帷幕灌漿技術(shù)在金家溝水庫大壩工程中的應(yīng)用探究

摘要：水庫大壩工程建設(shè)中，灌漿施工質(zhì)量是項(xiàng)目順利建設(shè)的基礎(chǔ)。結(jié)合金家溝水庫大壩工程實(shí)例，分析帷幕灌漿技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)，主要包括鉆孔、孔道沖洗、漿液制備以及帷幕灌漿等工藝要求。結(jié)合灌漿技術(shù)特征，探討帷幕灌漿施工技術(shù)在水庫大壩工程項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用。灌漿孔布設(shè)采用三排孔帷幕灌漿工藝，通過鉆孔設(shè)備選擇、灌漿材料選擇與制備、帷幕灌漿、質(zhì)量檢測以及孔道封堵等施工工序，建立封閉抗壓屏障，減少帷幕滲水，以提高水庫大壩的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：帷幕灌漿；鉆孔；漿液制備；孔道布設(shè)；質(zhì)量檢測

0 引言

水庫大壩水利工程建設(shè)過程中，為保證水庫的運(yùn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免后期受自然環(huán)境影響造成損壞，應(yīng)實(shí)施必要的灌漿加固技術(shù)。灌漿技術(shù)主要通過壓力作用，將漿液通過灌漿孔灌裝至建筑空隙，以有效提高建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)性能[1]。灌漿的實(shí)施方式主要參考建筑、巖體的實(shí)際結(jié)構(gòu)加以分析選擇，以改良建筑、巖體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、防滲效果。常見的水庫加固工藝主要有高壓噴漿法、截滲墻法、帷幕灌漿法等。其中，帷幕灌漿技術(shù)主要應(yīng)用于水庫大壩的加固與防滲，具有實(shí)施效率高、操作便捷、加固效果好、施工成本低等特點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)充分結(jié)合項(xiàng)目特征，采用必要的措施方法加以管控，以有效提升水庫大壩的加固質(zhì)量。

1 工程概況

金家溝水庫位于貴州省遵義市習(xí)水縣境內(nèi)，其總庫容179萬m3，設(shè)計(jì)蓄水位821m，對應(yīng)正常蓄水位庫容136萬m3。金家溝水庫大壩建筑結(jié)構(gòu)死水位805m，對應(yīng)死庫容9萬m3，為調(diào)節(jié)型水庫，年設(shè)計(jì)供水為混凝土面板堆石壩，最大壩高35m，壩軸線長138m，壩頂高程825.5m。水庫屬?。?）型水cDl5soIb9tQDZVEaPsHVujwLZ5bUI6jpvfWlFmt8vBk=庫，工程為Ⅳ等級別。

為達(dá)到水庫大壩工程設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和滲透壓力，選擇應(yīng)用帷幕灌漿施工技術(shù)。通過采用壩基溶洞封堵、溢洪道加固、封閉墻防滲、隧洞工作橋加固等手段，實(shí)現(xiàn)達(dá)到水壩的整體加固防滲效果。

2 帷幕灌漿技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)

2.1 灌漿孔道鉆孔

孔道鉆孔是帷幕灌漿施工質(zhì)量的基礎(chǔ)。為確保鉆進(jìn)點(diǎn)位的準(zhǔn)確性，要依據(jù)測量放線設(shè)計(jì)的點(diǎn)位實(shí)施鉆孔。鉆孔過程中，通過鉛錘法不斷調(diào)節(jié)鉆機(jī)，以達(dá)到鉆機(jī)施工的平、正、穩(wěn)效果[2]。鉆頭鉆入土層后，為防止鉆孔產(chǎn)生較大垂直度偏差，應(yīng)利用套管跟進(jìn)的模式，調(diào)控土層初始鉆入的垂直度。同時(shí)，避免選擇強(qiáng)度有限且易發(fā)生卡鉆的普通鉆頭，宜選擇硬度較高的金剛石鉆頭配合巖芯鉆機(jī)鉆孔，利用旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式鉆至設(shè)計(jì)要求的深度點(diǎn)位。灌漿孔道鉆孔示意圖如圖1所示。

2.2 孔道沖洗打壓試驗(yàn)

2.2.1 孔道沖洗

帷幕灌漿正式實(shí)施前，孔道沖洗是必備操作。通常采用風(fēng)與水共同沖洗的方式，由孔底至孔外實(shí)施沖洗，通過合理的水壓控制，確保對孔道的沖洗效果和對孔壁的保護(hù)[3]。

