沖洗后進行，采用單點法，為灌漿壓力的80%，根據(jù)試段深度的增加，壓力逐漸加大，采用了0.2MPa～0.3MPa。

在壓水試驗之前，先觀測地下水位作為計算全壓力的參數(shù)，5min 觀測一次鉆孔內(nèi)水位，當(dāng)觀測到的地下水位數(shù)據(jù)連續(xù)兩次之差小于5cm/min，即可確定地下水位值，并以最后一次的觀測數(shù)據(jù)作為地下水位值。

“簡易壓水試驗”的壓水時間為20min，每2～5min測讀一次壓水流量，當(dāng)連續(xù)4 次壓入流量的最大值與最小值之差小于最后一次流量值的10%即可結(jié)束，以最后一次流量值作為計算流量，其以q 表示透水率，單位為呂榮（Lu）。

試驗成果采用式（2）計算：

式中：q——透水率，Lu；Q——壓入流量，L/min；P——作用于試段的全壓力，MPa；L——試段長度，m。

3.3 灌漿工作

3.3.1 灌漿方法與程序

本工程帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿和異常段復(fù)灌相結(jié)合的方法。

灌漿施工按三序進行，Ⅰ序孔鉆孔灌漿結(jié)束后，進行Ⅱ序孔的鉆孔和灌漿，最后進行Ⅲ序孔的鉆孔和灌漿施工，逐漸加密。

自上而下分段灌漿的程序為：鉆進（一段）→撈渣→水位觀測→鉆孔沖洗→壓水試驗→灌漿→待凝→復(fù)灌與否→掃孔鉆進（下一段）。如此反復(fù)直至終孔灌漿結(jié)束，然后進行灌漿段封孔，之后取拔套管，進行非灌段封孔至結(jié)束。

3.3.2 灌漿段長

灌漿段長一般控制在5～6m，特殊情況適當(dāng)加長或縮短，但不超過10m。結(jié)合部段為2.0m，且接觸段在巖石中的長度不大于1.5m。

3.3.3 灌漿壓力

灌漿壓力按式（3）確定：

式中：P——允許灌漿壓力；P0——表面地段允許的壓力；M——灌漿段每增加1m 允許增加的壓力；D——灌漿段頂板以上至地面的厚度。

確定P0=0.2MPa，M=0.018MPa。

3.3.4 灌漿材料及設(shè)備

（1）水泥采用云南昆鋼嘉華水泥建材有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥進場時有生產(chǎn)廠家的合格證、出廠日期等，出廠期不超過3 個月。無受潮、無結(jié)塊的水泥。水泥均符合規(guī)范及設(shè)計各項檢測指標(biāo)符合設(shè)計要求。

（2）粘土采用安寧市和平村收費站附近的粘土，其各項指標(biāo)滿足設(shè)計要求。

（3）灌漿設(shè)備為100/15 型砂漿泵，自帶200L 立式雙層攪拌桶。灌漿機最大工作壓力為1.5MPa，水平輸送距離200m，垂直輸送距離50m，可完全滿足施工需要。泥漿攪拌機采用自制臥式0.8m3攪拌機，其能連續(xù)工作，出漿量大，可滿足施工需要。灌漿管路采用硬管連接，在灌漿泵孔口壓力表裝置與硬管之間采用高壓軟管連接，能承受1.5MPa 的壓力。

3.3.5 制漿及漿液濃度變換

純粘土原漿是采用濕法制漿，將粘土在堆料場浸濕，之后用水沖入攪拌機中攪拌成漿，經(jīng)0.5cm 篩網(wǎng)過濾并沉淀后，流入3m3的儲漿池中備用。

純水泥漿液是根據(jù)水灰比，在確定了水泥與水的數(shù)量后，先將水放至攪拌桶中，再投入相應(yīng)的水泥，經(jīng)過攪拌機攪拌均勻后即成待灌漿液。

壩土采用1:3 水泥粘土混合漿，水灰比由稀到濃依次為2:1、1.5:1、1:1、0.8:1 四級；巖土結(jié)合部采用1:1 水泥粘土混合漿，水灰比依次為3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1 五級；基巖層采用純水泥漿灌注，水灰比依次為5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1 七級。

3.3.6 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)與封孔

在灌段達到規(guī)定的壓力下，單位吸漿量不大于1L/min 時延續(xù)灌注60min 結(jié)束，或灌段停止吸漿時延續(xù)灌注30min 結(jié)束。

封孔：在全孔灌漿結(jié)束后，先對灌漿段進行封孔，采用自下而上分段灌漿封孔法，即采用0.5:1 水灰比的純水泥濃漿，按10～15m 的段長將全孔作一次自下而上的復(fù)灌；結(jié)束后，將套管取出，使用1:3 的水泥粘土混合漿進行非灌段的封孔。將射漿管下至段底，由孔底向孔內(nèi)注入濃漿，直至將孔內(nèi)清水及稀漿排出孔口外，濃漿升至孔口不再下落為止。

