帷幕灌漿技術(shù)在細(xì)鱗河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的應(yīng)用

沈繼承

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

1 工程概況

細(xì)磷河水庫(kù)位于黑龍江省鶴崗市北，細(xì)磷河下游干流上，距鶴崗市35 km，控制流域面積564 km2，大壩壩型為漿砌石重力壩，最大庫(kù)容3300萬(wàn)m3，屬中型水庫(kù)，大壩全長(zhǎng)345 m，最大壩高20 m，大壩基礎(chǔ)為花崗巖，建基面高程135 m。

隨著運(yùn)行年限的增加，滲漏逐漸增多、游離鈣大量析出，導(dǎo)致伸縮縫再次嚴(yán)重漏水。鑒于大壩漏水對(duì)大壩造成的嚴(yán)重?fù)p害，為避免漏水的加劇和危及大壩安全；延長(zhǎng)大壩的使用壽命，2008年對(duì)大壩壩體進(jìn)行防滲處理，使大壩壩體、壩基形成一防滲帷幕。

2 地質(zhì)條件

壩基處基巖為花崗巖，顏色為灰白-灰綠-灰黑色，中-粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分有石英、長(zhǎng)石、黑云母角閃巖等，巖石堅(jiān)硬，上部節(jié)理發(fā)育。全風(fēng)化帶厚0～0.8 m，結(jié)構(gòu)被破壞呈砂穴狀，與上部亞砂土沒(méi)有明顯界線，無(wú)交結(jié)性；強(qiáng)風(fēng)化帶厚0.5～1.7 m，呈碎塊狀，半膠結(jié)狀態(tài)，整個(gè)壩軸區(qū)普遍發(fā)育，節(jié)理發(fā)育，裂隙面充滿了次生礦物。弱風(fēng)化帶上部層厚1.85～8.3 m，塊狀節(jié)理發(fā)育，裂隙充滿水銹，膠結(jié)狀態(tài)，全區(qū)發(fā)育。

3 帷幕灌漿施工方法

3.1 灌漿孔位布設(shè)方案

灌漿鉆孔的位置布設(shè)在壩體的上游。擋水壩段灌漿孔為單排，鉆孔位置設(shè)在壩頂，孔距均為2 m，孔徑為φ75 mm，灌漿孔孔深鉆至壩基基巖下6 m，兩側(cè)向岸坡各延伸4個(gè)灌漿孔，壩頂下設(shè)5 m長(zhǎng)的灌漿套管，套管以上部分采用靜壓灌漿，套管下部采用孔內(nèi)循環(huán)灌漿。溢流壩段鉆孔位置設(shè)在灌漿廊道內(nèi)，灌漿孔共7排，廊道以下的部分設(shè)1排灌漿孔，孔徑為φ75 mm，灌漿孔孔深鉆至壩基基巖下6 m，廊道上游側(cè)及其頂部設(shè)6排灌漿孔，上游側(cè)3排孔孔徑為φ60 mm，廊道頂部3排孔孔徑為φ38 mm。

3.2 灌漿材料、制漿和灌漿設(shè)備

1）灌漿的主要材料是水泥和水，根據(jù)工程需要可摻入風(fēng)積沙等摻合料和外加劑。灌漿所采用的水泥品質(zhì)必須符合GB175-92《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》或所采用的其他水泥的標(biāo)準(zhǔn)。

灌漿用的砂應(yīng)為質(zhì)地堅(jiān)硬的天然砂或人工砂，粒徑不宜大于2.5 mm，細(xì)度模數(shù)不宜大于2.0，SO3含量宜小于1%，含泥量不宜大于3%，有機(jī)物含量不宜大于3%。

2）制漿材料必須稱量，稱量誤差應(yīng)小于5%；水泥等固相材料宜采用重量稱量法。純水泥漿液的攪拌時(shí)間，使用普通攪拌機(jī)時(shí)，不少于3 min；使用高速攪拌機(jī)時(shí)，宜不少于30 s。

3）灌漿泵性能應(yīng)與漿液類型、濃度相適應(yīng)，容許工作壓力應(yīng)大于最大灌漿壓力的1.5倍，并應(yīng)有足夠的排漿量和穩(wěn)定的工作性能；灌注純水泥漿液應(yīng)采用多缸柱塞式灌漿泵。

3.3 灌漿工藝

1）一般規(guī)定。所有灌漿孔的孔距均為2 m，分三序灌注，其中Ⅰ序孔作為充填灌漿孔和常規(guī)灌漿孔，當(dāng)Ⅰ序孔壓水不返水時(shí)，對(duì)其進(jìn)行充填灌漿，灌漿材料為水泥砂漿，配比為水泥∶風(fēng)積沙=1∶1。Ⅰ序孔部分亦作為先導(dǎo)孔。