沖洗水壓通常為帷幕灌漿壓力的80%，沖洗風(fēng)壓通常應(yīng)控制在帷幕灌漿壓力的50%。裂縫孔沖洗時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加沖洗的壓力和時(shí)長，直至回水澄清后，再?zèng)_洗10min后停止。單孔沖洗時(shí)長應(yīng)控制在30min以上，多孔沖洗時(shí)長應(yīng)控制在120min以上，孔洞殘?jiān)穸炔灰硕嘤?0cm。清孔后應(yīng)及時(shí)緊后實(shí)施帷幕灌漿作業(yè)，間隔時(shí)長應(yīng)不長于24h。

2.2.2 孔道壓水試驗(yàn)

孔道裂縫沖洗完畢后，應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，通常采用五點(diǎn)壓水法、單點(diǎn)壓水法、簡易壓水法等方式[4]。以簡易壓水法為例，其壓水壓力應(yīng)低于帷幕灌漿壓力的80%，壓水時(shí)長應(yīng)長于20min，且每5min觀察壓水流量參數(shù)，保證參數(shù)值應(yīng)低于工程允許偏差。

2.2.3 制備漿液

漿液制備過程中，漿液材料應(yīng)準(zhǔn)確承重，誤差應(yīng)低于允許偏差值的5%。應(yīng)均勻攪拌混合漿液，保證漿液粘滯度和密度參數(shù)符合工程要求標(biāo)準(zhǔn)，并做好制備記錄。

利用水泥漿液材料灌注時(shí)，如果采用普通攪拌機(jī)攪拌，攪拌時(shí)長應(yīng)長于3min；如果采用高速攪拌機(jī)攪拌時(shí)，攪拌時(shí)長應(yīng)長于30s，且從漿液制備至灌漿作業(yè)不可長于4h。為保證帷幕灌漿加固防滲功效，應(yīng)在漿液中摻入適當(dāng)?shù)臏p水劑，漿液水灰比控制在1：1，同時(shí)應(yīng)保證漿液的輸送速度和溫度在要求范圍內(nèi)。

2.2.4 帷幕灌漿

灌漿初始階段，采用實(shí)施分段升壓的灌漿方式，以快速實(shí)現(xiàn)灌漿壓力升至設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[5]。一般情況下，灌漿孔基巖段高差為6m以下，應(yīng)采用全孔一次性灌漿方式。如果其高差為6m以上，應(yīng)采用自上而下的分段灌漿方式。單次灌漿高度應(yīng)控制在5～6m范圍內(nèi)，以確保每個(gè)縫隙均可被填充漿液，單次灌漿高度最大不應(yīng)大于10m。

應(yīng)依據(jù)差異化部位的結(jié)構(gòu)特征，實(shí)施不同的注漿方式。針對基巖、壩體等接觸段位置均應(yīng)實(shí)施單獨(dú)灌漿方式，待漿液凝固再實(shí)施下段灌漿，以防止出現(xiàn)漿液滲漏。針對灌漿孔段孔口無涌水情況，灌漿完畢可繼續(xù)實(shí)施周邊其他段灌漿，不必等其凝固。針對破碎帶、斷層等不良地質(zhì)段位置，應(yīng)待到漿液凝固方可進(jìn)行周邊其他孔段灌漿。

帷幕灌漿可通過以下標(biāo)準(zhǔn)判定灌漿結(jié)束：灌漿過程中壓力恒定不變，當(dāng)注入速率低于1L/min時(shí)，灌漿時(shí)長應(yīng)保持約在90min。當(dāng)注入速率低于0.4L/min，灌漿時(shí)長保持約在60min，即標(biāo)志灌漿完成。灌漿結(jié)束應(yīng)實(shí)施必要的質(zhì)量檢測，達(dá)標(biāo)后方可實(shí)施后續(xù)封孔作業(yè)。

3 帷幕灌漿施工技術(shù)應(yīng)用

本水庫大壩項(xiàng)目壩基肩趾板基面主要是含鈣質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖地質(zhì)。壩體實(shí)施基礎(chǔ)開挖后，河床段趾板基面主要處于弱風(fēng)化層內(nèi)，而岸坡上部局部在強(qiáng)風(fēng)化層，因此將帷幕灌漿固結(jié)范圍選在河床段及左右岸趾板基礎(chǔ)位置，以提升基礎(chǔ)巖體的完整性、抗?jié)B性以及趾基巖體強(qiáng)度和抗變形能力。

3.1 灌漿孔布設(shè)

金家溝水庫大壩水利工程地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，壩體趾板寬為4m，因此灌漿孔使用梅花狀布設(shè)模式，孔排距離1.5m。大壩帷幕在趾板的部位兼用作固結(jié)灌漿孔，帷幕的上游和下游1.5m位置分別布設(shè)單排固結(jié)灌漿孔，中間排帷幕兼固結(jié)孔距設(shè)為2m，上游和下游排固結(jié)灌漿孔距設(shè)為3m。針對基礎(chǔ)層間夾泥區(qū)和裂隙集中區(qū)應(yīng)實(shí)施深挖、擴(kuò)挖回填處理，并后續(xù)適當(dāng)增設(shè)固結(jié)灌漿加密孔的數(shù)量。