封孔結(jié)束后，待孔內(nèi)的漿液干硬，對未被填滿部份排除孔內(nèi)積水，再用1:3 水泥粘土混合漿封填至孔口[1]。

3.4 灌漿質(zhì)量分析評價及灌漿效果檢查

3.4.1 灌漿質(zhì)量分析評價

帷幕灌漿施工結(jié)束后，對灌漿質(zhì)量和防滲效果通過以下成果資料來進行分析評價。

（1）各次序孔透水率分析與評述。

由資料統(tǒng)計各次序孔透水情況如表1 所示。

由表1 可見各次序孔透水率平均值Ⅰ序孔大于Ⅱ序孔，Ⅱ序孔大于Ⅲ序孔，符合灌漿規(guī)律。

表1 各次序孔透水率情況

（2）各次序孔單位注入量分析與評述。

統(tǒng)計灌漿原始資料，本工程單位注入量情況如表2所示。

表2 各次序孔單位注入量情況

由表2 可看出，單位注入量Ⅰ序孔大于Ⅱ序孔，Ⅱ序孔大于Ⅲ序孔，符合灌漿規(guī)律，灌漿效果明顯。同時也驗證了壓（注）水試驗得到的透水率值是準(zhǔn)確的，透水率值（Lu）與單位注入量成正比關(guān)系，符合透水率值越大吃漿量越大的實際情況。

帷幕灌漿孔透水率值，Ⅰ序孔主要集中在10～50Lu、50～100Lu 區(qū)間內(nèi)，Ⅱ序孔主要集中在＜10Lu、10～50Lu 兩個區(qū)間段內(nèi)，Ⅲ序孔則更多的集中在＜10Lu、10～50Lu 兩個區(qū)間段內(nèi)；Ⅰ序孔有20.9%即有24 段透水率值在>50Lu 區(qū)間段內(nèi)，Ⅱ序孔>50Lu 區(qū)間的段數(shù)由Ⅰ序孔的24 段降為6 段；Ⅲ序孔>50Lu 區(qū)間的段數(shù)沒有。

單位注入量Ⅰ序孔多集中在50～100kg/m、100～500kg/m 區(qū)間段內(nèi)，Ⅱ序孔多集中在50～100kg/m、100～500kg/m 區(qū)間段內(nèi)，Ⅲ序孔多集中在<50、50～100kg/m、100～500kg/m 區(qū)間段。Ⅱ序孔>500kg/m 的區(qū)間段由Ⅰ序孔的10 段降為0段，Ⅲ序孔為0 段。

幕墻搭接孔透水率值，Ⅰ序孔主要集中10～50Lu、50～100Lu 區(qū)間段內(nèi)，Ⅱ序孔主要集中在＜10Lu、10～50Lu兩個區(qū)間段內(nèi)，Ⅲ序孔主要集中在＜10Lu、10～50Lu 兩個區(qū)間段內(nèi)；Ⅰ序孔有33.3%即有8 段透水率值在>50Lu區(qū)間段內(nèi)，Ⅱ序孔>50Lu 區(qū)間的段數(shù)由Ⅰ序孔的8 段降為0 段；Ⅲ序孔>50Lu 區(qū)間的段數(shù)沒有。

單位注入量Ⅰ序孔多集中在50～100kg/m、100～500kg/m 區(qū)間段內(nèi)，Ⅱ序孔則多集中在50～100kg/m、100～500kg/m 區(qū)間段內(nèi)，Ⅲ序孔多集中在<50、50～100kg/m區(qū)間段。Ⅱ序孔>100kg/m 的區(qū)間段由Ⅰ序孔的15 段降為6 段，Ⅲ序孔為7 段。

涵洞加強孔透水率值Ⅰ序孔主要集中在10～50Lu、50～100Lu 區(qū)間段內(nèi)，Ⅱ序孔則主要集中在＜10Lu、10～50Lu 兩個區(qū)間段內(nèi)；Ⅰ序孔有18.8%即有6 段透水率值在>50Lu 區(qū)間段內(nèi)，Ⅱ序孔>50Lu 區(qū)間的段數(shù)由Ⅰ序孔的6 段降為0 段。

綜上所述，各次序灌漿孔的透水率值及單位注入量其區(qū)間段數(shù)、頻率隨著灌漿次序的逐漸加密，呈現(xiàn)遞減變化，說明灌漿符合客觀規(guī)律，效果明顯。

3.4.2 各次序孔灌前壓（注）水試驗檢查

各次序孔在灌前都做了壓（注）水試驗，Ⅰ序孔的壓（注）水試驗準(zhǔn)確地探明了巖土層在灌漿前的原始透水能力。根據(jù)各次序孔灌漿成果的分析，試驗段內(nèi)巖土層的平均透水率值隨著灌漿次序的增加而顯著減少，即帷幕灌漿孔Ⅰ序孔透水率平均值為33.69Lu，Ⅱ序孔降為22.36Lu，Ⅲ序孔則降為12.22Lu；幕墻搭接孔Ⅰ序孔透水率平均值為33.93Lu，Ⅱ序孔降為23.77Lu，Ⅲ序孔則降為15.36Lu；涵洞加強孔Ⅰ序孔透水率平均值為28.49Lu，Ⅱ序孔降為17.16Lu。符合正常灌漿規(guī)律，說明灌漿效果是好的。

3.4.3 檢查孔壓（注）水試驗檢查

檢查孔采用自上而下分段壓（注）水試驗進行檢查，壓水試驗為單點法。共進行了46 個試驗段的壓（注）水試驗檢查。所有試段的透水率均小于10Lu，達到設(shè)計防滲標(biāo)準(zhǔn)，合格率為100%。說明大壩基礎(chǔ)經(jīng)過帷幕灌漿處理后，已形成了防滲帷幕。

4 結(jié)語

本工程自2010 年3 月12 日完工；2010 年5 月蓄水至今，已安全運行12 年，壩坡及周邊均沒有出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。處理小型土壩壩基及結(jié)合部滲漏問題，帷幕灌漿技術(shù)是一種非常適用、效果明顯的工程技術(shù)措施。