帷幕灌漿工藝流程的優(yōu)化在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用

劉 召

（山西省水利建筑工程局有限公司山西太原030006）

1 概述

水利工程大壩為了減少滲流量，降低壩基滲透揚(yáng)壓力，防止基巖內(nèi)的斷層破碎帶、軟弱夾層等抗水性能差的巖體發(fā)生滲透破壞，往往在壩基的上游側(cè)采用帷幕灌漿等方式進(jìn)行防滲處理。

常規(guī)的帷幕灌漿均在有一定厚度混凝土蓋重的情況下進(jìn)行，其優(yōu)點(diǎn)較多，例如：可以防止巖石表面漏漿，減少了水泥的浪費(fèi)；初始段可以使用較大的灌漿壓力，提高灌漿質(zhì)量；可以進(jìn)行混凝土與基巖面間的接觸灌漿，增加了防滲能力和改善了接觸面的力學(xué)性能等。但它在工期緊的情況下也有不足之處，例如：灌漿與壩體填筑施工相互干擾大、不能連續(xù)作業(yè)，造成人員和機(jī)械功效降低；灌漿時(shí)間滯后，整個(gè)灌漿工程絕大多數(shù)情況下安排在灌漿及排水廊道內(nèi)或冬季進(jìn)行施工，造成施工成本加大；混凝土墊層達(dá)到一定強(qiáng)度后（7～14 d）才能進(jìn)行灌漿等。

在工期緊的情況下，為了解決常規(guī)帷幕灌漿所存在的不足之處，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)以及技術(shù)探討，在保證質(zhì)量以及工期的前提下，對(duì)常規(guī)帷幕灌漿工藝流程進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化，研究出帷幕灌漿施工的一種新工藝流程，即，先進(jìn)行全孔基巖段灌漿，最后待混凝土墊層澆筑完成后，再對(duì)接觸段進(jìn)行補(bǔ)灌的新工藝流程。

2 帷幕灌漿工藝流程優(yōu)化后的施工特點(diǎn)

帷幕灌漿工藝流程優(yōu)化后的施工特點(diǎn)有：可以根據(jù)大壩基巖面開挖情況和填筑工期安排，靈活地安排人員和機(jī)械進(jìn)行施工，最大限度避免了在注重大壩填筑進(jìn)度時(shí)，將灌漿時(shí)間滯后的被動(dòng)局面，同時(shí)也避免了與大壩填筑相互干擾，人員和機(jī)械能夠連續(xù)作業(yè)，窩工現(xiàn)象大幅度降低；在基巖面上施工，取消了為防止混凝土面上抬而引起一些不良后果的抬動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，省時(shí)省事，節(jié)約了工程投資；局部壩段取消了接觸段灌后待凝的技術(shù)性暫停，節(jié)省了施工時(shí)間；可以提前完成灌漿，為大壩填筑提供施工作業(yè)面，使大壩整體填筑進(jìn)度加快。

3 帷幕灌漿工藝流程優(yōu)化后的適用范圍

優(yōu)化后的帷幕灌漿工藝流程適用于混凝土重力壩、常態(tài)混凝土壩、碾壓混凝土壩、堆石混凝土壩等新建工程，還可用于病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固等工程。

4 帷幕灌漿優(yōu)化后的工藝流程

該工藝流程是在大壩基巖面開挖成型并驗(yàn)收合格后，按照分序加密的原則先在基巖面上進(jìn)行全孔分段鉆灌，待基巖鉆灌且混凝土墊層澆筑完成后，再對(duì)接觸段進(jìn)行補(bǔ)灌，即可完成全孔灌漿作業(yè)。

4.1 工藝流程

帷幕灌漿優(yōu)化后的工藝流程見圖1。

圖1 帷幕灌漿優(yōu)化后的工藝流程圖

4.2 工藝流程操作要點(diǎn)

1）測(cè)量孔位

基巖灌漿孔位按照分序加密的原則，以設(shè)計(jì)圖紙要求的孔位樁號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行測(cè)量定位。