固結(jié)灌漿孔依據(jù)兩序排列施工。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，項(xiàng)目防滲帷幕線路按照單排孔沿趾板中心線布設(shè)，兩岸過趾板后部位按垂直岸坡布設(shè)，并分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序排列，相鄰孔間隔為2m。其中Ⅰ、Ⅱ序孔距為8m，Ⅲ序孔距為4m。項(xiàng)目共布設(shè)145個(gè)孔，孔位軸向偏差應(yīng)小于10cm，防滲帷幕孔深下限以基巖內(nèi)透水率低于5Lu以下5m為標(biāo)準(zhǔn)。灌漿孔鉆孔布設(shè)示意圖如圖2所示。

3.2 鉆孔施工

選取鉆孔機(jī)械設(shè)備，按項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，標(biāo)準(zhǔn)孔道的孔徑應(yīng)超過56mm，各類檢測孔的孔徑應(yīng)超過76mm。按設(shè)計(jì)要求標(biāo)明孔道編號與順序，保證開孔點(diǎn)位誤差低于10cm，孔深誤差低于20cm。

鉆孔施工過程中，遇到溶蝕帶或斷層巖體時(shí)，易導(dǎo)致漏水、塌孔等情況發(fā)生，應(yīng)先做灌漿處理，固結(jié)24h后繼續(xù)實(shí)施鉆孔施工。鉆孔過程中如遇洞穴、塌孔、涌水等情況，應(yīng)及時(shí)處理，并記錄詳細(xì)。待鉆孔的孔深達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)實(shí)施必要的斜度、深度及位置測量。

鉆孔順序應(yīng)同灌漿順序保持對應(yīng)一致，相同灌漿區(qū)、不相鄰?fù)涡虻墓酀{孔可同一時(shí)段實(shí)施鉆孔。完成鉆孔后，要對孔道口作好保護(hù)處理。

3.3 灌漿材料選擇與拌和

本項(xiàng)目選擇低漿力灌漿材料作為制備灌漿的主材，其中水泥的強(qiáng)度等級要超過32MPa，細(xì)度等級通過80um方孔篩，篩留余量應(yīng)低于5%。為達(dá)到項(xiàng)目要求等級的灌漿壓力標(biāo)準(zhǔn)，將灌漿拌和料按化學(xué)材料和固粒材料種類進(jìn)行劃分，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定摻合料、外加劑等摻合料的摻入種類和摻入量。本項(xiàng)目化學(xué)材料主要包括酸性水玻璃、丙凝樹脂等；固粒材料主要包括砂石、水泥、黏土、粉煤灰等。

3.4 帷幕灌漿施工

本項(xiàng)目帷幕灌漿方式，主要采用循環(huán)模式的自上而下分段方式施工。針對同區(qū)域同次序孔的灌漿按照先邊后中，下游排至上游排，最后中間排的方式完成。如遇到灌漿量多、縫隙量大的情況，應(yīng)實(shí)施泵孔一一對應(yīng)的方式灌漿，并聯(lián)孔數(shù)應(yīng)少于3孔。

3.4.1 建立帷幕灌漿抗壓屏障

通過主帷幕同副帷幕銜接的方式建立封閉抗壓屏障。銜接接頭主要選擇硅酸鹽材料，以達(dá)到防強(qiáng)腐效果。通過灌漿孔道上游側(cè)壁的水平方向建立銜接并進(jìn)行灌漿，利用高壓膠管做銜接管路。銜接完成主、副帷幕后，應(yīng)確保灌漿的流通性，以達(dá)到構(gòu)建具有封閉效果的抗壓屏障。帷幕灌漿抗壓屏障結(jié)構(gòu)如圖3所示。

帷幕灌漿抗壓屏障結(jié)構(gòu)完成建立后，為保證漿液灌輸?shù)牧鲃?dòng)性，需將漿液灌輸壓力控制在0.5～1.0MPa區(qū)間，漿液灌輸速度控制在1.5～2.0m/s區(qū)間，以確保漿液不產(chǎn)生凝結(jié)、沉淀等狀況。

