帷幕灌漿結(jié)合高壓旋噴灌漿技術(shù)在茶根水庫主壩加固中的應(yīng)用

陳 偉

（博白縣水利水電工程建設(shè)質(zhì)量與安全工作站，廣西 博白 537600）

1 概述

茶根水庫位于博白縣博白鎮(zhèn)南流江支流茶根河中游，水庫壩址距縣城6.0 km，距玉博公路3.0 km。工程于1956 年2 月動(dòng)工興建，1956 年7 月建成。壩址以上集雨面積23.8 km2，總?cè)?544 萬m2，有效庫容1004 萬m2，死庫容40 萬m2，正常高水位82.78 m，死水位71.32 m。50 年一遇設(shè)計(jì)洪水位84.69 m，1000 年一遇校核洪水位85.61 m。水庫設(shè)計(jì)灌溉面積3.5萬畝，壩后電站裝機(jī)450 kW，防洪保護(hù)人口1.5 萬人，是一座以灌溉為主，兼顧發(fā)電、防洪的中型水利樞紐工程。主壩型為粘土心墻壩，壩頂高程88.40 m，最大壩高23.1 m，壩頂長365 m，壩頂寬5.0 m。據(jù)勘測(cè)部門鉆探試驗(yàn)，主壩區(qū)壩基以含砂粘土和含礫石夾黏土質(zhì)為主的全風(fēng)化層以及膠結(jié)性較差的砂巖和破碎弱風(fēng)化巖石為主的強(qiáng)風(fēng)化層組成，厚度分別為3～21.5 m不等，透水性屬中等～弱。

2 滲漏現(xiàn)象與原因分析

2.1 滲漏觀象

茶根水庫已運(yùn)行60 多年，2000 年對(duì)主壩進(jìn)行過加固施工：對(duì)右壩段255 m 范圍內(nèi)采用雙排充填灌漿，灌漿孔距3 m，排距1 m，灌漿總進(jìn)尺3000 m，灌漿底部深入至壩基線。對(duì)86.00 m高程以上壩內(nèi)坡護(hù)坡石進(jìn)行局部翻修整理并以水泥砂漿勾縫護(hù)面，86.00 m 高程至70.08 m 高程在原壩坡干砌石面上采用C15混凝土護(hù)坡，厚100 mm。在右壩段棱體頂部75.00～78.00 m 高程設(shè)導(dǎo)滲溝，增設(shè)大壩壩體滲潤觀測(cè)設(shè)備。但由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和資金等限制不能堵塞滲漏現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為：下游壩坡中部至右壩端排水棱體以上69.80～75.00 m 高程發(fā)現(xiàn)有多處滲濕，滲濕面積達(dá)450 m2，滲濕面積隨著庫水位升高而加大；心墻頂部高程79.37～77.14 m，低于正常蓄水位，不滿足規(guī)范要求。壩腳排水棱體主要采用卵石砌筑，粒徑比較小，比較松散，砌石局部散亂、缺損，造成功能失效，排水不暢，棱體頂部坡面有水滲漏。舊放水管封堵及壓力隧洞灌漿處理不完善，也有漏水現(xiàn)象。

2.2 滲漏原因分析

主壩壩體由壩殼土及心墻土組成，填筑質(zhì)量比較差，壩體心墻阻水性能差。經(jīng)地質(zhì)勘探、鉆孔取樣試驗(yàn)，壩殼土填筑為黏土質(zhì)礫，心墻填筑為含砂黏土。壩殼土平均壓實(shí)度為86.3%，心墻土平均壓實(shí)度為93.2%，低于規(guī)范要求的96.0%。壩殼和心墻填土平均滲透系分別為9.30×10－4cm/s、4.93×10－4cm/s，均大于1×10－4cm/s，兩者土體均為中等透水性，不滿足規(guī)范要求。分析認(rèn)為大壩雖經(jīng)過雙排充填灌漿處理，但效果不是很明顯，仍存在壩體滲漏，且導(dǎo)滲溝導(dǎo)滲效果較差。主要原因是壩體心墻填筑土含黏土滲透系數(shù)較大，局部壓實(shí)度較低，阻水性能差；心墻頂部高程79.37～77.14 m，低于正常蓄水位，防滲體發(fā)揮作用有限；壩腳反濾體上部為砂卵石，下部為塊石，鉆探巖心明顯可見夾較多泥質(zhì)，有堵塞現(xiàn)象。壩體排水不暢導(dǎo)致浸潤線上升致使棱體頂部坡面有水滲出，引起壩體滲漏。

