帷幕灌漿技術(shù)在水庫加固工程中的應(yīng)用

趙志峰

(江西省水利水電建設(shè)集團(tuán)有限公司，南昌 330200)

0 引 言

水庫工程建成投入使用后，受到自然條件的影響，難免會發(fā)生一定的損壞，影響水庫工程運(yùn)行的安全性。為保證水庫工程運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性，就需要對水庫工程進(jìn)行加固處理。常用的水庫加固技術(shù)包括截滲墻技術(shù)、高壓噴漿技術(shù)、帷幕灌漿技術(shù)等。和其他加固技術(shù)相比，帷幕灌漿技術(shù)在施工的便捷性、加固效率、加固質(zhì)量、加固成本等方面有顯著優(yōu)勢。帷幕灌漿技術(shù)是水庫加固工程中常用技術(shù)，現(xiàn)階段此項技術(shù)已經(jīng)相對成熟，無論是應(yīng)用工藝，還是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都能滿足水庫加固工程的需求。但在具體應(yīng)用中需要結(jié)合工程特點，采取科學(xué)有效的方法和措施，控制好每個細(xì)節(jié)解決好存在的問題，才能最大限度上保證水庫加固效果。

1 工程概述

高泉水庫除險加固工程項目，建設(shè)地點位于瑞昌市西南山區(qū)余家橋境內(nèi)。為中型水庫。工程主要建設(shè)內(nèi)容為：大壩加固；壩基溶洞封堵、帷幕灌漿及高噴水泥土封閉墻防滲；溢洪道加固；放空及發(fā)電隧洞工作橋加固；本工程帷幕灌漿有一排孔、三排孔兩種。

2 帷幕灌漿技術(shù)的應(yīng)用要點

2.1 鉆孔施工

鉆孔是帷幕灌漿的第一步，也是關(guān)鍵的一步，鉆孔質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，直接關(guān)系到帷幕灌漿技術(shù)的應(yīng)用效果。工程采取了三排孔注漿方法，此種灌漿方法應(yīng)用的要點是，先對邊排孔進(jìn)行灌漿，再進(jìn)行中排孔灌漿。同一排孔的鉆孔灌漿，均分3 個次序施工。鉆孔灌漿孔序布置圖如圖1 所示。

圖1 鉆孔灌漿孔序布置圖（mm）

圖1 中Ⅰ序孔為先導(dǎo)孔，先施工，邊灌邊試驗，試驗參數(shù)可作為Ⅱ序孔和Ⅲ序孔正式灌漿的主要施工參數(shù)，但由于實際條件和設(shè)計參數(shù)之間必然存在一定的誤差，在正式施工中可結(jié)合實際情況對施工參數(shù)進(jìn)行酌情調(diào)整。為保證鉆進(jìn)就位的準(zhǔn)確性，能夠按照測量放線的點位進(jìn)行鉆孔，可采取鉛錘法來矯正鉆機(jī)就位位置，以保證鉆機(jī)安裝做到正、平、穩(wěn)。鉆孔孔徑為110mm，鉆頭進(jìn)入土層后，為避免鉆孔的垂直度偏差過大，通過套管跟進(jìn)的方法控制初入土層鉆孔的垂直度，鉆進(jìn)到將要接近巖面1.0m位置時，通過強(qiáng)擊法打入直徑為110mm 的套管，以控制鉆孔的垂直度[1]。水庫基巖層硬度大，普通鉆進(jìn)鉆頭的強(qiáng)度有限，容易發(fā)生卡鉆問題，為解決這一問題，本工程在基巖層鉆孔中采用XY-100 型巖芯鉆機(jī)鉆孔，鉆頭選擇φ75 金剛石鉆頭，通過旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方法，鉆進(jìn)到設(shè)計深度位置。帷幕灌漿最大允許偏差表如表1 所示。

