小型水庫除險加固中錐探灌漿技術(shù)的應(yīng)用

盧沛宏

（封開縣水利水電工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東 肇慶 526500）

1 工程概況

封開縣都斛水庫位于利水河上游，水庫距離南豐鎮(zhèn)的距離為8 km，距封開縣區(qū)約40 km，距離新建懷陽高速約2 km。庫區(qū)控制集雨面積16 km2復(fù)核后總庫容916.98×104m3，屬于以灌溉為主，兼具防洪、供水等功能的?。?）型水庫。該小型水庫建設(shè)年代久遠，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)過低，在運行過程中安全隱患突出。

2 施工方案設(shè)計

2.1 施工參數(shù)

結(jié)合地勘報告及橫斷面圖，水庫大壩錐探灌漿段堤岸填筑高度為3.00～8.70 m，堤頂及堤基以下2 m以內(nèi)無地下水。灌漿孔距、灌漿壓力、時間、灌漿量、施工機具等施工參數(shù)均通過試驗確定。錐探灌漿孔應(yīng)當(dāng)沿大壩軸線向設(shè)置在與壩頂迎水面相距1.20 m 處，堤基以下孔深應(yīng)達到2 m 以上；注漿管管口和孔底的距離不超出0.50～1.00 m 范圍，灌漿過程中孔內(nèi)壓力必須控制在50 kPa以下，且灌漿施工不能影響襯砌面板，更不能劈裂堤身。

根據(jù)《水利水電工程注水試驗規(guī)程》相關(guān)要求展開錐探灌漿孔注水試驗，并按要求規(guī)定，將止水段長度控制在1 m，注水測試段長度則保持在1～2 m；為保證試驗孔孔底和堤基面之間的距離不小于2 m，則注水試驗孔段堤壩填筑高度應(yīng)控制在4 m以上。但由于水庫堤壩橫斷面圖所顯示的錐探灌漿區(qū)段堤壩填筑高度局部僅為3 m，如果根據(jù)設(shè)計要求的100 m間距布置注水試驗孔，則發(fā)生錐探灌漿注水孔穿透堤壩的可能性較大。為此，應(yīng)在保證每間隔100 m 設(shè)置1個注水試驗孔的基礎(chǔ)上，必須將試驗孔布置在堤壩中央，并保證試驗孔等距布置；一旦出現(xiàn)注水試驗孔穿透堤身，則應(yīng)在相應(yīng)壩段內(nèi)調(diào)整孔位，直至滿足孔深要求。根據(jù)以上試驗結(jié)果決定是否進行灌漿孔加密。漿液及封孔泥漿容重分別控制在12.50～13.50 kN/m3及15 kN/m3以上。其余施工參數(shù)取值及要求均按照《土壩灌漿技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。

錐探灌漿孔布置情況分為三種，并分三個區(qū)域展開試驗，每個區(qū)域均布置3 排灌漿孔，孔距為1.80、1.50 和1.30 m，梅花形布置。迎水側(cè)和背水側(cè)分別布置1 排試驗孔。排距依次為1.30、1.40 和1.40 m，具體見圖1～3。根據(jù)灌漿試驗結(jié)果，不同試驗區(qū)錐探灌漿后土層滲透系數(shù)見表1。通過比較滲透系數(shù)結(jié)果可以看出，錐探灌漿處理后水庫堤壩土層滲透系數(shù)明顯提升，土層抗?jié)B透性能加強。

表1 錐探灌漿前后土層滲透系數(shù)表

圖1 灌漿試驗孔距1.80 m布置情況圖

圖2 灌漿試驗孔距1.50 m布置情況圖

圖3 灌漿試驗孔距1.30 m布置情況圖

2.2 施工安排

考慮到該水庫除險加固工程施工工期緊，工作量大，故將壩體分成兩個加固段，同時安排兩組施工隊伍展開錐探灌漿平行施工，每個隊伍均以500 m為一段劃分若干班組。由于注水試驗的目的在于錐探灌漿前堤壩滲透系數(shù)檢測，故應(yīng)安排在灌漿施工前進行。采用地質(zhì)鉆機鉆孔，泥漿通過攪拌機拌制，并使用BW-160型注漿泵同時向6個注漿孔注漿。

2.3 灌漿材料

粘土材料主要采用成漿率高、穩(wěn)定性好、體縮率小的外購膨潤土，并在使用前進行性能檢測。制漿用水采用不含雜質(zhì)且水質(zhì)符合《水工混凝土施工規(guī)范》的淡水，制備好的漿液物理力學(xué)性能完全滿足規(guī)范要求。

