常林河水庫大壩帷幕灌漿質(zhì)量檢查及效果分析

張仕海，李新華

(云南省水利水電工程有限公司，云南 昆明 650000)

1 工程概況

常林河水庫位于云南省南部墨江哈尼族自治縣縣城西北部方向的常林寨，距縣城44 km，距昆明348 km。壩址所處布龍河流域?qū)倮钕山挡箭埡拥囊患壷Я?，常林河水庫建在布龍河流域的核桃箐河與常林河兩河交匯處下游約260 m。水庫正常蓄水位為1 764.6 m，死水位1 727.7 m，總庫容為1 378.1萬m3，灌溉面積3.727 8萬畝(1畝=1/15 hm2)，是一座專供農(nóng)業(yè)灌溉用水的中型水庫，工程等別為Ⅲ等。

常林河水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、導(dǎo)流輸水隧洞、輸水干渠組成。大壩壩型為粘土心墻風(fēng)化石碴壩，壩頂高程為1 769.6 m，最大壩高69.3 m，壩頂長213.9 m，寬6 m。壩址河谷兩岸岸坡較陡，一般為35°～45°。根據(jù)地質(zhì)勘探和地質(zhì)分析，壩址區(qū)存在壩基及繞壩滲漏問題，滲漏量大，必須進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理。通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)，水利水電工程中常存在繞壩滲漏問題，處理不當(dāng)會造成蓄水后再進(jìn)行補(bǔ)灌的后果，由此導(dǎo)致工程造價大大增加。因此，在蓄水前進(jìn)行科學(xué)有效的帷幕灌漿防滲處理是十分必要的[1_7]。

2 灌漿布置

2.1 平面布置

灌漿軸線總長351.024 m，左壩肩向山體延伸80.41 m，右壩肩向山體延伸59.05 m。左岸0+026.084～0+131.684沿壩軸線單排孔布置，孔距1.5 m;河床段0+131.684～0+279.076為雙排孔布置，孔、排距均為2.0 m，上下游帷幕軸線各距壩軸線1.0 m；右岸0+279.076～0+377.708沿壩軸線單排孔布置，孔距1.5 m。由于左岸工程地質(zhì)條件較差，在總結(jié)灌漿情況并進(jìn)行資料分析后，提出專題報告請示對左岸混凝土蓋板及延伸段進(jìn)行加密，對左岸0+026.684～0+130.184段進(jìn)行上游側(cè)補(bǔ)強(qiáng)加密，排距1.0 m，孔距1.5 m，鉆孔編排JM_2～JM69。

2.2 帷幕深度

帷幕深度的確定以巖層透水率q≤5 Lu為相對隔水層，帷幕深入相對隔水層頂板以下5 m，為接地式帷幕。根據(jù)帷幕灌漿分期分序平面布置圖，左岸0+026.684～0+130.184帷幕底界高程1 718.32～1 759.45 m，以實(shí)測孔口高程1 741.5～1 804.35 m計，鉆孔深度20.73～74.88 m；河床段131.684～278.684帷幕底界高程1 694.27～1 727.53 m，以實(shí)測孔口高程1 730.91～1 739.58 m計，鉆孔深度10.09～36.72 m。右岸0+280.208～377.708帷幕底界高程1 628.26～1 739.77 m，以實(shí)測孔口高程1 740.32～1 800 m計，鉆孔深度11.38～63.13 m。

鉆孔終孔深度不得小于設(shè)計孔深，并根據(jù)終孔段壓水及灌漿情況結(jié)合監(jiān)理工程師現(xiàn)場指示確定是否加深，以q≤5 Lu且吃漿量小為原則確定終孔深度。實(shí)際施工過程中，共加深34段，179.67 m，最大加深深度15.72 m。以巖石的透水率q≤5 Lu確定為相對隔水層，帷幕灌漿深度深入相對隔水層5 m。

3 灌漿質(zhì)量檢查及效果分析

3.1 灌漿質(zhì)量檢查

3.1.1 單孔單段驗收

施工過程嚴(yán)格實(shí)行“單孔單段”驗收制度。各施工流程由甲方代表、監(jiān)理全程監(jiān)督并現(xiàn)場簽字認(rèn)可，前一道工序合格后方能進(jìn)入下一道工序施工，每一鉆孔終孔前建設(shè)單位、監(jiān)理單位和施工單位聯(lián)合進(jìn)行測深、測斜并現(xiàn)場簽字。每一灌漿孔結(jié)束后，及時做好灌漿資料的整理工作，并作資料分析。每一單元灌漿結(jié)束后，及時填寫單元工程質(zhì)量驗收單，并按單元工程質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)，分析評價單元工程質(zhì)量，報建設(shè)單位和監(jiān)理部門審核簽字認(rèn)可。

3.1.2 檢查孔布置

灌漿結(jié)束14 d后，按總孔數(shù)的10%布置檢查孔進(jìn)行灌漿效果檢查。通過鉆設(shè)檢查孔，采集巖心，編錄和照相，進(jìn)行壓水試驗；根據(jù)透水率的大小和巖心中漿液結(jié)石的充填情況等指標(biāo)，綜合全面評價灌漿質(zhì)量。

