東風(fēng)水庫(kù)左岸補(bǔ)強(qiáng)帷幕灌漿施工關(guān)鍵技術(shù)研究

李建坤，陳中和

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,天津 300222）

0 引言

帷幕灌漿方法是水利工程建設(shè)中常用的補(bǔ)強(qiáng)防滲工程方法一種,利用設(shè)備對(duì)所要求防滲工程處理的施工區(qū)地層進(jìn)行鉆探、清洗、壓水、灌注水泥漿液的方法,將水泥漿液壓入地基裂隙內(nèi),硬化膠結(jié),從而形成一個(gè)強(qiáng)度高、抗?jié)B透、彈性模量大及較高完整性的阻水帷幕,以達(dá)到減小壩基滲漏量的目的。因此相關(guān)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中,對(duì)于施工質(zhì)量控制、工序控制及質(zhì)量檢查提出了較高的要求[1]。

1 工程概況

金堂縣東風(fēng)水庫(kù)坐落于沱江左岸清溪河一級(jí)支流,距離金堂縣縣城約25 km。大壩地理坐標(biāo)在東經(jīng)104°35′7′,北緯30°51′7′,涉及集雨面積16.8 km2,多年平均徑流量421 萬(wàn)m3。1958年11 月開(kāi)工,1960年10 月建成主壩高31.8 m、總?cè)莘e為712 萬(wàn)m3,屬Ⅳ等?。?）型水庫(kù),灌溉面積1.5 萬(wàn)畝,實(shí)灌面積是1.25 萬(wàn)畝。由于水庫(kù)位置高,發(fā)展自然灌溉條件好,更有人民渠七期余水充蓄,經(jīng)各級(jí)主管部門(mén)的審批認(rèn)可,將東風(fēng)水庫(kù)擴(kuò)建為中型工程,以緩解該縣丘陵區(qū)缺水問(wèn)題。

擴(kuò)建后,水庫(kù)正常蓄水位高程500.00 m,大壩壩頂高程503.70 m,最大壩高可達(dá)48.39 m,正常庫(kù)容2200 萬(wàn)m3,總庫(kù)容為2610 萬(wàn)m3,灌溉區(qū)面積11.62 萬(wàn)畝。東風(fēng)水庫(kù)壩型為粘土心墻石渣壩,本次擴(kuò)建保持原大壩上游壩坡不變,從原大壩下游面培厚加高壩體。溢洪道進(jìn)口底板設(shè)計(jì)高程500.00 m,全部長(zhǎng)度589 m,設(shè)計(jì)泄洪流速可達(dá)45.5 m3/s,校核泄洪流速85 m3/s。放水（空）洞進(jìn)口底板高程475.0 m,全長(zhǎng)236 m。

2 方案設(shè)計(jì)

2018年11 月,業(yè)主在對(duì)大壩例行巡視中發(fā)現(xiàn)大壩下游左壩坡出現(xiàn)滲水現(xiàn)象,最高點(diǎn)位于左岸排水溝位置,高程為473.7 m,最低點(diǎn)位于排水棱體平臺(tái)467.0 m,初步測(cè)量濕潤(rùn)面積約923 m2,大壩下游左岸排水棱體上游地段有從坡面浸潤(rùn)或集中呈股狀流出,左岸基巖地下水呈股狀流出,影響下游壩坡的安全穩(wěn)定。

2018年～2021年期間局部進(jìn)行灌漿, 效果不理想。2021年11 月完成了“金堂縣東風(fēng)水庫(kù)擴(kuò)建工程大壩補(bǔ)強(qiáng)帷幕灌漿工程實(shí)施方案”。

左壩肩壩段灌漿孔沿著大壩軸線布置,為雙排斜孔,其中上游排樁號(hào)為壩0-065.00～壩0+075.00,灌漿孔軸線長(zhǎng)度140.00 m,共布置65 孔。下游排灌孔分為兩部分,樁號(hào)為壩0+057.00～壩0+049.00,共布置5 孔,樁號(hào)壩0-007.00～壩0-065.00,共布置30 孔。雙排斜孔灌漿孔合計(jì)100 孔。

