充填灌漿技術在加固巖嶺水庫漿砌石壩體中的應用

黃春華

(江西省贛州市石城縣水利局 342700)

王剛華

(贛州市水利水電建筑裝飾總公司 341006)

1 工程概況

巖嶺水庫位于江西省贛州市石城縣東北30km。水庫正常蓄水位500.00m，死水位482.50m，總庫容1570萬m3，是一座具有發電、灌溉、養殖等綜合功能的中型水庫。

工程主要建筑物有:大壩(包括溢流壩和非溢流壩)、引水系統、電站廠房等。工程等別為Ⅲ等，大壩、灌溉及發電引水系統等為三級建筑物。

大壩為漿砌石重力壩，河床段為溢流壩，兩岸為非溢流壩。壩頂總長172.88m。非溢流壩壩頂高程505.10m，壩頂寬6m，最大壩高42.10m;上游邊坡:高程482.0m以下為1∶0.158;高程482.0～500.0m為1∶0.1，高程500.0m以上為垂直段;下游邊坡:高程497.308m以上為垂直段，高程497.308m以下分壩段為:1∶0.72 ～1∶0.78。

大壩體經28年運行，在壩肩、壩基出現多處滲漏，局部滲漏嚴重，影響大壩安全穩定運行。經設計單位研究確定，對整個大壩基礎、壩身及兩壩肩進行防滲灌漿處理。設計單位經過多方案比選，選用灌漿方案進行加固防滲，施工內容主要包括漿砌石壩體充填灌漿、壩肩及基巖帷幕灌漿。

2 灌漿施工

2.1 灌漿孔的設計布置及施工次序

設計布置:壩頂布置灌漿孔兩排，第一排灌漿孔位于壩軸線下游1m，第二排灌漿孔位于壩軸線下游3m;排距2m，孔距2m，共計2×87個孔，梅花形布置。

灌漿施工次序:在安排灌漿的平面次序時，按從外圍進行圍、堵、截，內部進行填、壓的原則進行，以獲得良好的灌漿效果，這也是保證施工質量的重要環節。巖嶺水庫灌漿以壩體防滲為目的，故先灌注下游排孔，再灌注上游排孔;在同一排上分三序進行施工，首先鉆灌一序孔，然后鉆灌二序孔，最后鉆灌三序孔。

2.2 施工方法

2.2.1 主要施工設備

為保證灌漿質量和施工工期，共投入兩個鉆灌機組。成孔設備為無錫鉆探總廠生產的GXY—IA型地質鉆機及輔助設備和LQY—90型潛孔鉆機及輔助設備;制漿設備為RM280/520雙層制漿攪拌桶及輔助設備;灌漿設備為CT—160型灌漿泵輔助設備。

2.2.2 施工工藝流程

測量→布孔→設備安裝→先導孔→Ⅰ序孔鉆孔→沖洗→壓水→灌漿→Ⅱ序孔鉆孔→沖洗→壓水→灌漿→Ⅲ序孔鉆孔→沖洗→壓水→灌漿→檢查鉆孔取巖芯→壓水檢測→封孔。其中，先導孔是灌漿前根據對巖層預估的情況，在布孔線上每隔一定距離選擇一個第Ⅰ次序孔兼做先導孔，達到了解地質條件的目的。

2.2.3 鉆孔沖洗和壓水試驗

采用金剛石鉆頭或硬質合金鉆頭鉆進，鉆頭直徑75mm，終孔后，各次序灌漿孔在灌漿前應進行鉆孔沖洗和裂隙沖洗，保證孔底沉淀不大于20cm。各次序灌漿孔在灌漿前全孔應進行一次鉆孔沖洗和裂隙沖洗。壓水試驗應在裂隙沖洗后進行，采用“簡易壓水法”和“單點法”進行。簡易壓水的壓力為灌漿壓力的80%，但不大于1MPa。通過進行壓水試驗，了解已灌漿孔的灌漿效果及待灌漿段的吸漿情況，為后續灌漿提供參考依據。

