搭接灌漿實施工藝及在帷幕灌漿中的作用和效果

吳寶閣WU Bao-ge

（中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700）

0 引言

搭接帷幕灌漿作為帷幕灌漿工程中的一部分，在整個帷幕灌漿工程中起著至關(guān)重要的作用，但是在水電工程施工中關(guān)于搭接帷幕灌漿的具體要求和相關(guān)資料卻是不多，僅能以現(xiàn)行規(guī)范作為實施依據(jù)，因此，在施工中也存在一些問題需要有據(jù)可查或參考標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)結(jié)合工程施工中的施工經(jīng)驗對左岸搭接灌漿工藝及作用進(jìn)行簡單論述。

1 工程概況與地質(zhì)條件

1.1 工程概況

馬馬崖一級水電站屬二等大（2）型工程，大壩碾壓混凝土重力壩，壩頂高程592.0m，最大壩高109.0m，工程任務(wù)以發(fā)電為主，航運(yùn)次之。

工程防滲體系由左右岸壩肩巖體內(nèi)共設(shè)三層灌漿隧洞組成，高程分別為592.0m、541.0m、483.5m，其中頂層灌漿軸線長322m、中層灌漿軸線長278m、底層灌漿軸線長110m，各層帷幕灌漿屏障以搭接式結(jié)構(gòu)進(jìn)行灌漿連接，形成有效的閉合防滲體系。

1.2 工程地質(zhì)情況

本工程壩基、壩肩為可溶巖地層，巖溶發(fā)育程度中等，地下水具有不均一性的特點(diǎn)。壩址區(qū)主要為次生的小斷層，裂隙較發(fā)育，充填物主要為泥質(zhì)、方解石，因此對灌漿有一定的影響。大壩無相對隔水層作防滲依托，存在壩基滲漏及壩肩繞壩滲漏問題，兩岸帷幕線向山體延伸接地下水位，故需布置防滲帷幕進(jìn)行防滲處理，防滲帷幕采用懸掛式帷幕方案。

1.3 巖體透水性

在壩址兩岸鉆孔及河心鉆孔中，椐壓水試驗資料，因弱風(fēng)化巖體一般升不起壓，其成果主要為微新巖體。所有鉆孔弱風(fēng)化巖體孔段透水率均較大，主要原因是在地表淺層或風(fēng)化帶內(nèi)，溶蝕裂隙發(fā)育及巖體較破碎等。

1.4 灌漿隧洞工程地質(zhì)評價

1.4.1 圍巖穩(wěn)定問題

灌漿隧洞除左岸F6斷層通過外，構(gòu)造以裂隙發(fā)育為主，洞段圍巖局部穩(wěn)定性差，主要為Ⅲ1～Ⅲ2類圍巖，極薄層洞段圍巖不穩(wěn)定，為Ⅳ類圍巖，局部遇斷層、裂隙密集帶、溶蝕破碎帶或夾層層帶圍巖不穩(wěn)定，為Ⅳ～Ⅴ類圍巖。對Ⅲ類圍巖局部穩(wěn)定性差洞段及Ⅳ～Ⅴ類圍巖需及時支護(hù)處理。

1.4.2 巖溶涌水問題

壩址區(qū)無隔水層，地下水類型以巖溶裂隙水為主，其次為巖溶管道水。兩岸地層為中等巖溶含水巖組，岸坡泉水較發(fā)育，存在巖溶管道水。底層灌漿隧洞均在地下水位以下，地下水活躍，存在涌水問題。

2 搭接帷幕灌漿工藝

2.1 施工程序

①搭接帷幕灌漿在相應(yīng)部位回填、固結(jié)灌漿及主帷幕灌漿灌漿施工完成后進(jìn)行，也可在主帷幕灌漿施工前進(jìn)行。②搭接帷幕灌漿按施工圖紙要求或規(guī)范要求，按環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密的原則劃分灌漿單元，一般分兩個次序進(jìn)行。③搭接帷幕灌漿的施工程序為：Ⅰ序排Ⅰ序孔→Ⅱ序排Ⅰ序孔→Ⅰ序排Ⅱ序孔→Ⅱ序排Ⅱ序孔→檢查孔，灌漿完成7天后再施工相應(yīng)部位的檢查孔。