接觸段灌漿孔位需在混凝土墊層澆筑完成后二次定位，兩者孔位盡可能重合，如有誤差，但不得大于10 cm，這樣可以對(duì)基巖初始段進(jìn)行補(bǔ)灌。

2）鉆孔

基巖鉆孔采用回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)按照分序加密的原則進(jìn)行鉆進(jìn)，即先鉆先導(dǎo)孔及Ⅰ序孔，再鉆Ⅱ序孔，最后鉆Ⅲ序孔，孔深達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿底高程且不應(yīng)小于設(shè)計(jì)孔深。

接觸段鉆孔采用適宜的地質(zhì)鉆機(jī)或潛孔鉆均可鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中無(wú)需分序，一是進(jìn)行混凝土與基巖接觸面灌漿，二是對(duì)基巖初始段進(jìn)行補(bǔ)灌，孔深接近基巖第一段段長(zhǎng)即可。所以接觸段孔深不宜太深，深入基巖1～3 m。

3）測(cè)斜

帷幕灌漿每一個(gè)灌漿段均應(yīng)用測(cè)斜儀進(jìn)行孔斜測(cè)量，以確保鉆孔垂直，孔斜率不大于1%。

4）鉆孔沖洗

灌漿段鉆成后，先進(jìn)行洗孔。洗孔的主要目的是將孔內(nèi)的巖粉等雜質(zhì)沖到孔外，沖洗的標(biāo)準(zhǔn)是回水清凈為止。洗孔的方法一般采用灌漿段在不起拔鉆桿的情況下，可利用鉆桿通入大流量水流（鉆桿底端距段底不得大于50 cm），從孔底向孔外沖洗的方法進(jìn)行。也可采用孔口封閉的方法進(jìn)行，即先安裝孔口裝置，再進(jìn)行洗孔，達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，再連接灌漿管路。

5）裂隙沖洗

灌漿的過(guò)程就是把水泥漿液灌入基巖的裂隙，所以裂隙的沖洗質(zhì)量直接關(guān)系到巖層裂隙的可灌度，結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的壓力下回水清凈為止并持續(xù)一段時(shí)間，裂隙沖洗壓力一般為灌漿段灌漿壓力的80%，也可以根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)。該值若大于1 MPa時(shí)，采用1 MPa。

6）壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)的目的是在灌漿段未灌之前測(cè)量滲流量，然后通過(guò)公式Lu=Q/（P×L）來(lái)求得透水率（用Lu表示），以此來(lái)預(yù)估判斷巖層的吸漿量的大小，為后序制漿灌漿的開灌水灰比、漿液變化、灌漿時(shí)間以及計(jì)劃使用水泥量等參數(shù)提供參考性依據(jù)。公式中L為灌漿段段長(zhǎng)，通過(guò)人工測(cè)尺測(cè)量，數(shù)字相對(duì)固定。流量Q和壓力P通過(guò)流量傳感器和壓力傳感器傳輸數(shù)據(jù)至灌漿記錄儀，按照規(guī)定的間隔時(shí)間連續(xù)記錄保存，所以數(shù)據(jù)的精確度與傳感器的材料質(zhì)量有著密切關(guān)系，要求傳感器必須有廠家的生產(chǎn)許可證、合格證以及使用說(shuō)明書，更需要有第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)備精確度和靈敏度的檢測(cè)報(bào)告，并定期進(jìn)行率定。

另外，流量和壓力的觀測(cè)數(shù)值也與灌漿泵的性能有著密切關(guān)系，要求灌漿泵優(yōu)先選用多缸柱塞式，它不但具有足夠的排漿量，而且還有穩(wěn)定的工作性能，在工作中，不會(huì)因?yàn)榕艥{量的忽大忽小而影響觀測(cè)數(shù)值的失真。

壓水試驗(yàn)的方法有兩種，分別是單點(diǎn)法和五點(diǎn)法，目前工程中運(yùn)用較多的是單點(diǎn)法。壓水試驗(yàn)數(shù)量一般為總段數(shù)或者總孔數(shù)的10%，簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)可以結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行。

壓力P 為灌漿段灌漿壓力的80%，該值若大于1 MPa 時(shí)，采用1 MPa。流量Q 是在相應(yīng)的壓力下，按照規(guī)定的間隔時(shí)間每3～5 min 測(cè)一次壓入量，連續(xù)四次讀數(shù)一般呈規(guī)律性遞減或者趨于穩(wěn)定，在各項(xiàng)設(shè)備工作穩(wěn)定的情況下，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)相對(duì)比較穩(wěn)定，原則上不允許進(jìn)行調(diào)整，以免數(shù)據(jù)失真。流量Q 觀測(cè)數(shù)據(jù)中若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(shí)，灌漿段壓水試驗(yàn)完成，取最終值作為計(jì)算值。

