民樂縣山城河水庫帷幕灌漿試驗(yàn)成果分析

谷小虎

摘要 帷幕灌漿施工前，需進(jìn)行生產(chǎn)性帷幕灌漿試驗(yàn)，驗(yàn)證帷幕灌漿設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)的可行性和合理性。山城河水庫帷幕灌漿試驗(yàn)采用孔口封閉循環(huán)式灌漿工藝流程，對試驗(yàn)中取得的灌漿資料和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，對部分灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了修正，保障防滲效果并兼具經(jīng)濟(jì)性，為同類工程積累了真實(shí)可靠經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 帷幕灌漿;試驗(yàn)孔;透水率;分析

中圖分類號：TV542 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號：2095–3305（2022）03–0176–03

1 工程概況

1.1 基本概況

山城河水庫為民樂縣抗旱應(yīng)急備用水源工程，也是市、縣所列重點(diǎn)項(xiàng)目。水庫位于民樂縣洪水鎮(zhèn)山城子村西南約1 km的紅石峽峽口處，多年平均徑流量602萬m3，多年平均流量為0.191 m3/s。水庫樞紐由大壩、溢洪道及輸水洞等主要建筑物組成，水庫設(shè)計(jì)總庫容272萬m3，興利庫容248萬m3，死庫容10萬m3，屬Ⅳ等小（1）型工程。帷幕防滲長度419.12 m，沿灌漿軸線單排孔布置，孔距2 m，共布置360孔，平均孔深40.83 m，總孔深1.47萬m。設(shè)計(jì)解決洪水鎮(zhèn)益民、友愛、下柴、上柴、老號、紅石灣、山城以及順化鎮(zhèn)上天樂等8個(gè)行政村（包括3個(gè)貧困村）1.45萬人的飲水安全問題和約853 hm2農(nóng)田灌溉任務(wù)。

1.2 地質(zhì)概況

主壩和左右副壩基巖，巖性上部為上巖組（Nb）橘黃色中細(xì)粒砂巖，下部為下巖組（Na）紫紅色含礫粗砂巖。上巖組（Nb）的橘黃色厚層中細(xì)粒砂巖的巖體節(jié)理裂隙發(fā)育良好，節(jié)理裂隙密集帶巖體較破碎，巖芯呈短柱狀或碎塊狀，壓水試驗(yàn)測得該類巖體透水率最大值192.0 Lu，最小值7.0 Lu，平均值（18段）為94.4 Lu，屬中等偏強(qiáng)透水巖體。下巖組（Na）的紫紅色含礫粗砂巖巖性較堅(jiān)硬，構(gòu)造裂隙和節(jié)理不甚發(fā)育，巖體相對較為完整，壓水試驗(yàn)測得的巖體透水率最大值為4.6 Lu，最小值為1.0 Lu，平均值（7段）為3.2 Lu，屬弱透水巖體，局部屬微透水巖體。

2 帷幕灌漿試驗(yàn)?zāi)康暮鸵罁?jù)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）驗(yàn)證帷幕灌漿孔布置形式、孔距、深度、灌漿壓力、水泥漿液水灰比等設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)的可行性和合理性。

（2）獲取試驗(yàn)孔單位注入水泥用量、壓水試驗(yàn)成果，優(yōu)化灌漿工藝及相關(guān)技術(shù)參數(shù)，提出合理建議。

（3）提出注灰量較大孔段的處理措施和其他特殊情況的處理措施。

2.2 試驗(yàn)依據(jù)

《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（SL 62—2014）、《水電水利工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 5331—2005）、《民樂縣山城河水庫工程建設(shè)項(xiàng)目施工圖冊》（SCH-大壩-01）以及《民樂縣山城河水庫工程第四標(biāo)段施工合同文件技術(shù)文件》。

3 帷幕灌漿試驗(yàn)孔位的布置

根據(jù)帷幕灌漿設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)和監(jiān)理單位指示，帷幕灌漿試驗(yàn)段布設(shè)于右副壩延伸段和主壩段2單元內(nèi)，上下游雙排共計(jì)22孔[1]。39#～43#′孔間距1.5 m，44#～47#孔間距2.0 m，排距1.0 m，梅花形布置。下游排施工完成后布置2個(gè)檢查孔，檢驗(yàn)單排是否形成帷幕和灌漿效果。若檢查孔壓水試驗(yàn)所有段次合格，則不再進(jìn)行上游排施工，否則進(jìn)行上游排施工后再布置2個(gè)檢查孔，進(jìn)行灌漿效果質(zhì)量檢查。試驗(yàn)孔灌漿結(jié)果見表1。

