帷幕灌漿在南水北調中線陶岔渠首樞紐工程防滲處理中的應用

奚建猛 楊 亮

一、概況

南水北調中線一期陶岔渠首樞紐工程是南水北調中線輸水總干渠的引水渠首，主要由引水閘、河床式電站、兩岸重力壩等建筑物組成。

樞紐工程位于巖溶較發育的石灰巖地區，當丹江口水庫正常蓄水位提至高程170m后，庫區水位將高于渠首兩岸山體地下水位，使兩岸山體地下滲流場及其補、排方式發生改變，由現在的山體地下水補給庫水變為庫水補給山體地下水，由此極可能形成壩基及兩岸山體繞壩滲漏。為控制閘基及兩岸繞閘滲漏，降低閘基揚壓力，同時防止基巖中軟弱結構面和巖溶充填物等軟弱地質構造發生滲透破壞，對閘基及兩岸一定范圍采取帷幕灌漿防滲處理方案。

二、帷幕灌漿設計

1.防滲方案

由于左、右岸帷幕線沿線表層粘土厚度較大，透水性小，滲透系數3×10-5～5×10-7cm/s，自身可滿足防滲要求，因此工程防滲主要針對閘基及兩岸山體基巖進行，為進一步降低閘基揚壓力，閘基防滲帷幕后還布置了一道排水孔幕。

防滲帷幕線路在建筑物范圍內沿閘基灌漿廊道軸線布置，并分別向左、右岸延伸至兩岸上壩公路內側。左岸山體段防滲帷幕的作用主要是攔截順湯山西側及西北側灰巖巖溶入滲區的來水，防滲帷幕布置在湯山東北坡腳，防滲帷幕軸線總體走向基本垂直于湯山區域的滲漏方向。

2.防滲帷幕設計標準

根據《混凝土重力壩設計規范》（SL319-2005）規定，工程防滲帷幕設計防滲標準為：（1）閘身段：基巖透水率 q≤3Lu；（2）兩岸近岸段：基巖透水率 q≤5Lu；（3）兩岸山體遠岸段：基巖透水率q≤10Lu。

3.防滲帷幕設計參數

根據閘址區工程地質條件，結合現場帷幕灌漿試驗成果，并參考其他類似工程施工經驗確定。

（1）閘身段帷幕軸線長度305m，防滲帷幕按兩排布置，孔距為2.5m，排距為0.5～0.6m。主排（下游排）帷幕孔深按設計防滲底線控制，前排帷幕孔深按主排帷幕孔深的1/2左右控制。

（2）兩岸山體防滲帷幕按單排布置，其中近岸地段帷幕孔距為2m，遠岸地段（距閘端100m以外）帷幕孔距為2.5m。帷幕孔深為左岸40～110m，右岸80～96m。

三、現場帷幕灌漿試驗研究

由于陶岔渠首樞紐工程防滲帷幕沿線工程及水文地質條件復雜，存在深厚覆蓋層及深覆蓋層下巖溶發育等工程地質問題，給防滲帷幕的形成帶來了極大的困難。同時，受工程條件限制，該工程防滲帷幕只能采用單一的灌漿方式成幕，不能采取巖溶追蹤清理回填加帷幕灌漿方式成幕，進一步加劇了防滲帷幕成幕難度。為確保工程防滲帷幕的順利形成，在工程帷幕灌漿實施前，進行現場灌漿試驗研究，確定相應的灌漿設計參數和施工方法。

（1）提出合理、可行的深厚覆蓋層下巖溶強透水層灌漿成幕的鉆灌施工方法、施工工藝和灌漿設計參數。

（2）驗證、評價覆蓋層，尤其是土巖接觸面自身防滲能力，確定土巖接觸面、接觸段的灌漿施工方法、灌漿材料及灌漿設計參數。

（3）確定深厚覆蓋層鉆孔成孔方法，制定相應的施工工藝流程。

（4）確定經濟合理的孔口管埋設方法和配套的施工機械、設備，制定相應的施工工序流程和控制措施。

（5）通過不同設計參數下的帷幕灌漿效果對比分析、研究，確定達到不同設計防滲標準時的最優防滲帷幕設計參數。

四、帷幕灌漿施工過程質量控制

1.防滲帷幕施工方法與施工工藝

閘身段帷幕灌漿在基礎廊道內或壩頂施工，兩岸山體段帷幕灌漿在地表施工。兩岸地表覆蓋層鉆孔采用魚尾鉆法造孔，鉆孔孔徑130mm；兩岸及閘身段基巖鉆孔采用金剛石鉆頭造孔，鉆孔孔徑56～76mm。