2.2 施工工藝流程

搭接帷幕施工工藝流程如圖1所示。

2.3 鉆孔

①鉆孔位于灌漿隧洞的上游邊墻及底板部位，每排分上中下三孔（如圖2所示，每排的孔數(shù)可根據(jù)工程地質(zhì)情況、防滲標(biāo)準(zhǔn)等多方面因素確定，一般情況每排2～3孔即可滿足要求），孔深分別深入基巖5m、6m、6m，要求終孔孔徑不小于38mm，可采用地質(zhì)鉆、電動巖石鉆機(jī)及風(fēng)鉆造孔。

②鉆孔開孔孔位與設(shè)計孔位的偏差不大于20cm，開孔角度偏差不大于2°，孔深誤差不大于20cm。

2.4 灌漿

①灌漿方法：采用孔內(nèi)阻塞灌漿法，全孔一次灌注，深孔灌漿時可考慮分段灌注。灌漿孔優(yōu)先采用單孔灌漿，當(dāng)相鄰孔發(fā)生串漿或吸漿量較小時，可采用多孔并聯(lián)灌注，并控制壓力，只允許同一排上的灌漿孔并聯(lián)灌注，孔數(shù)為2個，孔位宜保持對稱。②漿液水灰比：采用純水泥漿液灌注，水灰比取2:1、1:1、0.8:1、0.5:1四個比級，開灌水灰比為2:1由稀至濃變換。③灌漿壓力：本工程搭接灌漿壓力為2.0MPa。灌漿時盡快升到設(shè)計壓力，但當(dāng)注入率大時，采用分級升壓，使襯砌混凝土抬動變形值控制在允許范圍內(nèi)。灌漿過程中設(shè)專人觀測，并定時對周圍巖體進(jìn)行觀測記錄，變位大于規(guī)定值時應(yīng)立即降低灌漿壓力，直至停灌待凝。④漿液變換標(biāo)準(zhǔn)：1）當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比；2）當(dāng)某一比級漿液注入量已達(dá)300L以上，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，換濃一級水灰比漿液灌注；3）當(dāng)注入率大于30L/min時，可視具體情況越級變濃。⑤灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：1）在設(shè)計的壓力下，注入率小于1L/min，延續(xù)灌注30min，即可結(jié)束該段灌漿；2）當(dāng)長時間達(dá)不到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時或遇到其他特殊情況時，報請監(jiān)理工程師共同研究處理方案。

2.5 質(zhì)量檢查及封孔

搭接帷幕灌漿工程質(zhì)量檢查采用壓水試驗進(jìn)行，壓水試驗壓力為1.0MPa，合格標(biāo)準(zhǔn)為透水率q≤1Lu。

灌漿孔及檢查孔施工結(jié)束后，采用“全孔灌漿封孔法”進(jìn)行封孔，封孔漿液水灰比為0.5:1，壓力為該孔最大灌漿壓力，待孔內(nèi)水泥漿液凝固后，灌漿孔上部空余部分采用導(dǎo)管注漿法或用干硬性M25水泥砂漿人工封填搗實、抹平。

3 灌漿成果分析

3.1 帷幕灌漿成果

①左岸592m高程灌漿隧洞，通過帷幕灌漿分序成果分析，單排孔：I序孔平均單耗為502.58kg/m，灌前壓水平均透水率12.17Lu；II序孔平均單耗為283.39kg/m，灌前壓水平均透水率7.76Lu；III序孔平均單耗為60.71kg/m，灌前壓水平均透水率4.46Lu；雙排孔：I序孔平均單耗為375.49kg/m，灌前壓水平均透水率7.69Lu；II序孔平均單耗為203.82kg/m，灌前壓水平均透水率5.83Lu；III序孔平均單耗為76.48kg/m，灌前壓水平均透水率4.24Lu；序與序之間吸漿量及透水率呈遞減趨勢，效果明顯，符合灌漿規(guī)律。

②左岸541m高程灌漿隧洞，通過帷幕灌漿分序成果分析，I序孔平均單耗為595.64kg/m，灌前壓水平均透水率17.38Lu；II序孔平均單耗為281.96kg/m，灌前壓水平均透水率9.90Lu；III序孔平均單耗為94.87kg/m，灌前壓水平均透水率6.05Lu；序與序之間吸漿量及透水率呈遞減趨勢，效果明顯，符合灌漿規(guī)律。

③左岸483.5m高程灌漿隧洞，通過帷幕灌漿分序成果分析，I序孔平均單耗為654.07kg/m，灌前壓水平均透水率11.12Lu；II序孔平均單耗為252.58kg/m，灌前壓水平均透水率7.63Lu；III序孔平均單耗為104.84kg/m，灌前壓水平均透水率3.22Lu；序與序之間吸漿量及透水率呈遞減趨勢，效果明顯，符合灌漿規(guī)律。