左壩肩灌漿孔與原灌漿孔排距1.0 m,相鄰孔距2.0 m,呈梅花型布置,傾斜角度15°,終孔端偏差不大于1°,終孔孔徑不小于75 mm,孔底高程412.00 m～440.00 m,孔深65.8 m～94.9 m。

起灌高程：壩0+000.00～壩0+075.00 段為原混凝土灌漿平臺(tái)高程；壩0+000.00～壩0-065.00 段為500 m 正常蓄水位高程。

3 帷幕灌漿施工

（1）施工測(cè)量。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的狀況,通過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算鉆孔的部位、數(shù)量、間距、斜率和工程信息,確保用適當(dāng)?shù)姆绞绞箍讖降某叽鐫M足設(shè)計(jì)方案需要。100 個(gè)斜孔眼,依據(jù)鉆孔深淺和造孔難易等具體情況,決定工程期限90 d。整個(gè)左岸灌漿孔施工過(guò)程中,建成的帷幕灌漿統(tǒng)計(jì)總段數(shù)1323 段,完成非灌漿段統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)度1438.29 m,完成灌漿段統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)度6594.83 m,注灰后總重量約為1379847 kg,單位注灰量209.23 kg。

（2）設(shè)置灌漿孔。灌漿孔孔位、孔斜、孔深應(yīng)均按設(shè)計(jì)圖進(jìn)行鉆孔、灌漿,鉆孔按雙排孔布置,分Ⅲ序施工,大壩壩體范圍內(nèi)鉆孔施工采用無(wú)水施工,壩體心墻部分需下套管護(hù)壁。灌漿方法使用孔內(nèi)循環(huán)法。鉆孔灌漿間距仍按2 m,排距按1 m 布孔。帷幕灌漿具體施工按分序加密進(jìn)行。兩排孔組成的帷幕應(yīng)先灌注下游排孔,后灌注上游排序鉆孔。采取的是自上而下,鉆取一段灌漿一段的孔口封閉式灌漿施工法。灌漿段長(zhǎng)度一般控制在5 m,最大段長(zhǎng)不得超過(guò)8 m,接觸段長(zhǎng)2 m（原灌漿混凝土平臺(tái)與基巖接觸部位）。

本工程現(xiàn)場(chǎng)使用孔口封閉灌漿施工法。各孔接觸段,應(yīng)先行單獨(dú)鉆孔與灌漿,鑲鑄孔口管,待凝48 h 以上。采用孔口封閉器要求需具備良好的耐壓性和密封性,保障灌漿管在灌漿過(guò)程中可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)和起降。

（3）鉆進(jìn)成孔。首先,清除施工現(xiàn)場(chǎng),保證將所有妨礙施工效率的外來(lái)雜物全部清理,在清除完畢之后,再進(jìn)行地面搭設(shè)鉆探臺(tái)的工作。在設(shè)置樁架的過(guò)程中,確保樁架定位正確,并適當(dāng)設(shè)置鉆頭。確定鉆機(jī)定位準(zhǔn)確,使鉆具、灌漿孔放孔位置以及平臺(tái)處于同一中心線上,并確保高度合適。鉆頭裝配完成后,對(duì)鉆頭進(jìn)行試驗(yàn)。首先選定試驗(yàn)部位,然后進(jìn)行試驗(yàn),確定了鉆具供水以及確定了機(jī)械的功率大小,此資料為以后進(jìn)行鉆孔依據(jù)。在開(kāi)始施工之時(shí),應(yīng)對(duì)鉆具、鉆桿等裝置進(jìn)行仔細(xì)檢查,以確保鉆具沒(méi)有扭曲、松散的現(xiàn)象,并保證鉆具以相同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度開(kāi)展鉆探,才能很好地完成鉆孔。