檢查孔的孔位和壓水壓力由建設(shè)單位、監(jiān)理、設(shè)計在分析灌漿成果資料的基礎(chǔ)上，聯(lián)合研究決定：左岸共布置17個檢查孔，孔號ZJ1～ZJ17；河床共布置14個檢查孔，孔號HJ1～HJ14；右岸共布置5個檢查孔，孔號YJ1～YJ5；合計36孔，每個單元至少1個檢查孔。

3.1.3 檢查孔的施工

(1)檢查孔的孔位嚴(yán)格按給定孔位確定。

(2)壩土鉆進(jìn)時干鉆，基巖嚴(yán)格采用硬質(zhì)合金或金剛石鉆頭鉆進(jìn)，不得采用鋼粒鉆進(jìn)。每一試段灌前均進(jìn)行嚴(yán)格沖洗，準(zhǔn)確量取工作管長度；接頭部位采用止水膠帶密封，精心止水，保證止水效果。

(3)檢查孔自上而下分段卡塞進(jìn)行壓水試驗。壓水試驗采用“五點(diǎn)法”：在穩(wěn)定的壓力下，每3計讀1次流量，連續(xù)4次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min時，試驗即可結(jié)束。

(4)地下水位的測定：在鉆至地下水位后，停歇6～12 h，再進(jìn)行實(shí)測；達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)后采用最后觀測值作為整個檢查孔的計算水位。

(5)檢查孔鉆進(jìn)嚴(yán)格控制回次進(jìn)尺，回次進(jìn)尺一般不超過1 m，控制鉆速、水量、壓力，保證巖芯采取率≥70%。

(6)整孔壓水試驗結(jié)束后，基巖部分采用水泥漿分段進(jìn)行壓力灌漿封孔，段長不超過10～20 m；壩土部分采用4∶1∶3、3∶1∶3(水∶水泥∶粘土)水泥粘土混合漿液進(jìn)行自流式封孔。

(7)檢查孔施工實(shí)行聯(lián)檢制：每一試段，管理局、監(jiān)理部、設(shè)計及施工方聯(lián)合對孔深、栓塞位置、地下水位、壓水過程等全過程參與并對成果現(xiàn)場簽字認(rèn)可。聯(lián)檢制真實(shí)、準(zhǔn)確反映檢查孔施工情況，從而可以正確評價灌漿質(zhì)量。

3.1.4 檢查孔巖心觀察

檢查孔全部采集巖芯，進(jìn)行編錄和拍照。取芯觀察，基礎(chǔ)巖層主要為三疊系一碗水組下段青灰色、灰色、灰黑色上石英砂巖、泥巖，受巖性、構(gòu)造裂隙、鉆進(jìn)工藝等因素的影響，檢查孔上部取芯較破碎，多呈散沙狀、碎塊狀，但越往深處，地層逐漸完整，體現(xiàn)出正常變化的規(guī)律。檢查孔取芯中可見大量的團(tuán)塊狀、脈狀水泥結(jié)石充填，與圍巖膠結(jié)緊密，結(jié)合情況良好；這說明灌漿過程中漿液得到了充分?jǐn)U散，也反映出灌漿效果是良好的，防滲帷幕已經(jīng)形成。

3.2 效果分析

通過對各排孔、各序孔原始資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，看是否符合灌漿規(guī)律來分析評價灌漿質(zhì)量。遵循“沒有比較就沒有鑒別”的原則，雙排孔先鉆灌下游排，后鉆灌上游排；每排孔先鉆灌Ⅰ序孔，后鉆灌Ⅱ序孔，再鉆灌Ⅲ序孔逐漸加密施工。從透水率和單位注入量(kg/m)隨著排孔序的增加而是否有規(guī)律性地隨之遞減，以及遞減是否明顯進(jìn)行分析，來評價灌漿效果。

3.2.1 左岸

(1)排間遞減分析

左岸下游排、上游排透水率為28.06→12.37 Lu，單位注入量為399→120.9 kg/m，分別遞減55.9%和69.7%，均遞減過半，表現(xiàn)出正常的灌漿規(guī)律；表明1.0 m的排距起到了加密的效果，灌漿效果良好(見表1)。

表1 左岸各排孔透水率和單位注入統(tǒng)計

(2)下游排透水率和單位注入量遞減分析

左岸下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平均透水率分別為39.76→32.4→20.04 Lu，遞減率依次為18.5%→38.1%，單位注入量為364.7→316.4→166.4 kg/m，遞減率依次為13.2%→47.4%。透水率和單注依次遞減，遞減明顯，符合灌漿規(guī)律；表明1.5 m的孔距起到了加密的效果，灌漿效果良好。

(3)上游排透水率和單位注入量遞減分析

左岸上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平均透水率分別為13.07→11.46 →12.47 Lu,基本持平；單位注入量為203.7→115.5→85.0 kg/m，遞減率依次為43.3%→26.4%。各序孔透水率基本持平而Ⅲ序孔較Ⅱ序孔稍大的原因是由于后序孔壓水壓力的提高，左岸地層對過大壓水壓力表現(xiàn)出的不適應(yīng)性。單注依次遞減，遞減明顯，符合灌漿規(guī)律。