3 帷幕灌漿及高壓旋噴灌漿防滲施工

2021 年博白縣茶根水庫除險(xiǎn)加固工程的防滲方案選擇中，對(duì)主壩進(jìn)行防滲帷幕灌漿結(jié)合塑性混凝土防滲墻方案和帷幕灌漿結(jié)合高壓旋噴灌漿兩種方案進(jìn)行了比較，從現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械施工難易程度、防滲灌漿效果等方面進(jìn)行分析對(duì)比，最后選取確定帷幕灌漿結(jié)合高壓旋噴灌漿為主壩防滲處理方案。

3.1 布孔設(shè)置

帷幕灌漿在原壩頂上灌漿，采用單排布孔，孔軸線位置距壩軸線上游側(cè)1.0 m，灌漿樁號(hào)為（壩右端至左端）0+048～0+336，中心線長共288.0 m，灌漿下限高程51.48（壩右端）～59.38 m（壩左端），帷幕灌漿孔距為2.0 m，共設(shè)置145孔。

壩基高壓旋噴灌漿孔軸線與帷幕灌漿灌漿同一軸線布置，灌漿（從壩右端起至壩左端止）樁號(hào)為0-25～0+367，中心線長共392.0 m，灌漿采用單排布置，孔距為1.0 m，利用帷幕灌漿孔加密布置，共設(shè)置393孔。高噴灌漿平臺(tái)設(shè)在原壩頂高程88.4 m位置上，灌漿頂高程86.11 m，灌漿底界取伸入至風(fēng)化巖層以下0.5～1.0 m。施工順序?yàn)橄柔∧还酀{后高壓旋噴灌漿。帷幕灌漿和高壓旋噴灌漿加固縱剖面圖和橫斷面圖分別見圖1、圖2。

圖1 主壩加固縱剖面圖

圖2 0+050橫剖面圖

3.2 選取灌漿材料及機(jī)械

在土壩灌漿中，選用合適的灌漿材料是保證灌漿質(zhì)量和降低施工造價(jià)的重要因素之一。根據(jù)茶根水庫主壩壩基的地質(zhì)情況和灌漿目的，帷幕灌漿采用純水泥漿液，使用材料為425＃普通硅酸鹽水泥，要求水泥細(xì)度通過80 um 方孔篩余量不大于5%，且制漿材料稱量誤差小于5%，灌漿漿液必須攪拌均勻并測(cè)定漿液密度，若使用普通攪拌機(jī)攪拌時(shí)應(yīng)不小于3 min，高速攪拌機(jī)時(shí)應(yīng)不小于30 s，漿液要在初凝前30 min 用完。高壓旋噴灌漿制漿重量和體積稱量誤差要求控制在5%內(nèi)，普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度要求為42.5，且不能用受潮結(jié)塊或過期。漿液從自制備用至用完不能超過4 h，漿液要過篩后使用并且測(cè)定密度取值適為1.5～1.7 g/cm3，灌漿孔口回漿漿液不能回收利用。高壓旋噴設(shè)備適采用高速攪拌機(jī)，儲(chǔ)漿桶容量應(yīng)滿足連續(xù)供漿要求，灌漿泵和高壓水泵的額定壓力不能小于設(shè)計(jì)規(guī)定壓力的1.2 倍。輸送管道及水泵壓力表應(yīng)定期檢測(cè)，壓力宜在最大標(biāo)準(zhǔn)值的30%～60%之間。

3.3 灌漿方法、灌漿技術(shù)參數(shù)及形式

帷幕灌漿孔孔距為2.0 m，孔深為弱風(fēng)化層以下1.0 m，采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)和金剛鉆頭或硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)，灌漿孔孔徑為90 mm，偏差小于10 cm，底孔偏差不得大于0.25 m；灌漿孔裂隙沖洗壓力為0.4～0.8 MPa 內(nèi)，循環(huán)式灌漿射漿管距孔底小于50 cm，自上而下分段灌漿長度為5～10 m，灌漿試驗(yàn)壓力：孔頂段為0.4～0.6 MPa，底段為0.8～1.1 MPa。灌漿液濃度由稀到濃變換，水灰比分別為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1及0.5∶1進(jìn)行逐級(jí)變換。