7）制漿、灌漿

漿液拌制材料一般采用純水泥漿液居多，由水泥和水組成，水泥為普通硅酸鹽水泥，品質(zhì)符合GB175標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)度等級(jí)可為42.5 或以上，水可用來(lái)自工程附近的水源，水質(zhì)只要符合拌制混凝土對(duì)水質(zhì)的要求均可。

漿液拌制機(jī)械一般采用分散制漿，選用高速制漿機(jī)拌制，它具有攪拌速度快且漿液均勻等優(yōu)點(diǎn)。制漿機(jī)必須采用雙桶或及以上設(shè)備，容量根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行確定，一般情況下分為兩攪同時(shí)攪拌，一攪用于拌制漿液，二攪通過(guò)灌漿泵及灌漿管路輸送到灌漿段，一攪與二攪之間必須采用符合規(guī)格的過(guò)濾篩進(jìn)行過(guò)濾。

每桶水泥漿液自開始攪拌到灌入孔內(nèi)的時(shí)間應(yīng)不超過(guò)4 h。施工中可以根據(jù)壓水流量Q值，初步判斷灌漿段的吸漿量，以此來(lái)概略計(jì)算出水泥用量，從一定程度上來(lái)講可以減少水泥的不必要浪費(fèi)。所以，壓水流量Q值對(duì)漿液的用量有著指導(dǎo)性參考依據(jù)。

帷幕灌漿方式一般采用孔底循環(huán)式，方法可以采用孔口封閉或自上而下分段卡塞進(jìn)行灌漿，施工技術(shù)參數(shù)按照規(guī)范要求或試驗(yàn)結(jié)果確定。對(duì)于基巖初始段無(wú)混凝土墊層，灌漿過(guò)程中的灌漿壓力要逐級(jí)慢升壓，在升壓過(guò)程中，必須對(duì)灌漿孔周圍進(jìn)行詳細(xì)的檢查，細(xì)小裂隙的漏漿用棉砂或海帶進(jìn)行嵌縫處理，對(duì)于稍寬的的基巖裂縫用木屑封堵后再對(duì)木屑與巖縫的接觸面進(jìn)行處理，漿液濃度要高，有利于裂隙的盡快封堵。另外還要注意一點(diǎn)，當(dāng)基巖面以下2～3 段灌漿完成后，基巖表面裂隙中的水泥漿液均能達(dá)到終凝，一定要將嵌縫使用的材料人工進(jìn)行清除，必須保證基巖內(nèi)無(wú)任何雜物。

8）機(jī)械、人工封孔

全孔灌漿完成，用0.5 比級(jí)的濃漿以全孔灌漿封孔的方法進(jìn)行封孔，目的是將全孔范圍內(nèi)的稀漿或積水置換出來(lái)。封孔壓力為：若采用自上而下分段卡塞灌漿，可采用全孔平均灌漿壓力或者2 MPa；若采用孔口封閉法時(shí)，可采用該孔最大灌漿壓力，封孔灌漿時(shí)間可為1 h。

孔口封閉灌漿最后一段以0.5 比級(jí)的水泥漿液灌漿結(jié)束，該灌漿孔則不進(jìn)行機(jī)械封孔。

機(jī)械封孔完成，孔內(nèi)漿液由于凝固收縮、析水、沉淀等因素，會(huì)造成孔口段一定范圍內(nèi)存在空腔，該空腔需要人工用水泥砂漿或環(huán)氧樹脂砂漿等材料進(jìn)行填充密實(shí)，并將孔口壓抹平整。

接觸段灌漿不進(jìn)行機(jī)械封孔，只進(jìn)行人工封孔。原因在于，混凝土墊層加上基巖第一段的孔深最多不超過(guò)3 m，人工用稍長(zhǎng)的木棍就能將封堵材料對(duì)該孔深封填密實(shí)。

