小塔山水庫主壩溢洪閘基礎防滲帷幕灌漿施工要點

黎昱 蔡淵蛟

（江蘇省工程勘測研究院有限責任公司 江蘇揚州 225002)

1 工程概況

小塔山水庫位于連云港市贛榆西北部，距贛榆縣城約17Km。水庫于1959年10月在原青口河中游筑壩攔蓄而成，集水面積 386Km2，總庫容2.7×108m3，是一座以防洪為主，結合農業灌溉、城鎮工業生活供水和水產養殖等綜合利用的大（2)型水庫，主壩溢洪閘為2級水工建筑物。溢洪閘位于水庫主壩東端，為圬工結構，閘基巖石為片麻巖、混和巖、角礫巖、輝綠巖等幾種變質巖，施工時采用大爆破，基巖破碎并有多道裂縫，對基巖裂隙未作處理，僅澆筑0.3m厚混凝土底板，抗滲性能較差，投入運行后陸續出現病險情況，需將主壩溢洪閘拆除重建。

2 工程地質

小塔山水庫位于沂蒙山東南坡麓丘陵區，地勢西北較高，東南低緩，地貌類型屬低山丘陵～剝蝕殘丘。在大地構造上庫區位于華北準地臺魯蘇地質，由太古代的一套受到不同程度混合巖化作用的變質巖系組成基底，庫區東南約40km為連云港斷裂帶，通過庫區主壩的為走向N70°～85°E的塔山斷裂帶（F3)，溢洪閘全部座落在這一破碎斷裂帶上，斷層兩側與破碎帶之間則表現為垂直差異運動，并具有趨勢性彈性波狀變形運動（蠕變)的特性。

溢洪閘閘基巖石以風化碎斑巖、碎斑片麻巖、碎裂安山玢巖為主（局部為輝綠巖脈)，灰黃、灰雜肉紅色，巖石遭受過強烈的構造運動，節理裂隙較發育（一般每隔20～50cm一條，節理密集帶每 2～10cm就見一條，主要為剪切共軛節理，呈X狀交叉)，走向以近東西向居多，傾角大多為 50～80°，部分節理間隙內填充棕紅色硬塑粘土，一般厚1～2cm，個別較厚，可達5cm左右，且粘土中雜石英質碩石，棱角狀。節理面光滑，多呈閉合狀，少數張開，可見鐵銹膜。

為測得閘基巖體透水性，對基巖采用單栓塞分段壓水試驗。試段透水率采用下式計算：

式中：q——試段透水率（Lu)；

l——試段長度（m)；

Q3——第三壓力階段的計算流量（l/min)；

P3——第三壓力階段的試段壓力（MPa)。

壓水試驗成果見表 1。巖體平均透水率q=43Lu，閘基巖石破碎帶具中等透水性。壓水過程中，有水沿裂隙冒出地表。

表1 鉆孔壓水試驗成果一覽表

3 帷幕設計簡況

在工程加固初步設計中，考慮到主壩溢洪閘閘下巖石風化、裂隙較發育，采取了帷幕灌漿的加固方案。具體為：在閘底板及上游第一節翼墻底板下各布設兩排帷幕灌漿孔，孔距 2m、排距1.7m、孔位呈梅花型布置，底板頂標高 29.5m，灌漿孔底標高 23.5m，孔深 6m。施工過程中，在對先導孔進行的壓水試驗中發現，部分鉆孔水壓僅能維持在30kpa，局部鉆孔水壓為零，地面有冒水現象發生，進一步表明閘基下巖石較破碎且透水性較強。為確保防滲帷幕效果，灌漿孔布置由原先2排改為3排，同時將原下游側孔孔距由2.0m改為1.0m。其主要設計參數如下：

（1)帷幕由3排灌漿孔組成，孔距一般為1.0m。

（2)帷幕深度按照設計底線和伸入透水率q≤50Lu的巖體內的標準控制，鉆孔深度一般為6m。

（3)灌漿孔均為垂直孔，考慮到鉆孔深、造孔精度高、工期緊等特點，分為兩個次序施工，成孔在底板混凝土澆筑前完成，孔內預埋鋼管高于底板頂，底板澆筑時，在底板上預留檢查孔。

（4)灌漿后的合格標準為：檢查孔壓水試驗透水率q≤5Lu。

4 帷幕灌漿施工

4.1 布孔

用經緯儀按照設計圖紙測放出施工帷幕中心線，再用鋼尺量距，確定鉆孔位置，在每一孔位上打入20cm定位鋼筋，孔位偏差小于10cm。

4.2 成孔及注漿管埋設

考慮到閘底板的整體性，在澆筑閘底板前用鉆機成孔并預埋注漿管。成孔前測孔口高程確保閘底板孔底高程在22.3m以下，翼墻孔底高程在22.6m以下。成孔時利用機器自身的垂直度控制系統并配合水平尺調平，確保鉆孔垂直；成孔后，在預埋注漿管前測量實際孔深，保證孔深符合設計要求；埋管時地面向下1.0m處注漿管壁用編織袋扎好，以防做阻漿蓋時砂漿落入孔內，并用鉛垂線校直注漿管。