2.2.4 灌漿方式

采用循環式灌漿。該方法是用內外兩管同時插入鉆孔，把漿液壓入鉆孔后，一部分進入到巖石裂隙，一部分多余漿液可以從內外管之間的空隙返回到孔外，經過回漿管路返回漿液的拌和筒，或者進入到其他的鉆孔中去。優點是:由于漿液始終處于流動狀態，故不會產生沉淀，因此灌漿效果好。

2.2.5 分段灌漿法優缺點

采用自上而下分段灌漿法，段長5m左右。優點是:隨著鉆孔段深度的加大，灌漿壓力可以加大，從而可以提高灌漿質量;上部灌完后便形成較為完整的結石，再往下部鉆灌時，地面不會冒漿，壩體也不會被抬動;分段鉆孔、分段沖洗、分段壓水試驗，成果比較準確，有利于判斷各段的灌漿質量。缺點是:鉆機移動次數較多，鉆孔工作量大，等待凝結時間長，灌漿效率低。

2.2.6 灌漿材料

采用水泥漿液。灌漿水泥為普通硅酸鹽水泥，強度等級不低于32.5。水泥細度要求通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%。灌漿用水泥應保持新鮮，不得使用受潮結塊、超過保質期的水泥，并要對水泥品質進行分期分批鑒定。水泥漿膠結性能好，結石強度高。主要優點是:①水泥顆粒較細，能灌入較細的裂隙中，在壓力作用下，能擴散至一定范圍。②結石強度高，能同時滿足帷幕灌漿和充填灌漿的要求。③漿液易配制，施工較方便。④材料來源方便，質量容易控制。

2.2.7 灌漿壓力

灌漿壓力由灌漿試驗確定。由于漿砌石壩體滲透性大、吃漿量大，且其滲徑與外界連通，故先用低壓、稀漿，后用稠漿，灌漿壓力可以逐漸上升，當升到設計值時，調整漿液流量、稠度，維持漿液壓力直至結束。巖嶺水庫大壩漿砌石體灌漿壓力為0.2～0.4MPa。

2.2.8 漿液的水灰比及變漿標準

漿液水灰比采用1∶1和3∶1兩個比級。當壓水試驗不起壓時，直接采用3∶1水灰比開灌;當吸水量大且壓水試驗起壓時，按1∶1水灰比開灌。

變漿標準:當灌漿壓力保持不變，吸漿量均勻減小時，或當吸漿量保持不變，壓力持續上升時，灌漿應持續進行，不得改變水灰比;當注入量超過300L時改灌1∶1水泥漿直至灌漿結束。按吃漿率及壓力情況來變換漿液濃度，即細裂隙比值大，則稀漿持續的時間要長些;反之，若寬裂隙比值大，則稀漿持續的時間要短一些。

2.2.9 灌漿的結束標準

按設計要求，在規定的壓力下，灌漿孔停止吸漿并繼續灌注10min，灌漿即可結束。

2.2.10 灌漿孔封孔

灌漿結束后，采用壓力灌漿封孔法進行封孔。封孔漿液為1∶1水泥漿。封孔壓力0.2MPa。封孔要求飽滿、密實。

2.2.11 灌漿質量檢查

采用單點壓水試驗的方法。檢查孔的數量為灌漿孔總數的10%。檢查結束后，按技術要求進行灌漿和封孔;灌漿質量壓水試驗檢查在該部位灌漿結束14天后進行;灌漿質量壓水試驗檢查，孔段合格率應在80%以上，不合格孔段的透水率不超過設計規定值的50%，且不集中，灌漿質量可認為合格。否則應由建設單位會同設計、施工單位商定處理方案。

