沾益縣漁洞水庫除險加固工程帷幕灌漿設計與施工

朱知英

（云南省沾益縣水務局 655331）

1 沾益縣漁洞水庫除險加固概況

云南省沾益縣漁洞水庫位于長江流域牛欄江右岸的一級支流黑灘河上，距沾益縣城東38km，是一座以農業灌溉、人蓄飲水、防洪為主的云南省重點小（1）型水庫。該工程始建于1957年9月，1959年5月竣工并投入運行，由大壩、溢洪道、輸水高涵、輸水低涵組成。大壩為粘土心墻堆石壩，壩高36.0m，壩頂長140m，壩頂寬3.0m。水庫控制徑流面積16.7km2，總庫容734萬m3，興利庫容676萬m3。通過新建輸水隧洞、整修壩面、新增護坡及防浪墻工程、新修倒濾體、對壩體（壩肩及壩基）進行防滲處理、擴建溢洪道、新建大壩觀測設施等項目進行除險加固。工程灌溉面積800hm2，防洪保護面積1000hm2，保障0.86萬人和1.3萬頭（只）牲畜飲水問題，對促進沾益縣社會經濟可持續發展具有重要意義。大壩防滲工程采用帷幕灌漿處理。于2008年11月1日開工，2009年4月30日竣工，實際工期6個月，按批復工期提前4個月完工，節約工程投資21.4萬元。主要完成壩體鉆孔2327.9m，壩體灌漿2114.9m，基巖鉆孔1872.5m，基巖灌漿1872.5m，結算資金193.5萬元。

2 帷幕灌漿設計

2.1 孔位布置

孔位沿壩軸線布置，采用單排孔設計。

2.2 孔距計算

a.漿液擴散半徑。漿液擴散半徑按式（1）計算：

式中R——漿液擴散半徑，m；

K——土體滲透系數，取3.3×10-4cm/s；

t——灌漿延續時間，取2h；

r——輸漿管半徑，取15mm；

μ1，μ2——水與漿液的粘滯系數，取 μ1/μ2=0.17；

H——注漿最大量，取50m；

n——土體的孔隙率，取4‰。

經計算，漿液擴散半徑為1.28m。

b.孔距。孔距按式（2）計算：

式中D——孔距，m；

R——漿液擴散半徑，取1.28m。

經計算，孔距為2.217m，取2.0m，以彌補接頭薄弱環節。

2.3 基巖與土體界面結合厚度計算

基巖與土體界面結合厚度，按式（3）計算。基巖與壩體界面采用水泥、粘土1∶1稠漿灌注。

式中e——帷幕灌漿補強壩土深度，m；

H——作用水頭，取50m；

J——接觸面允許坡降，取6；

D——孔距，取2.0m。

經計算，土體界面結合厚度為3.17m，取5.0m（一個灌段）。

2.4 允許最大灌漿壓力和封孔壓力

灌漿全壓力應為受灌段相應設計水頭的1.5倍以上，最大取60m。允許最大灌漿壓力按式（4）計算，基巖0.95MPa，取 1.0MPa，壩體取 0.5MPa。封孔壓力取0.05MPa。

式中P0——基巖表層段允許灌漿壓力，封孔壓力，取0.05MPa；

m——基巖每增加1.0m可增加的壓力，取0.015MPa；

h——最大灌漿段深度，基巖取60m，壩體取30m。

2.5 漿液配比和檢查孔布置

帷幕灌漿底界進入基巖q<10Lu，水泥選用P32.5普通硅酸鹽水泥，壩基帷幕灌漿采用純水泥漿，壩體采用1∶3水泥、粘土漿灌注，接觸帶采用水泥、粘土1∶1稠漿灌注。灌漿漿液由稀到濃逐級變換，水灰比（重量比）選用 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1 七個比級。開灌水灰比選用5∶1。延長孔左岸11個孔、右岸9個孔。檢查孔按總孔數的10%布設，Ⅰ序孔3個，Ⅱ序孔4個，Ⅲ序孔2個，65個試段。

3 帷幕灌漿施工

3.1 鉆孔和清洗

鉆機安裝必須平穩、牢固、立軸鉛直，并定期校對，確保鉆孔垂直。采用XU—300型鉆機成孔，鉆孔孔徑91～130mm。設備安裝平穩，對正孔位，孔位偏差小于10cm。開孔直徑為110mm，終孔孔徑為91mm。自上而下分段造孔，為冷卻鉆頭、潤滑孔壁、提高鉆進效率，鉆孔采用適量送水鉆進或采用孔口注水的方法鉆進。

鉆孔沖洗壓力按灌漿壓力的80%確定，沖洗至回水清澈、肉眼觀察無明顯顆粒時結束，各段孔底殘留物不得超過20cm。裂隙沖洗應沖至回水澄清后10min結束，單孔沖洗時間不少于30min，對回水達不到澄清要求的孔段，應繼續進行沖洗。不灌段下護壁套管隔離，以防止沖洗液大量漏失。當鄰近有正在灌漿的孔或鄰近灌漿孔結束不足24h時，不得進行裂隙沖洗。灌漿孔（段）裂隙沖洗后，該孔（段）應立即連續進行灌漿作業，因故中斷超過24h者，應在灌漿前重新進行裂隙沖洗。