9）混凝土墊層澆筑

混凝土墊層澆筑按施工圖紙以及相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行。

10）混凝土與基巖接觸段灌漿

接觸段鉆灌按本工藝流程進(jìn)行。接觸段灌漿一是改善混凝土與基巖接觸面的力學(xué)性能，二是對(duì)基巖初始段進(jìn)行補(bǔ)灌。

基巖灌漿是在無(wú)混凝土墊層的情況下進(jìn)行，灌漿過(guò)程中基巖面有裂隙且外露，初始段灌漿使用設(shè)計(jì)壓力極有可能使嵌縫裂隙使用的材料或多或少頂出，不利于裂隙封堵，另外孔口封閉裝置始終卡在基巖面以下20～50 cm，該部分孔深從未進(jìn)行灌注。為彌補(bǔ)這一缺陷，接觸段灌漿壓力要達(dá)到設(shè)計(jì)第一段灌漿壓力的140%，原因在于：一是初始段灌漿設(shè)計(jì)壓力本身較低，抬高壓力根本不會(huì)造成混凝土抬動(dòng)；二是能夠使水泥漿液與基巖內(nèi)已形成水泥結(jié)石面有良好的融合。

11）質(zhì)量檢查

帷幕灌漿檢查孔應(yīng)鉆取芯樣，每起一次鉆均應(yīng)計(jì)算獲得率，通過(guò)芯樣可以直觀的看到裂隙灌漿效果。

檢查孔壓水試驗(yàn)多數(shù)采用單點(diǎn)法進(jìn)行，時(shí)間為該部位灌漿結(jié)束14 d 以后，采用自上而下分段鉆進(jìn)，分段阻塞（栓塞卡在試驗(yàn)段以上至少50 cm，以防漏壓），分段壓水試驗(yàn)。

5 質(zhì)量控制

1）基巖灌漿孔位與接觸段灌漿孔位盡可能重合，這樣可以在進(jìn)行接觸段灌漿時(shí)對(duì)基巖初始段進(jìn)行補(bǔ)灌。

2）基巖段鉆孔與灌漿按分序加密原則進(jìn)行，這樣可以減少串孔串漿，以及增加地層密實(shí)性，可以逐序提高灌漿壓力。

3）基巖初始段裂隙沖洗壓力盡可能大一些，一是可以將建基面表層裂隙中的雜物有效的沖出，二是有利于直觀的看到細(xì)小裂隙的存在，并進(jìn)行有效的封堵。

4）接觸段灌漿壓力要比基巖初始段灌漿壓力高，這樣可以使兩次灌漿有效的融合。

5）基巖段全孔灌漿完成后，一定要將裂隙嵌縫材料進(jìn)行清除，必須保證基巖內(nèi)無(wú)任何雜物。

6）射漿管距段底不能大于50 cm，這樣能充分保證漿液在灌漿段內(nèi)循環(huán)，不發(fā)生沉淀。灌漿段長(zhǎng)5～6 m 為宜。

7）隨時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)灌漿技術(shù)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)異常，立即查明原因并采取有效的措施。

8）其他質(zhì)量控制措施。

6 結(jié)語(yǔ)

帷幕灌漿優(yōu)化后的工藝流程在臨汾古縣五馬水庫(kù)混凝土面板自密重力壩11 號(hào)壩段得到了成功應(yīng)用。施工中先完成基巖段灌漿，待混凝土墊層澆筑完成后，在對(duì)接觸段進(jìn)行補(bǔ)灌。這樣，比計(jì)劃灌漿完工日期提前了90 d，節(jié)省成本投入38 700 元，同時(shí)檢查孔各段的壓水試驗(yàn)呂容值均小于5 Lu，滿足設(shè)計(jì)要求。

所以，在大壩整體填筑工期緊的情況下采用該工藝流程，可具有施工安排靈活的特點(diǎn)。局部壩段簡(jiǎn)化了混凝土抬動(dòng)監(jiān)測(cè)和基巖第一段灌后待凝工序、避免了與大壩填筑相互干擾，人員和機(jī)械能夠連續(xù)作業(yè)，窩工現(xiàn)象大幅度降低局面、取消了局部壩段混凝土墊層達(dá)到一定強(qiáng)度后才能進(jìn)行灌漿的技術(shù)性暫停、可以提前完成灌漿，使大壩填筑進(jìn)度加快，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。