3 錐探灌漿施工

3.1 注水試驗

根據(jù)相關(guān)規(guī)程，展開鉆孔常水頭注水試驗，考慮到都斛水庫錐探灌漿施工壩段無地下水，故通過納斯別爾格公式進行大壩巖土體滲透系數(shù)計算，公式如下：

式（1）中：K—大壩巖土體滲透系數(shù)；Q—注水量，L/min；h—試驗水頭，cm；r—鉆孔半徑或過濾半徑，cm。

通過地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機干法造孔，注水試驗孔孔徑75 mm，孔底沉積物厚度控制在10 cm以內(nèi)，孔深按照2、2.50和3 m確定；待鉆進至設(shè)計深度后通過專用封孔器封孔，以達到有效止水目的。止水段、測試段長度分別為1 m 和1～2 m；值得注意的是，注水試驗孔必須與灌漿孔分開布設(shè)，不得重合或貫通。待打設(shè)好注水試驗孔后通過注水管和量筒向孔內(nèi)套管灌注清水，套管內(nèi)水位與孔口齊平后保持固定，并測量試驗水頭，在試驗水頭保持不變的情況下，觀測注入流量。最初5次觀測的時間間隔為5 min，此后便按照20 min間隔觀測；若相鄰兩次流量差不超出10%，則可結(jié)束注水試驗，以最后1次注水流量為標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 測量及造孔

鉆孔前，測量人員根據(jù)施工方案及設(shè)計要求進行不同孔段孔位測放，并通過紅色油漆在堤壩混凝土護肩上做出標(biāo)記；通過鋼尺在現(xiàn)場進一步測放后插打木樁標(biāo)示灌漿孔并編號。使用地質(zhì)鉆機沿著大壩軸線向分段鉆孔，并按照75 mm孔徑一次成孔，機臺平整度通過水平尺控制，孔斜不超出2%，孔位偏差不超出10 cm。成孔后必須封堵保護，避免灌漿前雜物等落入。

3.3 制漿及灌漿

通過立式攪拌機進行漿液制備，初灌泥漿容重控制在12.50～13.50 kN/m3，復(fù)灌泥漿容重則不小于15 kN/m3。正式制備漿液前應(yīng)在監(jiān)理旁站展開試配，所確定的配比1 為水：納基膨潤土：鈣基膨潤土=1 200 g：200 g：540 g，漿液容重為13.40 kN/m3，粘度34 s；配比2 為水：納基膨潤土：鈣基膨潤土=2 000 g：360 g：1 650 g，漿液容重為15.20 kN/m3，粘度35 s。漿液各項參數(shù)均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，在灌漿施工期間必須定期檢查。

成孔20個后復(fù)查孔深，無誤后按照“先稀后稠，孔底注漿，少灌多復(fù)”的原則通過灌漿機沿大壩軸線不分序由上至下灌漿；每個注漿孔復(fù)灌3次，每次均應(yīng)一次性灌滿，相鄰灌漿操作之間的時間間隔為12 h。灌漿開始后，將φ60 mm 注漿管下入孔內(nèi)，管底和孔底的距離不超出0.50～1.00 m，并通過專用封孔器封孔；同時在孔內(nèi)設(shè)置壓力表，以控制灌漿壓力；泥漿桶內(nèi)泥漿下降量通過鋼尺測量，并結(jié)合泥漿桶斷面面積推求各注漿孔初灌、復(fù)灌漿液量以及總灌漿量。

3.4 終止灌漿及封孔

待漿液液面上升至與孔口齊平，且任意連續(xù)3次復(fù)灌可在50 kPa的注漿壓力下持續(xù)10 min以上，則可終止灌漿。灌漿結(jié)束后應(yīng)及時拔除灌漿管，同時將密度不小于15 kN/m3的粘稠漿液滿注于孔內(nèi)；若此時孔內(nèi)液面下降，則應(yīng)繼續(xù)增大粘稠漿液灌注量，直至液面與孔口齊平并不再下降。

4 結(jié)論

封開縣都斛水庫主副壩采用錐探灌漿加固措施后運行至今，壩段未再出現(xiàn)滲水問題，施工實踐表明，為保證錐探灌漿施工質(zhì)量和效果，必須在施工方案設(shè)計階段合理確定灌漿操作程序，并通過試灌確定出孔距、灌漿壓力、漿液粘度、灌漿量等參數(shù)取值，灌漿開始后先進行注水試驗，再順次展開造孔、清孔、制漿及灌漿、終止灌漿及封孔等操作。錐探灌漿施工技術(shù)能大大降低水庫壩段巖土體滲透系數(shù)，消除壩段填筑施工質(zhì)量缺陷以及未勘探到的壩基孔穴等不良地質(zhì)隱患，可在類似工程除險加固中推廣應(yīng)用。