3.2 搭接灌漿成果

本工程搭接帷幕灌漿分為中層541m灌漿隧洞和底層483.5m灌漿隧洞兩個部位，搭接灌漿區(qū)域為整個洞室上游側(cè)邊墻及底板部位。其中，中層灌漿隧洞搭接帷幕灌漿分為9個單元255個孔，其中Ⅰ序孔128個孔，Ⅱ序孔127個孔，合計基巖鉆灌1445m；底層灌漿隧洞搭接帷幕灌漿分為5個單元132個孔，其中Ⅰ序孔66個孔，Ⅱ序孔66個孔，合計基巖鉆灌748m。搭接灌漿總計灌注灰量為132.34t，平均單位注入量為60.35kg/m。

左岸541m高程灌漿隧洞搭接帷幕灌漿共劃分單元工程9個，搭接灌漿在主帷幕灌漿施工后進(jìn)行，通過帷幕灌漿分序成果分析，I序孔平均單耗為18.44kg/m，灌前壓水平均透水率2.30Lu；II序孔平均單耗為6.37kg/m，灌前壓水平均透水率1.22Lu；序與序之間吸漿量及透水率呈遞減趨勢，效果明顯，符合灌漿規(guī)律及現(xiàn)場地層的地質(zhì)條件。帷幕灌漿施工完成后，共布設(shè)質(zhì)量檢查孔17個，通過壓水試驗檢查，其最大透水率為0.84Lu，最小透水率為0.36Lu，平均透水率為0.55Lu，質(zhì)量檢查全部合格，滿足設(shè)計質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)q≤1Lu要求。

左岸483.5m高程灌漿隧洞搭接帷幕灌漿共劃分單元工程5個，搭接灌漿在主帷幕灌漿施工前進(jìn)行，通過帷幕灌漿分序成果分析，I序孔平均單耗為209.12kg/m，灌前壓水平均透水率5.57Lu；II序孔平均單耗為96.73kg/m，灌前壓水平均透水率3.86Lu；序與序之間吸漿量及透水率呈遞減趨勢，效果明顯，符合灌漿規(guī)律及現(xiàn)場底層的地質(zhì)條件。帷幕灌漿施工完成后，共布設(shè)質(zhì)量檢查孔8個，通過壓水試驗檢查，其最大透水率為0.68Lu，最小透水率為0.12Lu，平均透水率為0.49Lu，質(zhì)量檢查全部合格，滿足設(shè)計質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)q≤1Lu要求。

由此說明，搭接帷幕灌漿在施工質(zhì)量上達(dá)到了設(shè)計要求，技術(shù)參數(shù)掌控得當(dāng)，工藝實施效果良好。各部位搭接帷幕灌漿成果及壓水試驗成果統(tǒng)計表見表1、表2。

表1 左岸防滲帷幕灌漿工程搭接帷幕灌漿成果統(tǒng)計表

表2 左岸防滲帷幕灌漿工程搭接帷幕灌漿檢查孔壓水試驗成果表

本工程各部位地質(zhì)條件差別較大，復(fù)雜多變，發(fā)育有溶洞、溶槽、溶蝕、裂隙通道等。特別是底層灌漿隧洞滲漏通道較多，滲水、涌水情況嚴(yán)重，底層大部分Ⅰ序孔及小部分Ⅱ序孔吸漿量相對較大，中層地質(zhì)情況相對較好，而且是在頂層灌漿隧洞相應(yīng)部位帷幕灌漿結(jié)束后進(jìn)行的搭接灌漿，所以灌注量較小。結(jié)合地質(zhì)資料分析帷幕灌漿耗漿量較大部位與巖溶裂隙、溶槽及溶洞發(fā)育等地質(zhì)缺陷有關(guān)。大耗漿孔段與巖溶裂隙發(fā)育部位一致，所以灌漿情況及地質(zhì)條件相吻合。從表1、表2中可見，各部位搭接灌漿單位注灰量和灌前透水率隨灌漿排序和孔序呈遞減趨勢，符合正常灌漿規(guī)律，灌漿效果顯著，灌漿質(zhì)量良好。