4 帷幕灌漿試驗(yàn)施工工藝和方法

4.1 施工工器具

本次帷幕灌漿試驗(yàn)擬投入施工工器具12臺(tái)套，分別為：XY-2型回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)5臺(tái)、ZJ-400型高速制漿機(jī)1臺(tái)、ZJ-400型攪拌機(jī)3臺(tái)、BW-250型灌漿泵2臺(tái)、FEC-GJ3000+型灌漿自動(dòng)記錄儀1臺(tái)。

4.2 施工工藝流程

鉆孔→裂隙沖洗→壓水試驗(yàn)→灌漿→封孔。

4.3 鉆孔

本次帷幕灌漿試驗(yàn)采用自下而上灌漿法，故采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)鉆進(jìn)，灌漿孔位與設(shè)計(jì)孔位的偏差值控制在10 cm以內(nèi)[2]。實(shí)際孔深應(yīng)≥設(shè)計(jì)孔深，實(shí)際孔位、孔深應(yīng)詳實(shí)記錄。在鉆進(jìn)過程中，所有鉆孔都需進(jìn)行孔斜測量，孔底的偏差值應(yīng)滿足《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（SL 62—2014）“表5.2.4”的規(guī)定。鉆孔若遇塌孔，先灌漿后鉆進(jìn)，先導(dǎo)孔、檢查孔等所有鉆孔必須鉆取芯樣，巖芯按取樣順序統(tǒng)一編號貼牌裝箱，拍攝彩色照片保存，并進(jìn)行巖芯描述和鉆孔柱狀圖繪制。鉆孔結(jié)束后，及時(shí)上報(bào)監(jiān)理部進(jìn)行孔位、孔深、孔徑、孔斜等項(xiàng)目的檢查、驗(yàn)收工作，合格后進(jìn)行下一道工序。

4.4 裂隙沖洗及壓水試驗(yàn)

各灌漿段在灌漿前需用壓力水進(jìn)行裂隙沖洗，沖洗水壓力為0.8倍的灌漿壓力且≤1.0 MPa，沖洗時(shí)間至回水澄清時(shí)止≤20 min，對回水澄清不合格孔段，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行裂隙沖洗，孔內(nèi)殘存沉積物厚度應(yīng)≤20 cm。

裂隙沖洗完成后，自上而下分段進(jìn)行壓水試驗(yàn)，分析透水率。壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法，壓水壓力為0.8倍的灌漿壓力且≤1.0 MPa，壓水時(shí)間20 min，每5 min測讀1次壓水流量，最后流量值為計(jì)算流量，以透水率q（單位Lu）表示[3]。經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格后再進(jìn)行下一道工序。

4.5 帷幕灌漿

（1）灌漿段長、灌漿壓力與灌漿方法。本次帷幕灌漿采用孔口封閉法，第1灌漿段段長3 m，其余均為5 m，末段段長不超8 m。第一排Ⅰ、Ⅱ序孔初始設(shè)計(jì)灌漿壓力為0.3 MPa，第一排Ⅲ序孔初始設(shè)計(jì)灌漿壓力為0.4 MPa，第二排初始設(shè)計(jì)灌漿壓力均為0.4 MPa，根據(jù)灌漿深度的增加而逐步加大灌漿壓力。灌漿水灰比為：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.7∶1、0.5∶1共6個(gè)比級[4]。灌漿壓力參數(shù)詳見表2。

帷幕灌漿應(yīng)按分序加密的原則進(jìn)行，本次帷幕灌漿試驗(yàn)布置雙排孔，故先灌注下游排孔，后灌注上游排孔。灌漿方法采用孔口封閉自上而下、分段循環(huán)式灌漿方法，接觸段長度不超過3.0 m，灌漿管距孔底不大于0.5 m。

（2）灌漿深度。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，帷幕灌漿深度深入相對不透水層（基巖透水率≤5 Lu）至地質(zhì)建議灌漿高程，灌后基巖的透水率≤5 Lu。

（3）灌漿材料。以水泥灌漿為主，為確保灌漿質(zhì)量，要求使用P·O42.5級普通硅酸鹽水泥，細(xì)度要求通過80 μm方孔篩的篩余量≤5%。

（4）制漿。采用分散制漿的方法，制漿材料必須稱量，稱量誤差應(yīng)<5%，水泥等固相材料宜采用重量稱量法。各類漿液必須攪拌均勻并測定漿液密度，純水泥漿液的攪拌時(shí)間，使用普通攪拌機(jī)時(shí)，應(yīng)≥3 min;使用高速攪拌機(jī)時(shí)，宜≥30 s;漿液在使用前應(yīng)過篩，自制備至用完的時(shí)間宜<4 h。