3.2.2 河床段

(1)排間遞減分析

河床段下游排、上游排透水率為15.88→11.63 Lu,單位注入量為90.9→78.1 kg/m，分別遞減26.8%和14.1%，排間有所遞減但單注均較??；反映出河床段地層的可灌性較差，地質(zhì)條件較好，但2.0 m排距仍具有加密效果(見表2)。

表2 河床各排孔透水率和單位注入統(tǒng)計

(2)下游排透水率和單位注入量遞減分析

下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平均透水率分別為12.22→29.96→9.55 Lu，Ⅱ序孔透水率和單注均突然增大，表現(xiàn)出異常。分析原因為：一是增大了Ⅱ序孔的壓水和灌漿壓力。二是河床段節(jié)理裂隙發(fā)育的局部集中性。三是混凝土蓋板與基巖接觸不密實(shí)的影響。通過Ⅱ序孔的灌注，Ⅲ序孔透水率和單注均有明顯減少，這說明2.0的孔距具有加密的效果，灌漿效果是良好的。

(3)上游排透水率和單位注入量遞減分析

上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平均透水率分別為13.57→18.69→6.86 Lu；單位注入量為82.3→112.6→57.3 kg/m。同樣，Ⅱ序孔表現(xiàn)出異常，原因同下游排；但透水率和單注Ⅲ序孔較Ⅰ、Ⅱ序孔明顯降低，上、下游排同序孔之間明顯遞減，上游排Ⅲ序孔的平均透水率為6.86 Lu,接近防滲標(biāo)準(zhǔn)5.0 Lu；說明2.0 m的孔排距是合理的，能起到加密的效果。

3.2.3 右岸

右岸單排孔Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平均透水率分別為7.41→6.45→2.63 Lu,遞減率依次為13.0%→59.2%；單位注入量為467.0→296.3→94.8 kg/m，遞減率依次為36.6%→68.0%。透水率和單注依次遞減，遞減明顯，符合灌漿規(guī)律。Ⅲ序孔平均透水率為2.63 Lu,小于防滲標(biāo)準(zhǔn)5.0 Lu；說明1.5 m的孔距加密效果明顯，灌漿質(zhì)量是良好的，但也可看到“透水率小而單注量大”的現(xiàn)象出現(xiàn)，這是提高灌漿壓力帶來的影響(見表3)。

表3 右岸單排孔透水率和單位注入統(tǒng)計

隨著孔序的加密，右岸單排孔透水率q<1 Lu的區(qū)間段數(shù)從Ⅰ序孔的7段增加至Ⅲ序孔的50段，頻率由11.1%增加至42.0%；透水率q=50～100 Lu的區(qū)間段數(shù)由Ⅰ序孔的3段減少至Ⅲ序孔的0段，頻率從4.8%減少至0%；透水率q>100 Lu區(qū)間段數(shù)Ⅰ、Ⅲ孔均未出現(xiàn)，Ⅱ序孔出現(xiàn)1段，為Y13孔第2段(2.6～7.6 m)，透水率為139.53 Lu；這也反映出裂隙局部發(fā)育的特點(diǎn)。單位注入量e<20 kg/m的區(qū)間段數(shù)由Ⅰ序孔的15段增加至Ⅲ序孔的69段，頻率由23.8%增加至58.0%；單位注入量e=20～50 kg/m的區(qū)間段數(shù)由Ⅰ序孔的8段增加至Ⅲ序孔的17段，頻率由12.7%增加至14.3%；e=500～1 000 kg/m的區(qū)間段數(shù)由Ⅰ序孔的6段減少至Ⅲ序孔的4段，頻率由9.5%減少3.4%；e=1 000～5 000 kg/m的區(qū)間段數(shù)由Ⅰ序孔的10段減少至Ⅲ序孔的1段，頻率由15.9%減少至0.8%。從以上可以看出，區(qū)間段數(shù)及頻率變化正常，符合灌漿規(guī)律。

3.2.4 壓水試驗成果分析

檢查孔壓水試驗是目前檢驗和分析灌漿效果最主要的方法。通過36個檢查孔，151段壓水試驗資料(見表4)，q最大值3.9，最小值0.00，平均值0.87；q值除1段大于3.0 Lu(3.9 Lu)外，全部小于3 Lu；q<1 Lu的有93段，占總段數(shù)的61.6%，已過大半；q=1～3 Lu的有57段，占總段數(shù)的37.7%。壓水試驗分析成果說明，灌漿質(zhì)量是良好的。

表4 檢查孔壓水試驗成果

4 結(jié) 論

針對云南省常林河水庫壩址區(qū)存在的壩基和繞壩滲漏問題，進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理研究。通過布置帷幕軸線、灌漿鉆孔，根據(jù)灌漿孔施工和驗收、檢查孔布置和施工對灌漿質(zhì)量的檢驗，采用透水率與單位注入量的變化規(guī)律及壓水試驗成果對帷幕灌漿效果進(jìn)行評價；結(jié)果均表明灌漿效果良好，滿足工程帷幕防滲要求。