3.2 灌漿

a.灌漿方法。灌漿按分序加密的原則進行，按三個孔序施工，先施工Ⅰ序孔，再順次Ⅱ序孔、Ⅲ序孔。灌漿孔的基巖段長小于6m時，孔隙可采用全孔一次灌漿法；大于6m時，采用自上而下灌漿法，但在地質條件較差部位可選用孔口封閉灌漿法。帷幕灌漿段長度采用5～6m，特殊情況下可適當縮減或加長，但不得大于10m。壩底與基巖接觸段段長不應大于5m，應單獨先行灌漿，并待凝24h后方可進行以下各段的鉆孔灌漿工作。為防止漿液在孔底沉淀而影響灌漿效果，應采用孔內循環法灌漿，其射漿管距孔底的距離不宜大于0.5m。

b.漿液制備。灌漿用水為水庫蓄水，符合拌制混凝土水質要求。制漿材料用量采用稱量法，稱量誤差小于5%。漿液攪拌使用高速攪拌機（轉速大于1200r/min），攪拌大于30s。漿液在使用前過篩，輸送漿液流速為1.4～2.0m/s，從開始制備至用完的時間小于4h。

c.灌漿和結束標準。灌漿進程應保證連續不間斷。若因故間斷或停止灌漿，則應采取及時沖洗或掃孔復灌等措施，直至按閉漿標準要求正常結束。在設計壓力下，當注入率不大于0.4L/min時，繼續灌注60min，或不大于1L/min時，繼續灌注90min，灌漿即可結束。

d.灌漿孔封孔。利用導管法（置換法）封孔，即下入鉆桿距孔底0.5m處用機械灌漿進行壓力封孔，排除孔內清水清漿，待濃漿溢出后方能結束封孔，若漿液下沉應繼續補漿封填，直至全孔封滿不再下沉為止。

3.3 灌漿特殊情況處理

a.鄰孔串漿。灌漿過程中出現相鄰孔串漿，采用灌漿孔和串漿孔同時施灌，或用膠塞將串漿孔封堵，待灌漿孔結束灌漿后再對串漿孔進行掃孔施灌。采用后一種方式時，為防止漿材在串漿孔非灌段中漏失，膠塞應隔離串漿孔非灌段。

b.大量耗漿。在灌漿施工過程中，隨時可能遇到大的裂隙、斷裂構造等滲漏比較集中的大漏段，這種區段的施工往往是整個帷幕成敗的關鍵，灌漿工作顯得尤為重要。為保證帷幕的形成、防止漿材浪費、取得良好的灌漿質量，應采用間歇灌漿。首次灌注5～10t水泥漿液，復灌時每次灌注4～8t水泥將液。每次待凝4～8h，如此反復直至達到設計灌漿壓力并正常結束灌漿。

c.灌漿中斷補救措施。因機械故障、停電、待料、孔內返漿等原因造成灌漿過程中斷，則應及早恢復灌漿工作。若中斷時間超過30min，則應立即沖洗鉆孔，而后恢復灌漿。若無法沖洗或沖洗無效，則應進行掃孔，而后恢復灌漿，恢復灌漿時應使用起灌比級低的漿液進行灌注。恢復灌漿后，若注入率與中斷前相近，則可改用中斷前的比級進行灌注，直到正常灌漿結束。注入率比中斷前減少很多且在短時間內拒絕吸漿，則應無條件掃孔復灌，復灌時的起灌水灰比采用最清漿液，而后正常施灌直至結束。

4 注入量和灌漿效果

4.1 耗灰量、注入量統計

Ⅰ序孔單位注入量為339.9kg/m，Ⅱ序孔單位注入量為328.5kg/m，Ⅲ序孔單位注入量為133.9kg/m。Ⅱ序比Ⅰ序下降3.35%，Ⅲ序比Ⅰ序下降60.61%，Ⅲ序比Ⅱ序下降59.23%，隨孔序加密遞減明顯；q<50kg/m的孔段Ⅰ序孔占4.2%，Ⅱ序孔占5.6%，Ⅲ序孔占26.4%；q>300kg/m的孔段Ⅰ序孔占12.5%，Ⅱ序孔占6.9%，Ⅲ序孔占4.2%，隨孔序加密單位注入量小的孔段的頻率逐漸增加，單位注入量大的孔段的頻率逐漸減少。

4.2 帷幕灌漿質量情況

a.檢查孔壓（注）水情況。帷幕灌漿質量檢查主要是通過鉆檢查孔做壓(注)水試驗進行檢查。帷幕灌漿共完成灌漿孔91個，灌漿結束后共布置檢查孔9個，進行壓（注）試驗65段次。其中，壩土分25段注水試驗，滲透系數在（2.7～4.82）×10-5cm/s之間；基巖分 40 段進行壓水試驗，其透水率在1.8Lu～5.6Lu之間。完全符合設計要求。根據曲靖市水利工程管理與監督站質量評定結果，帷幕灌漿單元工程質量優良率為100%，大壩防滲分部工程質量被評定為優良。

b.滲流量觀測結果。大壩通過帷幕灌漿處理后，壩體防滲效果明顯。原后壩坡常年濕潤的情況已不復存在，集中出水點已經干涸。2009年和2010年分別用三角堰進行了滲漏觀測。結果表明：庫水最大蓄水至設計庫容的90%，滲透量由除險加固前12.3L/s降至除險加固后0.59L/s，防滲效果顯著。