寒冷季節(jié)施工應(yīng)做好機(jī)房和灌漿管路的防寒保暖工作，炎熱季節(jié)施工應(yīng)采取防熱和防曬措施，漿液溫度應(yīng)保持在5℃～40℃之間，若用熱水制漿，水溫應(yīng)≤40℃。

（5）灌漿漿液變換。灌漿水灰比取6個(gè)比級，故漿液變換應(yīng)符合以下原則：當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或注入率不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不應(yīng)改變水灰比;當(dāng)某級漿液注入量≥300 L，或灌漿時(shí)間≥30 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時(shí)，應(yīng)提高1級水灰比;當(dāng)注入率>30 L/min時(shí)，可根據(jù)具體情況越級變濃;在灌注過程中，若發(fā)現(xiàn)灌漿壓力或注入率突變時(shí)，應(yīng)立即查明原因，上報(bào)監(jiān)理部并及時(shí)采取有效措施進(jìn)行處理。

（6）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和封孔方法。各灌漿段灌漿壓力達(dá)到最大設(shè)計(jì)壓力，注入率≤1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min，可結(jié)束灌漿;若長時(shí)間達(dá)不到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)立即上報(bào)監(jiān)理部，由總監(jiān)組織各參建單位并召開分析研討會(huì)，共同協(xié)商和研究相應(yīng)的處理方案;灌漿結(jié)束后，采用“全孔灌漿封孔法”封孔。

（7）特殊情況處理。在灌漿過程中若發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時(shí)，現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)具體情況采取表面封堵、低壓、濃漿、限流、間歇、待凝、復(fù)灌等措施進(jìn)行處理。

灌漿必須連續(xù)進(jìn)行，若因停電或其他原因?qū)е率┕ぶ袛鄷r(shí)，應(yīng)立即采取以下措施：盡快恢復(fù)灌漿，若無上述條件，應(yīng)立即沖洗鉆孔，再恢復(fù)灌漿;灌漿恢復(fù)時(shí)，水泥漿液濃度為開灌濃度，如注入率與中斷前相近，可采用中斷前濃度，如注入率較中斷前減少較多，應(yīng)逐級加濃漿繼續(xù)灌注。

（8）灌漿質(zhì)量檢查。灌漿質(zhì)量評價(jià)以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主要依據(jù)，結(jié)合施工成果資料和其他檢驗(yàn)測試資料進(jìn)行綜合分析確定，其評定標(biāo)準(zhǔn)為：檢查孔透水率≤5 Lu（設(shè)計(jì)值）;各試段透水合格率≥90%，不合格試段的透水率≤設(shè)計(jì)規(guī)定的150% ，且不合格試段的分布不集中;其他施工或測試資料基本合理，灌漿質(zhì)量可評為合格。

（9）施工記錄和試驗(yàn)資料。在灌漿試驗(yàn)結(jié)束后，必須及時(shí)整理相關(guān)資料，并將試驗(yàn)成果呈報(bào)監(jiān)理部，具體需整理的資料如下。

灌漿成果資料：灌漿孔成果一覽表、灌漿分序統(tǒng)計(jì)表、灌漿綜合統(tǒng)計(jì)表、灌漿工程完成情況表、灌漿孔平面布置圖和灌漿綜合剖面圖、各次序孔透水率頻率曲線圖、灌漿孔測斜成果匯總表和孔斜平面投影圖。

灌漿質(zhì)量檢驗(yàn)資料：檢查孔壓水試驗(yàn)成果表、檢查孔鉆孔柱狀圖、灌漿材料檢驗(yàn)報(bào)告、照片、錄像和巖芯實(shí)物、施工前后或施工過程中的其他檢驗(yàn)、試驗(yàn)資料。

5 灌漿試驗(yàn)成果分析

5.1 試驗(yàn)孔壓水試驗(yàn)成果分析

將透水率值的分布按照微弱區(qū)<1 Lu、較弱區(qū)1～5 Lu、弱區(qū)5～10 Lu、較強(qiáng)區(qū)10～50 Lu、強(qiáng)區(qū)50～100 Lu、極強(qiáng)區(qū)≥100 Lu等6個(gè)區(qū)段劃分[5]，結(jié)果見表3。