4 搭接灌漿的作用及施工順序?qū)|(zhì)量的影響

4.1 搭接灌漿的作用

帷幕灌漿是將漿液借助灌漿設(shè)備通過鉆孔灌入巖體或土層的裂隙、孔隙及破碎帶等，形成連續(xù)的阻水幕，以減小滲流量和降低滲透壓力的灌漿工程。水電工程中的帷幕灌漿是沿著大壩壩肩兩側(cè)水平范圍及垂直深度向下延伸至滿足工程設(shè)計要求。為了便于灌漿施工，減少垂直深孔灌漿，保證灌漿質(zhì)量及后期監(jiān)測、維修等，工程設(shè)計時一般根據(jù)垂直高度及相應(yīng)的高差設(shè)計幾層水平灌漿隧洞，然后從每層灌漿隧洞進(jìn)行分層灌漿施工，這樣便可以在每層灌漿隧洞之間分別形成帷幕體。一般上層灌漿隧洞帷幕灌漿孔需延伸至下層灌漿隧洞底板以下5～10m即可。

由于各層灌漿隧洞不在同一垂直面上，水平方向上有一定的錯開距離，即下部灌漿隧洞位置在工程設(shè)計上是在上部隧洞下游側(cè)方向，各層帷幕體在水平方向上不能有效連接，而且灌注的水泥漿液擴(kuò)散范圍有限，因此，會在每層帷幕體的下端（下層灌漿隧洞附近）形成薄弱區(qū)，這樣就存在通過薄弱區(qū)繞過主帷幕體經(jīng)灌漿隧洞上部滲漏的可能性。為防止上游側(cè)高壓水通過滲漏通道經(jīng)過此薄弱區(qū)沿灌漿隧洞上部形成滲漏通道，需要在各層灌漿隧洞與上層灌漿隧洞的幕體進(jìn)行灌漿連接，消除帷幕灌漿的薄弱區(qū)、截堵滲漏通道。即每層灌漿隧洞的搭接灌漿都是在連接上層灌漿隧洞的主帷幕體，使其自上而下進(jìn)行封閉，這就是搭接灌漿的作用。

4.2 施工順序?qū)|(zhì)量的影響

搭接帷幕灌漿作為灌漿工程的重要環(huán)節(jié)，在施工中一般都是根據(jù)工程需要來決定是先施工主帷幕還是先進(jìn)行搭接灌漿施工的，雖然施工順序不同，最后都是達(dá)到了帷幕體封閉的作用。在工程施工中搭接灌漿的壓力往往都會小于主帷幕灌漿的壓力，灌漿順序是否對最后的效果產(chǎn)生影響需要進(jìn)行對比試驗才能得出具體結(jié)論。

本工程中層搭接帷幕灌漿是在頂層主帷幕灌漿完成后進(jìn)行的，底層的搭接帷幕灌漿是先于中層主帷幕灌漿前進(jìn)行的，通過搭接帷幕灌漿成果統(tǒng)計表明顯看出單位灌注量差別較大。同時，通過檢查孔壓水試驗成果統(tǒng)計表可以看出，搭接灌漿實施的先后對質(zhì)量檢查的效果也是有所區(qū)別的，底層灌漿隧洞搭接灌漿的壓水試驗透水率最大值和最小值都是要小于中層的。其主要原因是先進(jìn)行低壓的搭接灌漿對搭接部位薄弱區(qū)的巖體進(jìn)行了一次灌注，對灌注區(qū)的裂隙、滲漏通道等進(jìn)行了有效填充和封閉，然后通過高壓帷幕灌漿又對該區(qū)域進(jìn)行了高壓二次灌注，有效保證了漿液填充的密實性和灌注范圍，所以相應(yīng)的灌漿效果要好于后進(jìn)行搭接灌漿。

5 結(jié)語

搭接帷幕灌漿作為帷幕灌漿的一部分，同樣在帷幕灌漿工程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因此，在工程施工中需要嚴(yán)格按照規(guī)范及相應(yīng)的技術(shù)文件和施工工藝進(jìn)行施工。本文是在工程施工中總結(jié)的一部分經(jīng)驗，并結(jié)合該區(qū)域的地質(zhì)情況，在施工中認(rèn)真分析、掌握了施工工藝和技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)實際情況進(jìn)行試驗對比，總結(jié)出了可行的搭接帷幕灌漿施工方法。本工程搭接帷幕灌漿施工工藝、方法和實施效果均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，灌漿情況與地質(zhì)條件相吻合，綜上所述，搭接灌漿的實施工藝和灌漿成果是合理的。