表1 帷幕灌漿最大允許偏差表

2.2 沖洗和壓水試驗

每個帷幕灌漿孔都需要進(jìn)行沖洗后才能進(jìn)行灌漿操作，在本工程鉆孔沖洗中采取了風(fēng)水聯(lián)合沖洗的方法，從鉆孔底部開始逐步向孔外清洗，為保證帷幕灌漿孔清洗的全面性和有效性，在沖洗時，沖水水壓要嚴(yán)格控制，以免水壓過大，沖壞鉆孔孔壁。控制洗孔沖水的壓力不超過正式帷幕灌漿壓力的80%。若帷幕注漿的壓力超過1MPa 時，沖洗水的壓力最大不宜超過1MPa[2]。沖洗風(fēng)壓采取50%的灌漿壓力，當(dāng)壓力超過0.5MPa 時，采取0.5MPa 的的壓力進(jìn)行沖洗。尤其是在裂隙孔沖洗中，需要適當(dāng)加強(qiáng)沖洗的力度，延長沖洗的時間，沖洗結(jié)束的標(biāo)志為回水澄清后，再繼續(xù)沖洗10min。單孔在沖洗時，沖洗時間要保證在30min 以上，而在進(jìn)行群孔沖洗中，沖洗時間更不能低于120min。如果持續(xù)沖洗120min 之后，依然未見回水清澈，應(yīng)當(dāng)提升沖洗時間，以保證鉆孔中殘渣的厚度最大不超過20cm。如果在清孔中，相鄰孔正在進(jìn)行注漿，或者是注漿完成時間低于24h，先不進(jìn)行清孔，以免影響帷幕灌漿的效果。清孔全部完成后，要及時進(jìn)行帷幕灌漿，帷幕灌漿要連續(xù)進(jìn)行。若因為其他原因發(fā)生中斷，中斷時間超過24h，在重新灌漿前需要先沖洗再灌漿。

帷幕灌漿孔裂隙沖洗完成后，可采取簡易壓水法、單點壓水法、五點壓水法等進(jìn)行壓水試驗。工程中采取了簡易壓水法，壓水的最大壓力不宜超過帷幕灌漿壓力的80%，如果灌漿壓力﹥1MPa，要采用1MPa 的壓力開展壓水試驗，持續(xù)時間不低于20min，每隔5min 觀測壓水流量，超過允許標(biāo)準(zhǔn)及時調(diào)整[3]。

2.3 漿液制備

運(yùn)用帷幕灌漿技術(shù)加固水庫工程中，漿液的供應(yīng)必須連續(xù)穩(wěn)定，為達(dá)到這一目標(biāo)本工程結(jié)合按照施工現(xiàn)場的實際情況，以及施工進(jìn)度，在現(xiàn)場布設(shè)一個制漿站，為帷幕灌漿提供充足的漿液需求，以保證灌漿的連續(xù)性。為保證漿液的性能能夠滿足設(shè)計要求的規(guī)定，所用的制漿材料需要進(jìn)行精確稱量，控制誤差不超過允許標(biāo)準(zhǔn)值的5%，以保證添加精度。配制的漿液必須攪拌均勻，并測定漿液的密度和黏滯度，做好記錄[4]。工程選擇了純水泥漿液，若采取普通攪拌機(jī)，攪拌時間不能低于3min，若用高速攪拌機(jī)，攪拌時間可適當(dāng)縮短，但最短也不能低于30s，從制備開始到使用完成不能超過4h。為提升帷幕灌漿加固效果，可在漿液配制中加入適量的減水劑。漿液制備水灰比為1:1，控制漿液輸送的流速在1.4~2.0m/s 之間，配制好的漿液溫度保證在5~40℃之間。

2.4 帷幕灌漿

開始灌漿時，注入率大的孔段及接觸段都要進(jìn)行分段升壓，使灌漿壓力盡快達(dá)到設(shè)計值。灌漿采用分序加密方式。若灌漿孔的基巖段低于6m，可采取全孔一次灌漿的方法，超過6m 時，要采取從上到下分段灌漿的方法。灌漿的長度盡量控制在5~6m 之間，以保證漿液能夠滲透到每個裂隙中，遇到特殊情況灌漿的長度可酌情調(diào)整，但最大不應(yīng)超過10m。帷幕注漿要結(jié)合不同結(jié)構(gòu)部位的特點，采取合適的注漿方法，案例工程在壩體、基巖接觸段等需要采取單獨(dú)灌漿的方法，并等待漿液凝固后，再進(jìn)行下一段灌漿操作，以免發(fā)生漿液滲漏問題。針對孔口無涌水段的灌漿孔段，灌漿完成可不待凝固繼續(xù)灌注相鄰的孔段[5]。但針對斷層、破碎帶等不良地質(zhì)段，需要等漿液凝固后再進(jìn)行相鄰孔段的灌漿操作。帷幕灌漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)為：如果在灌漿中保持固定的灌漿壓力不變，注入率﹤0.4L/min，灌漿時間要控制在60min 左右，或注入率<1L/min 時，繼續(xù)灌漿90min 后，灌漿結(jié)束。灌漿完成之后及時跟進(jìn)質(zhì)量檢查驗收，當(dāng)各項標(biāo)準(zhǔn)全部達(dá)到設(shè)計要求后，再進(jìn)行封孔操作。本工程在封孔操作中，采取了分段壓力灌漿封孔法，效果比較好，值得類似工程參考。