（4）裂隙沖洗及壓水測(cè)試。灌漿孔完成后,用高壓水流放至底部對(duì)孔底、孔壁進(jìn)行灌漿前的沖洗工作,沖洗壓力為該灌漿段壓力的80%,以此保證孔底及孔壁干凈。在孔底清潔的過(guò)程中,用壓力管道或鉆桿對(duì)沖洗水流輸送,在沖洗孔底及孔壁過(guò)程中,不間斷水流,以達(dá)到清潔目的。沖洗中發(fā)生回流水,水質(zhì)不好,需連續(xù)沖洗20 min 以上,從開(kāi)始沖洗到結(jié)束,完整沖洗過(guò)程必須連續(xù)30 min 以上。壩體部位的灌漿孔比其他部分的要深,需延長(zhǎng)鉆孔沖洗時(shí)間,針對(duì)于該段的沖洗時(shí)間就要超過(guò)1 h,以保證鉆孔沖洗更清潔。全部沖洗工作結(jié)束后,需自上而下分段進(jìn)行壓水試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法,將壓力限制在灌漿壓力80%左右,嚴(yán)格遵循施工規(guī)范要求,避免因過(guò)高的沖洗壓力而破壞孔壁完整性及裂隙的連通性。

（5）灌漿施工。沖洗作業(yè)結(jié)束后,依據(jù)壓水測(cè)試獲取的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)展開(kāi)灌漿施工工作。水泥漿液濃度水灰比分為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 六比級(jí),水泥漿液濃度變換原則：當(dāng)灌注量達(dá)300 L 或灌注持續(xù)時(shí)間達(dá)到30 min,且灌漿壓力或灌注速率無(wú)變化或變化不明顯,將灌漿濃度再提高一級(jí)。也可根據(jù)簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)的吸水量大小及現(xiàn)場(chǎng)工作情況越級(jí)使用濃漿灌注,灌注效果差,應(yīng)恢復(fù)稀漿灌注。

帷幕灌漿以設(shè)計(jì)壓力自上而下進(jìn)行,以最大設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行灌漿,灌注速率不超過(guò)1 L/min 時(shí),持續(xù)灌注30 min 后,即為完成該段灌漿工作。

（6）終孔及密封。帷幕灌漿孔終孔,原則為連續(xù)兩灌漿段壓水測(cè)試透水率≤5 Lu。終孔段的透水率或單位灌注量超過(guò)設(shè)計(jì)提供值時(shí),則該灌漿孔需繼續(xù)加深灌漿。

完成灌漿后,通過(guò)壓力灌漿或高濃度水泥漿液置換等方式密封已完成灌漿孔。采用水灰比1∶0.5 的水泥漿液置換鉆孔內(nèi)較稀漿或積水,使用全孔灌漿法進(jìn)行封孔,漿液經(jīng)過(guò)沉降后,使用水泥砂漿補(bǔ)封沉降部分至孔口[2]。

4 工程施工中問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

（1）鉆孔事故處理。在灌漿孔施工過(guò)程中,基巖鉆孔局部出現(xiàn)塌孔、掉塊、縮孔等卡鉆機(jī)問(wèn)題,使施工難度加大。通過(guò)打撈設(shè)備及套管跟管鉆進(jìn)技術(shù),對(duì)鉆機(jī)事故的發(fā)生發(fā)揮了較好的控制效果。

（2）漿液凝固抱射漿管問(wèn)題。左岸開(kāi)始施工時(shí),ZK1、ZK9、ZK17、ZK29、ZK37 部分灌漿段壓水測(cè)試最大泵量達(dá)80 L/min～100 L/min,該段壓水測(cè)試時(shí)無(wú)壓力無(wú)回水,灌漿時(shí),水灰比0.5,時(shí)長(zhǎng)30 min 后,仍為無(wú)壓無(wú)回狀態(tài),間歇10 min～20 min,出現(xiàn)水泥漿抱死射漿管情況。灌漿無(wú)壓無(wú)回,導(dǎo)致孔內(nèi)漿液循環(huán)不暢,局部出現(xiàn)水泥漿液沉淀。后續(xù)采取減少間歇時(shí)間、每隔10 min 左右進(jìn)行一次提鉆,水泥漿抱管現(xiàn)象得以控制。