帷幕灌漿采用“小口徑孔、孔口封閉、自上而下分段灌漿法”施工，其中兩岸地表覆蓋層部位帷幕灌漿孔口管埋設采用隔管法，如圖1。

帷幕灌漿漿液以普通純水泥漿液為主，地下水流速較大或有規模較大的巖溶發育等特殊部位采用在水泥漿液中加入外加劑或采用混合漿液灌注。普通純水泥漿液水灰比（重量比）采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1等五個比級，開灌水灰比一般為3∶1。

帷幕灌漿最大灌漿壓力為2.5MPa，各灌段灌漿壓力詳見表1。

2.鉆孔

所有帷幕灌漿孔、抬動觀測孔和質量檢查孔編號、孔序、孔深、段長等均按照施工圖紙及施工技術要求相關規定進行布置及測量放線布孔，保證鉆孔開孔孔位與設計位置的偏差不大于10cm。覆蓋層鉆孔深度按鉆至土巖接觸面控制，終孔孔深按設計圖紙孔深或高程控制。

3.壓水試驗

壓水試驗在鉆孔沖洗或裂隙沖洗結束后24h以內分段進行。先導孔，質量檢查孔壓水試驗采用單點法，常規帷幕灌漿孔壓水試驗采用簡易壓水法。

4.灌漿

表1 帷幕灌漿壓力表

帷幕灌漿按分排分序加密、自上而下分段的原則分三序施工，采用孔口封閉灌漿法灌注。灌漿段灌漿時，射漿管管口距孔底距離小于50cm，射漿管外徑與鉆孔孔徑之差小于20mm。灌漿過程中應經常轉動和上下活動射漿管，回漿管宜有15L/min以上的回漿量；尤其是深孔段強巖溶層灌漿，應每隔2～3min轉動并上下活動一次射漿管。強巖溶段灌漿時，如吸漿量大或不返漿，可采取限流、限量、待凝復灌等措施處理。

五、帷幕灌漿施工質量檢查

帷幕灌漿孔和檢查孔的封孔質量逐孔進行檢查，帷幕灌漿單元工程質量評定以質量檢查孔壓水試驗成果為主，結合鉆孔（取芯）、灌前壓水試驗、灌漿、鉆孔測斜、抬動變形觀測等成果資料綜合評定。

質量檢查在單元工程灌漿結束14d后進行；質量檢查孔由監理工程師按帷幕灌漿總孔數的10%布置，一個單元工程內至少有一個質量檢查孔。

質量檢查采用自上而下分段阻塞方式進行單點法壓水試驗檢查，壓水試驗分段段長與灌漿段長一致。

質量檢查合格標準為壩基基巖透水率q≤3Lu；兩岸近閘段（距閘端防滲帷幕線路長各約100m范圍）基巖透水率q≤5Lu；兩岸遠岸段基巖透水率q≤10Lu。要求壩基第1、2段合格率為100%，以下各段合格率達90%以上，兩岸地表覆蓋層下基巖各段合格率均達90%以上。各不合格的孔段透水率q不超過相應合格標準的200%，且不集中，方可認為合格。

質量檢查孔全孔壓水試驗結束以后，壩基質量檢查孔將阻塞器阻塞在第一段以上混凝土內0.5m處，兩岸質量檢查孔阻塞器阻塞在孔口管內0.5m處，按設計要求進行全孔灌漿封孔。

六、結語

陶岔渠首樞紐工程帷幕灌漿施工進展順利，建立施工單位三級檢查、監理全過程旁站、設計單位現場技術跟蹤服務、建管統一協調的質量保證體系。在施工中根據工程地質條件和現場帷幕灌漿試驗成果，對帷幕線長度及設計參數進行了及時優化，降低了工程投資；單元工程結束后由施工、監理單位按規范要求進行了質量檢測；建管單位委托有資質的檢測部門對帷幕灌漿效果進行第三方檢測，全部滿足設計要求，保證了工程質量；在參建單位的共同努力下未發生任何質量和安全事故。當然，帷幕灌漿的質量最終還要接受大壩蓄水的考驗，今后需加大排水孔的動態觀測，確保達到設計防滲效果■