巖體的透水性在各個(gè)區(qū)間都有分布，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序試驗(yàn)孔平均透水率分別為215.48、253.64、64.46 Lu，呈遞減趨勢，說明基巖破碎，縱向、橫向節(jié)理裂隙較多，有相互串聯(lián)并發(fā)育，巖層的透水性是比較強(qiáng)的。

5.2 試驗(yàn)孔單位注灰量分析

將各孔段的單位注灰量的分布按照<50、50～100、100～500、500～1 000、≥1 000 kg/m等5個(gè)區(qū)段劃分，其結(jié)果見表4。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序試驗(yàn)孔單位注灰量分別為487.79、150.67、107.25 kg/m，說明這些孔段部位巖體完整性均一般，可灌性較好。

5.3 檢查孔與Ⅰ序孔壓水情況分析

檢查孔與Ⅰ序孔壓水試驗(yàn)成果進(jìn)行比較分析，結(jié)果見表5。

從上分析結(jié)果并結(jié)合檢查孔巖芯情況可知，上、下游排灌漿試驗(yàn)效果顯著。

下游排Ⅰ序孔36段壓水試驗(yàn)中>5 Lu的孔段占比97%，≥20 Lu的孔段占比50%，經(jīng)灌漿后檢查孔壓水試驗(yàn)，其中，>5Lu的孔段占比下降至58%，≥20 Lu的孔段占比下降至17%。

上游排Ⅰ序孔的31段壓水試驗(yàn)中>5 Lu的孔段占比87%，經(jīng)灌漿后檢查孔壓水試驗(yàn)，透水率均<5 Lu，滿足設(shè)計(jì)要求。

孔距為2.0 m的檢查孔6段壓水試驗(yàn)透水率均<5 Lu，但均>3 Lu，孔距為1.5 m的檢查孔6段壓水試驗(yàn)透水率均<5 Lu，且5段透水率<3 Lu。

從試驗(yàn)的結(jié)果來看，灌漿效果明顯，灌漿孔需設(shè)置成雙排孔，孔距1.5 m灌漿效果更好，孔距2.0 m經(jīng)濟(jì)性更好，2個(gè)方案均能滿足設(shè)計(jì)要求。

個(gè)別孔段單位注灰量異常，其原因可能如下：（1）個(gè)別巖體裂隙發(fā)育，且不貫穿;（2）巖體裂隙通往較遠(yuǎn)處，造成漿液浪費(fèi);（3）基巖逐段向下壓力增加，灌漿把第一段壓開，形成多次劈裂;（4）漿液持續(xù)大量流失，未及時(shí)采取有效措施而造成浪費(fèi)。

根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（SL 62—2014）“5.7.1規(guī)定”，現(xiàn)場技術(shù)人員采取了表面封堵、低壓、濃漿、限流、間歇、待凝、復(fù)灌等措施進(jìn)行處理，效果明顯。

6 結(jié)論和建議

6.1 結(jié)論

（1）通過試驗(yàn)結(jié)果分析，孔口封閉循環(huán)式灌漿方法是可行的。

（2）優(yōu)化灌漿參數(shù)，設(shè)計(jì)方案灌漿孔單排布置，但試驗(yàn)結(jié)果表明：雙排布置才能滿足設(shè)計(jì)要求，孔距1.5 m的灌漿效果更好，孔距2.0 m的經(jīng)濟(jì)性更好。

6.2 建議

（1）首先，對混凝土蓋板底部、基巖表層薄弱地段，不分孔序先行處理，用0.5∶1濃漿堵漏通道，鑲管代凝24 h。

（2）建議灌漿孔雙排布置，孔距2.0 m。

（3）灌漿段個(gè)別孔段單位注灰量大難以結(jié)束時(shí)，可采取低壓、濃漿、限流間歇灌漿;灌注速凝、混合或膏狀漿液。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of Curtain Grouting Test Results of Shanchenghe Reservoir in Minle County

GU Xiaohu （Minle County Water Affairs Bureau， Minle， Gansu 734500）

Abstract Before curtain grouting construction， a productive grouting test should be carried out to optimize the grouting design parameters and grouting construction technology to verify the rationality of the grouting design plan and parameters. The curtain grouting test of Shanchenghe Reservoir adopts orifice closed circulation grouting process， analyzed the grouting data and statistical data obtained in the test， and corrected some grouting design parameters to ensure the anti-seepage effect and was economical. It was a similar project accumulated real and reliable experience.

Key words Curtain grouting; Test hole; Water permeability; Analysis