單孔工藝流程：鉆孔→鉆孔測(cè)斜及沖洗→簡(jiǎn)易壓水→灌漿→下一灌漿段鉆孔、壓水、灌漿→……直至終孔→封孔。

2）鉆孔。以鉛垂線為標(biāo)準(zhǔn)，鉆孔角度在90°以下的，采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)鉆進(jìn)。鉆孔角度在90°以上的，采用沖擊鉆鉆進(jìn)。灌漿鉆孔位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不得大于10 cm，鉆孔孔壁應(yīng)平直完整。灌漿鉆孔每段都應(yīng)進(jìn)行孔斜測(cè)量，發(fā)現(xiàn)偏斜超過(guò)要求應(yīng)及時(shí)糾正或采取補(bǔ)救措施。

鉆孔經(jīng)測(cè)斜后，測(cè)得偏斜角θ，則d＝L1sinθ。

鉆孔偏斜率的計(jì)算公式為∶

式中：d——實(shí)鉆鉆孔的水平投影長(zhǎng)度，亦即孔底偏距，也可稱偏差；L——實(shí)鉆鉆孔的立面投影長(zhǎng)度；L1——實(shí)鉆鉆孔的長(zhǎng)度。

帷幕灌漿孔孔底充許偏差見(jiàn)表1。

表1 帷幕灌漿孔孔底允許偏差 m

3）鉆孔沖洗、裂隙沖洗和壓水試驗(yàn)。鉆孔完成以后，應(yīng)及時(shí)地將鉆孔沖洗干凈。各次序灌漿孔的各灌漿段在灌漿前宜采用單點(diǎn)法進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水，其成果以透水率表示。在有泥質(zhì)充填物和遇水性能易惡化的巖層中，灌漿前不進(jìn)行裂隙沖洗和簡(jiǎn)易壓水。

4）灌漿方法和灌漿方式。采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)造孔的，灌漿采用“孔口封閉孔內(nèi)循環(huán)自上而下分段灌漿法”，射漿管距孔底不得大于50 cm，每段灌漿結(jié)束后可不待凝，進(jìn)行下一段的鉆孔和灌漿，提高了灌漿施工工效；采用沖擊鉆造孔的按靜壓灌漿工藝處理。灌漿孔段長(zhǎng)度為5 m，最后一段小于8 m時(shí)，可一次灌注。灌漿孔各灌漿段，不論透水率大小均應(yīng)按技術(shù)要求進(jìn)行灌漿。

5）灌漿壓力和漿液變換。灌漿壓力初步確定為0.5 MPa，具體灌漿壓力結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。灌漿的過(guò)程中不允許降壓。灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀到濃，逐級(jí)變換。灌漿漿液水灰比采用 3∶1，2∶1，1∶1 等 3 個(gè)比級(jí)。當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不改變水灰比。

當(dāng)某一比級(jí)漿液的注入量已達(dá)300 L以上或灌注時(shí)間已達(dá)1 h，而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不顯著(某一級(jí)濃度的漿液在灌注了一定數(shù)量之后，其注入率仍大于初始注入率的70%，就屬于“改變不顯著”)時(shí)，應(yīng)改濃一級(jí)。

當(dāng)注入率大于30 L/min時(shí)，可根據(jù)具體情況越級(jí)變濃。灌漿過(guò)程中，灌漿壓力或注入率突然改變較大時(shí)，應(yīng)立即查明原因，采取相應(yīng)的措施處理。

6）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及封孔方法。在設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1 L/min時(shí)，延續(xù)灌注時(shí)間不少于90 min；灌注全過(guò)程中，在設(shè)計(jì)壓力下的灌漿時(shí)間不少于120 min。

封孔采用“置換和壓力灌漿封孔法”：全孔灌漿結(jié)束后，將導(dǎo)管下入到鉆孔底部，用灌漿泵向?qū)Ч軆?nèi)泵入水灰比為0.5∶1的水泥漿，水泥漿自孔底逐漸上升，直至孔口返出濃漿為止。而后將灌漿塞塞在孔口，使用水灰比為0.5∶1的水泥漿進(jìn)行純壓式封孔灌漿1 h，壓力為灌漿最大壓力。封孔灌漿結(jié)束后，閉漿24 h。

當(dāng)進(jìn)行封孔灌漿時(shí)的注入量大于1 L/min時(shí)，應(yīng)按正常灌漿過(guò)程進(jìn)行灌漿，直至達(dá)到要求的結(jié)束條件。如封孔前孔口仍有涌水或滲水，則應(yīng)當(dāng)適當(dāng)延長(zhǎng)封孔灌漿持續(xù)時(shí)間，或采取閉漿措施。