3 灌漿效果分析

3.1 灌前透水率分析

從表1所列出的各次序孔的灌前壓水透水率統計結果可以看出，由于壩體空隙較多，Ⅰ序孔中有45%的段數在灌前壓水試驗時無法起壓。經過灌漿，Ⅱ序孔中在灌前壓水試驗時無法起壓的段數降至總段數的16.7%。Ⅲ序孔，透水率的平均值達9.23Lu。由此說明壩體的防滲性能隨灌漿次數的增加而逐漸提高。

表1 各序孔灌前透水率統計

3.2 單位注入量分析

從統計的各序孔的水泥單位注入量情況看(見表2)，Ⅰ序孔為1394.5kg/m，Ⅱ序孔為466.7kg/m，Ⅲ序孔為236.5kg/m，遞減率為66.5%和49.3%，而且大漏量孔段也隨孔序的增加明顯減少，符合正常灌漿遞減規律，表明充填灌漿效果是顯著的。

表2 各次序孔水泥單位注入量統計

3.3 檢查孔壓水成果分析

灌后共布置檢查孔16個，做壓水試驗123段，透水率q≤5Lu者123段，占總試驗段的100%，滿足設計要求，說明灌漿質量和防滲效果良好。

3.4 單元工程質量評定

根據SL176—2007《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》的規定，對充填灌漿施工質量進行評定，共劃分18個單元工程，全部合格。

4 施工質量控制措施

4.1 監理質量控制

監理質量控制即對工程施工全過程的質量進行控制，從施工的準備工作、原材料、現場試驗和進場設備的檢查驗收，各工序的驗收簽證、關鍵工序的旁站監理，到檢查孔的檢查結果及質量缺陷的返工處理等進行全方位控制。主要依靠事先、事中控制。

4.2 督促施工單位健全三檢制

質量控制檢查嚴格執行“三檢一驗”制，即機組內部班組自檢、施工機組質檢員二檢、項目部質檢員三檢和監理工程師檢查驗收制度。

4.2.1 機組內部班組自檢

機組班長、記錄員控制施工孔孔深段長及灌漿時裝置的正確與否、灌漿壓力、結束標準等情況。對各環節，施工人員必須服從班長、記錄員的安排，施工時記錄員必須如實記錄施工情況，確保施工質量。

4.2.2 機組質檢員

檢查控制鉆孔的孔位、孔斜、方位，保證準確及時地測斜，并將資料整理分析，如發現有違反技術要求的施工方法，應及時通知施工人員糾正處理;如無效，則上報項目部質檢人員。

4.2.3 終檢人員

對施工的全過程進行質量控制，對關鍵工序實施簽證制度，以確保施工滿足設計要求，對施工環節現場檢查，發現問題及時處理。對施工中出現的異常情況采取有效措施，及時處理并上報項目經理部。主要工序通知監理工程師驗收。

4.3 加強灌漿設備配置的控制

灌漿質量在一定程度上取決于灌漿設備的工作情況。在選擇灌漿施工機械設備的配置時，應充分考慮機械的技術性能、工作效率、工作質量、可靠性及維修難易程度、能源消耗、安全、靈活、數量等方面對灌漿質量的影響。如:灌漿用的風、水、電系統應有專用管路，以確保灌漿工作順利進行，灌漿管路應能承受1.5倍的最大灌漿壓力。制、輸、灌各系統間應有可靠的通訊聯絡措施，以確保供漿和灌漿質量。灌漿泵性能應與漿液類型和濃度相適應，容許工作壓力應大于最大灌漿壓力的1.5倍，并有足夠的排漿量和穩定性能，其壓力變動范圍不大于灌漿壓力的20%。壓力表的最大量程宜為最大灌漿壓力的2.0～2.5倍。

1 梁炯鋆.錨固與注漿技術手冊［M］.北京:中國電力出版社，1999.

2 中華人民共和國水利部、電力工業部.水工建筑物水泥灌漿施工技術規范(SL 62－94)［S］.北京:水利電力出版社，1994.