（3）地面抬動(dòng)問(wèn)題。左岸ZK37,2022.5.16 夜班第一段灌漿過(guò)程中出現(xiàn)上壩面冒漿情況,該孔周?chē)鷫蚊媛方涌p處出現(xiàn)抬動(dòng),立即停止灌漿。后經(jīng)分析基巖層面及垂向裂隙發(fā)育,灌漿設(shè)計(jì)壓力較大,混凝土蓋板處較為薄弱,出現(xiàn)上壩面冒漿及路面抬動(dòng)情況。現(xiàn)場(chǎng)采取及時(shí)封堵串、冒漿點(diǎn),采用降壓、限流、間歇及待凝等措施進(jìn)行處理,效果較好,未再次出現(xiàn)抬動(dòng)問(wèn)題。

（4）突發(fā)停電問(wèn)題。夏季施工,由于天氣原因,該區(qū)域處于用電高峰期,會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)停電情況。出現(xiàn)正在灌漿過(guò)程中,突發(fā)停電情況,灌漿泵及輸漿管會(huì)出現(xiàn)堵塞情況?，F(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備備用發(fā)電機(jī),減少灌漿事故。

5 帷幕灌漿施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）水泥漿液變換濃度原則。灌漿漿液水灰比變化是否合理,是保證帷幕灌漿施工質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。當(dāng)灌注漿液量大于300 L,或者灌漿連續(xù)時(shí)長(zhǎng)超出30 min,且灌漿壓力變化或灌注速率變化不顯著時(shí),灌漿濃度可提高一級(jí)。也可根據(jù)壓水試驗(yàn)的透水率,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作情況越級(jí)使用濃漿灌注,若灌注效果差時(shí),應(yīng)恢復(fù)稀漿灌注。

（2）在灌漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時(shí)要進(jìn)行全表面封堵、攔截,同時(shí)采取低壓濃漿限流、間歇、待凝等辦法解決。通過(guò)上述方式處理后,即可停止本次灌漿工作,在待凝20 小時(shí)后應(yīng)進(jìn)行掃孔再重新灌漿,若再次出現(xiàn)上述情況仍采用上述方式進(jìn)行處理。

（3）對(duì)于無(wú)壓無(wú)回或者回漿量相對(duì)較少段灌漿過(guò)程中,為防止射漿管被水泥漿凝住,在灌漿過(guò)程中要經(jīng)常旋轉(zhuǎn)或者上下拉動(dòng)灌漿射漿管。

（4）灌漿質(zhì)量保證。在帷幕灌漿實(shí)施過(guò)程中,要實(shí)時(shí)進(jìn)行施工流程檢測(cè),以保障灌漿施工質(zhì)量?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員及資料員在灌漿進(jìn)程中,要進(jìn)行灌注速率實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)、記錄,如果發(fā)現(xiàn)與灌漿施工技術(shù)要求不符,應(yīng)立即查找出問(wèn)題所在,并及時(shí)有效解決。在所有灌漿孔灌漿完成后,按照灌漿孔總數(shù)目10%對(duì)帷幕灌漿孔抽檢,進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),并將檢測(cè)結(jié)果交現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理員,確保大壩補(bǔ)強(qiáng)灌漿的帷幕灌漿施工質(zhì)量效果。

6 結(jié)論

隨著中國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速增長(zhǎng),對(duì)水利工程的施工也提出了越來(lái)越高要求,特別是水利工程防滲補(bǔ)強(qiáng)施工問(wèn)題,對(duì)保證施工的安全、穩(wěn)定性、效率都有著重大作用。以東風(fēng)水庫(kù)左岸補(bǔ)強(qiáng)防滲工程為例,結(jié)合工程區(qū)工程地質(zhì)條件及補(bǔ)強(qiáng)防滲設(shè)計(jì)方案,就帷幕灌漿補(bǔ)強(qiáng)防滲施工過(guò)程中的灌漿關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討,根據(jù)帷幕灌漿施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題,提出處理措施,并對(duì)施工過(guò)程中的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié),以期為類(lèi)似案例提供有益借鑒。