7）排污。灌漿工程的污水排放量是很大。在施工作業(yè)面附近設(shè)集污池，污水經(jīng)集水井沉淀后，及時(shí)采用污水泵排至沉淀池內(nèi)，經(jīng)過(guò)二級(jí)沉淀達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，排入河道。

8）特殊情況處理。灌漿過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿，應(yīng)根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿等方法進(jìn)行處理。

灌漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)串漿時(shí)，如串漿孔具備灌漿條件，可以同時(shí)進(jìn)行灌漿。否則應(yīng)將串漿孔用塞塞住，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，串漿孔再行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進(jìn)和灌漿。

當(dāng)鉆孔灌漿過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)孔口涌水時(shí)，無(wú)論鉆進(jìn)的孔段長(zhǎng)度是否已經(jīng)達(dá)到了規(guī)定的長(zhǎng)度，都應(yīng)當(dāng)停止鉆進(jìn)，先對(duì)本孔段進(jìn)行灌漿處理。如果承壓水量不大，則灌漿前使該孔段充分排水，之后按常規(guī)辦法進(jìn)行灌漿。如果承壓水量很大，這時(shí)應(yīng)當(dāng)測(cè)量承壓水的壓力和流量，有針對(duì)性地采取下列措施綜合處理：使用濃漿液灌注，必要時(shí)漿液中加入速凝劑；使用純壓式灌漿；提高灌漿壓力；進(jìn)行屏漿、閉漿、待凝；壓力灌漿封孔。

灌漿段注入量大，灌漿難于結(jié)束時(shí)，可選用下列措施處理：低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿；漿液中摻加速凝劑；灌注穩(wěn)定漿液或混合漿液。

3.4 灌漿質(zhì)量檢查分析

灌漿質(zhì)量檢查以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合對(duì)竣工資料和測(cè)試成果的分析，綜合評(píng)定。該工程灌漿質(zhì)量檢查判斷標(biāo)準(zhǔn)為壓水試驗(yàn)透水率不大于0.05 L/（min·m·m）。灌漿檢查孔的數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的10%。

灌漿檢查孔布置部位：灌漿中心線上；巖石破碎、斷層、大孔隙等地質(zhì)條件復(fù)雜的部位；注入量大的孔段附近；鉆孔偏斜過(guò)大、灌漿情況不正常以及經(jīng)分析資料認(rèn)為對(duì)帷幕灌漿質(zhì)量有影響的部位。

灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)在該部位灌漿結(jié)束14 d后進(jìn)行。檢查孔孔徑為φ56 mm，深度應(yīng)少于該部位灌漿孔深度2 m；檢查孔段長(zhǎng)為5 m。檢查孔應(yīng)自上而下分段卡塞進(jìn)行正式壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)采用單點(diǎn)法。檢查孔壓水試驗(yàn)壓力值為該處灌漿壓力的80%。基巖接觸段及其下一段的合格率應(yīng)為100%；再以下的各段的合格率應(yīng)在90%以上，不合格段的透水率值不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定值的100%，且不集中，灌漿質(zhì)量認(rèn)為合格。

檢查孔壓水試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行灌漿和封孔。

灌漿前的鉆孔最大透水率值達(dá)到0.549 L/(min·m·m)（15壩段的143號(hào)孔第一段），檢查孔壓水試驗(yàn)值最大值為0.03 L/(min·m·m)（小于0.05 L/(min·m·m)）。最后試驗(yàn)結(jié)果完全滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

1）擋水壩經(jīng)過(guò)帷幕灌漿施工處理后，擋水壩段背水坡底部的滲流現(xiàn)象消失，水泥灌漿形成的防滲帷幕已發(fā)揮作用，確保了大壩的安全與穩(wěn)定。

2）溢流壩廊道經(jīng)過(guò)水泥灌漿施工處理后，原白色游離鈣析出現(xiàn)象、多處滲漏點(diǎn)漏水并連續(xù)成串的現(xiàn)象、廊道下游面的漏水現(xiàn)象基本消失，整個(gè)廊道的滴水狀況及個(gè)別部位出現(xiàn)的連續(xù)流水現(xiàn)象全部消除。通過(guò)水泥灌漿，提高了漿砌石壩體的完整性，并增強(qiáng)了整個(gè)壩體的強(qiáng)度。

3）通過(guò)帷幕灌漿施工處理，滲漏狀況基本消除，制止了白色游離鈣析出。消除了大壩的安全隱患，延長(zhǎng)了大壩的的使用壽命。達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。