高壓旋噴灌漿采用先灌Ⅰ序孔，后灌Ⅱ序孔進(jìn)行施工作業(yè)。施工開始時(shí)，先鉆出第Ⅰ序孔，然后自后端孔向前處孔順次進(jìn)行灌漿。當(dāng)后處孔灌漿時(shí)，前處孔會(huì)自然排出氣體和積水，接著排出漿液，當(dāng)排出漿液的濃度達(dá)到或接近注入漿液濃度時(shí)，則封閉后處孔，改在前處排漿孔繼續(xù)灌漿，依次類推，向前趕灌，直至最后一孔。第Ⅰ序孔完成后，按同樣的程序進(jìn)行第Ⅱ序孔的鉆孔灌漿。高壓旋噴灌漿孔的孔距為1.0 m，Ⅰ、Ⅱ序孔的灌漿間隔時(shí)間應(yīng)大于24 h。

茶根水庫主壩高壓旋噴灌漿，灌漿參數(shù)的采用以及根據(jù)本工程的地質(zhì)條件，擬定灌漿參數(shù)如下表見表1。

表1 高壓旋噴灌漿參數(shù)表

在進(jìn)行旋噴過程中，通過高壓灌漿漿液，使壩體土與防滲漿液攪拌相互混合凝固，共同形成防滲墻，起到防滲作用，要求其滲透系數(shù)K值小于n×10-6cm/s（1≤n≤9）。防滲墻成墻效果示意圖見圖3。

圖3 成墻效果示意圖

4 施工問題的分析與處理

由于主壩高噴灌漿孔深度較大，施工時(shí)應(yīng)調(diào)整好相關(guān)灌漿技術(shù)參數(shù)。當(dāng)下噴射管前，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行地面試噴，以檢查機(jī)械和管路是否正常，當(dāng)噴頭下至規(guī)定深度時(shí)，應(yīng)按規(guī)定參數(shù)進(jìn)行原位噴射，待漿液返出孔口情況正常后方可開始提升噴射。高噴灌漿過程中，若出現(xiàn)壓力突降或驟增、孔口回漿濃度或回漿量異常，孔內(nèi)嚴(yán)重漏漿等情況時(shí)，應(yīng)查明原因及時(shí)處理。若發(fā)生串漿情況，應(yīng)及時(shí)填堵被串漿孔，待串漿孔高噴灌漿結(jié)束時(shí)，應(yīng)盡快對(duì)被串孔進(jìn)行掃孔處理，再進(jìn)行高噴灌漿或繼續(xù)鉆進(jìn)。高噴灌漿結(jié)束后，應(yīng)利用回漿或水泥漿及時(shí)回灌，直至孔口漿面不下降為止。

5 結(jié)語

茶根水庫主壩的灌漿于當(dāng)年9 月結(jié)束，連續(xù)經(jīng)歷了2022、2023年汛期的高水位運(yùn)行。在主壩下游坡高程69.80～75.00 m處沒有發(fā)現(xiàn)水滲出，壩外坡腳棱體排水頂部坡面滲流量明顯減少，對(duì)壩體觀測(cè)滲漏量在灌漿前與灌漿后的成果見表2、表3。

表2 茶根水庫主壩滲漏量觀測(cè)成果

表3 茶根水庫主壩浸潤線觀測(cè)成果

從表2、3 中可以看出，茶根水庫主壩壩體的滲流量和浸潤線灌漿后比灌漿前有明顯下降，浸潤線在同一水庫水位通過測(cè)管水位觀測(cè)，其浸潤線與灌漿前相比，降低1.8 m 左右。實(shí)踐證明茶根水庫主壩通過帷幕灌漿結(jié)合高壓旋噴灌漿處理后，能夠解決水庫主壩壩體繞壩滲涌問題，灌漿形成的防滲墻達(dá)到預(yù)期效果。