2.5 帷幕灌漿質(zhì)量檢查要點

帷幕灌漿全部結(jié)束之后，需要及時跟進(jìn)質(zhì)量檢查，若存在問題，及時處理，以保證水庫工程加固效果。本工程在帷幕灌漿質(zhì)量檢查時，采取空壓水試驗結(jié)果分析的方法，在具體質(zhì)量檢測中，嚴(yán)格按照現(xiàn)場帷幕灌漿的情況布設(shè)檢查孔，檢查孔的鉆孔位置要合理選擇。如：帷幕中心線、巖石破碎帶、大孔隙地帶等，這些位置都是帷幕灌漿時漿液滲流難以達(dá)到的位置，如果這些問題灌漿質(zhì)量達(dá)標(biāo)，則其余位置的灌漿質(zhì)量必然也可以得到保證。帷幕灌漿進(jìn)行質(zhì)量檢測中，檢測孔數(shù)不小于灌漿總孔數(shù)的10%，而且每一個壩段以及每一個單元都要至少布設(shè)一個檢查孔。要求壩體混凝土工程帷幕灌漿及基巖接觸段帷幕灌漿的合格率要滿足100%的需求，其余段合格率達(dá)到90%后，才能進(jìn)行下一道工序施工。

3 特殊情況的處理方法

帷幕灌漿技術(shù)在水庫工程加固中應(yīng)用時，受到地理位置和施工技術(shù)條件的影響，經(jīng)常會遇到一系列特殊情況，影響加固效果。在工程施工中主要遇到灌漿中斷和串漿的兩種特殊情況。

灌漿中斷：在帷幕灌漿施工中，受到一些原因和影響因素的影響，致使帷幕灌漿無法連續(xù)不斷的進(jìn)行，如機(jī)械設(shè)備故障、輸漿管堵塞、復(fù)雜的地質(zhì)條件、停水停電等。灌漿中斷會影響灌漿加固效果。為解決這一問題，灌漿泵應(yīng)保證在規(guī)定的最大壓力下能夠長時間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。輸漿管材的連接需要牢固可靠，不存在破損滲漏情況。壓力表要能夠準(zhǔn)確計量，及時進(jìn)行驗證校核，不合格的壓力表嚴(yán)禁使用。停水停電需要至少提前24h 通知，以便及時啟動備用電機(jī)[6]。

串漿：在帷幕灌漿操作中，串漿也是比較常見的問題，主要表現(xiàn)為漿液從其他鉆孔中流出。因此，串漿問題的主要原因是巖石中存在大量裂隙。為解決串漿問題，需要加大第一次序孔間的孔距，并適當(dāng)增長相鄰兩個次序孔的先后施工間隔時間，以便進(jìn)行從上到下的分段灌漿，以降低串漿出現(xiàn)的概率，更好的保證灌漿質(zhì)量。

4 結(jié) 語

綜上所述，結(jié)合工程實例，分析了帷幕灌漿技術(shù)在水庫加固工程中的應(yīng)用，結(jié)果表明，水庫加固工程具有加固難度的大，影響因素多的特點。將帷幕灌漿技術(shù)應(yīng)用到水庫加固工程中，可大幅度提升加固效果，而且操作方法簡單，是目前水庫加固中常用的技術(shù)。但在具體應(yīng)用中，為最大限度上發(fā)揮出帷幕灌漿施工技術(shù)的優(yōu)勢，需要立足水庫加固工程的特點，嚴(yán)格把控好每個施工要點，并加強(qiáng)對特殊情況的處理，才能提升加固效果，保證水庫工程運(yùn)行的安全性。