3.4.2 灌漿施工

受金家溝水庫大壩工程周邊環(huán)境因素影響，灌漿時(shí)易發(fā)生壓力突增的現(xiàn)象，對此應(yīng)立即暫停灌漿施工，排查壓力變化原因。完成一次灌漿后，如抗壓屏障區(qū)位置的灌漿孔道深為3m以內(nèi)，即標(biāo)志著完成本區(qū)域的灌漿施工。如灌漿孔道深為3～5m范圍，可通過調(diào)節(jié)灌漿壓力進(jìn)行灌漿施工。為了防止灌漿時(shí)出現(xiàn)相鄰灌漿孔串漿現(xiàn)象，灌漿壓力應(yīng)低于1.0MPa。一旦發(fā)生串漿應(yīng)及時(shí)進(jìn)行漿液重灌，以確保完成本區(qū)位置的灌漿。如灌漿孔道深大于5m，會(huì)出現(xiàn)灌漿時(shí)吸漿量降低的情況，對此應(yīng)在控制灌漿壓力的同時(shí)，保證在相同屏障范圍灌漿作業(yè)。

3.5 質(zhì)量檢測

全部帷幕灌漿施工完成后，應(yīng)進(jìn)行必要的質(zhì)量檢測，金家溝水庫大壩帷幕灌漿主要采用空壓水試驗(yàn)結(jié)果分析法進(jìn)行質(zhì)量檢測。檢測過程中，應(yīng)依據(jù)灌漿實(shí)際布控監(jiān)測孔，保證監(jiān)測孔點(diǎn)位設(shè)置的科學(xué)合理性。監(jiān)測點(diǎn)位應(yīng)重點(diǎn)布設(shè)在大孔隙區(qū)、巖石碎石帶、帷幕中心線位置等帷幕灌漿難以滲流到達(dá)的薄弱區(qū)域。帷幕灌漿質(zhì)量監(jiān)測孔數(shù)應(yīng)以超過灌漿孔總數(shù)的10%為標(biāo)準(zhǔn)，且保證各個(gè)壩段、各個(gè)單元至少布控1個(gè)檢測孔。壩體混凝土及基巖接觸區(qū)帷幕灌漿質(zhì)量達(dá)到100%合格的標(biāo)準(zhǔn)，其他段區(qū)質(zhì)量超過90%合格標(biāo)準(zhǔn)，方可實(shí)施下道施工工序。

3.6 孔道封堵施工

孔道全部灌漿施工完畢后，通過壓力封孔法進(jìn)行灌漿孔封堵，以保證漿液保持密封。在灌漿孔附近區(qū)域，將調(diào)配好的漿液按最大灌漿壓力設(shè)定封堵灌漿壓力，按1L/min的注漿速率連續(xù)封堵30min后，實(shí)現(xiàn)灌漿孔完全封堵。鑒于封堵壓力大于灌漿壓力，完成封堵后，漿液實(shí)際壓力可同原有灌漿基礎(chǔ)壓力保持一致，實(shí)現(xiàn)灌漿孔內(nèi)流通效果。全部灌漿孔封堵完畢，依次監(jiān)測封堵效果，保證膠管口處于灌漿水平表面以下，回填效果密實(shí)。如封堵位置發(fā)生冒漿現(xiàn)象，應(yīng)通過限流封堵法實(shí)施二次封堵，以使冒漿位置實(shí)現(xiàn)凝結(jié)，直至保證灌漿孔封堵完畢。

4 結(jié)束語

本文以金家溝水庫大壩工程為例，結(jié)合帷幕灌漿技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)，研究了帷幕灌漿施工技術(shù)在水庫大壩工程項(xiàng)目的施工過程，并分別從鉆孔、打壓沖洗、制備漿液、帷幕灌漿等方面論述該技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。通過構(gòu)建封閉抗壓屏障，優(yōu)化帷幕防滲效果，進(jìn)而達(dá)到提高水庫大壩建設(shè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳保增.水庫大壩除險(xiǎn)加固工程中帷幕灌漿施工技術(shù)的運(yùn)用分析[J].工程技術(shù)研究，2022，7（23）：70-73+79.

[2] 胡其林，張家富，王昌平，等.無蓋重覆蓋層下部砂巖地層帷幕灌漿施工技術(shù)應(yīng)用[J].四川水利，2020，41（3）：53-56．

[3] 王麗紅.基于帷幕灌漿法的水電站工程特殊地層施工技術(shù)研究[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，42（5）：24-27．

[4] 陳華俊.巖溶庫區(qū)帷幕灌漿技術(shù)及其工藝參數(shù)優(yōu)化[J].長江科學(xué)院院報(bào)，2022，39（7）：144-148+53.

[5] 楊再志，張會(huì)員，劉軍，等.烏弄龍水電站大壩帷幕灌漿工程施工質(zhì)量管理與實(shí)踐[J].云南水力發(fā)電，2021，37（2）：75-78.