4.3 壓水試驗

鉆機鉆孔達預定的深度后，取出孔內巖芯，將鉆具下到孔底，用大于60L/min的大水量進行洗孔，直到回水變清，孔內的雜質沉淀物厚度不超過10cm時，結束洗孔。依據規范要求對部分孔進行壓水試驗，因裂隙較發育，壓水過程中大多數孔均順裂隙向地表冒水，僅有3個孔試驗較成功。

4.4 漿液配合比與濃度控制

灌漿材料為 425＃普硅水泥，水泥計量誤差不大于5%。灌漿前進行灌漿試驗，取得適宜的灌漿參數，以使帷幕灌漿達到設計要求。漿液濃度按先稀后濃逐漸變換的原則，根據現場實際情況結合規范“當注水率大于 30L/min時，可根據具體情況越級變濃”的原則。本次灌漿基本以5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1 七級水灰比進行注漿，開罐水灰比采用5∶1，特殊情況時用 0.6∶1的漿液灌注（如 15＃、16＃等孔在閘底板外上游側冒漿時采用)。灌漿過程中采用限量法進行濃度變換，即：當第一級漿液注入量達300L以上或灌注時間達1h，而注漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，則漿液加濃一級。

4.5 灌漿壓力控制與抬動觀測

小塔山水庫溢洪閘帷幕灌漿的時間，選在閘室底板施工完畢后進行，不允許灌漿對閘室底板產生抬動，依據設計要求灌漿壓力控制在300kPa，采用一次升壓法，灌漿開始盡快地升高到規定壓力，并在灌漿時安排專人對底板進行垂直位移監測。

4.6 終灌及封孔

灌漿采用自上而下分段灌漿法，在規定壓力下，當注入率不大于 0.4L/min時，繼續灌注60min，或不大于1L/min，繼續灌注90min。現場采用測5min灌漿量的方法控制這一指標，確保符合規范要求。灌漿結束后，隨著水泥漿液的凝結收縮，灌漿孔上部形成空洞，吸出其中結水后用高標號砂漿封填。底板上的孔口重鑿后再用高標號微膨脹砂漿將底板混凝土面摸平。

4.7 常見問題的處理

在灌漿過程中出現灌漿中斷、串漿、地表冒漿等問題，現場作出了如下的解決措施。

4.7.1 灌漿中斷

灌漿過程中因輸漿管堵塞、連接不牢、壓力表失靈等因素引起的暫停現象為灌漿中斷。灌漿中斷后由于漿液中的水泥顆粒沉淀和漿液凝結將堵塞原來漿液流動通道。本次采取的措施為每半天將輸漿管及三通用清水徹底沖洗一遍，確保輸漿管暢通，另預備清水和綁扎工具以及壓力表，隨時準備維修。

4.7.2 串漿

灌漿過程中，漿液從鄰孔冒出的現象為串漿。產生串漿的原因是巖石中裂隙較多，相互串連形成通道。本次灌漿過程中采取用蓋頭堵住串漿孔，多孔同時灌注的方法進行處理。

4.7.3 地表冒漿

灌漿過程中漿液順裂隙往上冒出或沿底板與基巖接觸帶冒出的現象稱地表冒漿。本次采用降低灌漿壓力。增大漿液濃度、限制進漿量的方法，待冒漿停止，壓力達到規定壓力后，再正常進行灌漿。

5 灌漿效果及質量分析

在滿足規范要求的同時考慮到閘底板鋼筋的整體性，共鉆6個檢測孔，壓水試驗檢測結果見表2。

檢測孔壓水試驗透水率均小于5Lu，滿足設計檢查要求，說明灌漿質量和防滲效果良好。

表2 檢測孔壓水試驗成果表

6 結語

（1)小塔山水庫溢洪閘全部座落在塔山斷裂帶（F3)上，巖石遭受過強烈的構造運動，節理裂隙較發育，具中等透水性，采用帷幕灌漿，是很好的防滲方法，既可降低閘基的揚壓力，又可減少滲流量。

（2)灌漿材料采用水泥漿，可灌性和抗滲性好，在灌漿時用比重計測定輸入漿液的比重推算水灰比，以使漿液質量得到有效控制，并根據灌漿進程及時變換漿液濃度。

（3)防滲帷幕深度根據作用水頭、工程地質、地下水文特性確定。防滲帷幕厚度滿足抗滲穩定要求，即帷幕內滲透坡降應小于容許的滲透坡降[J]。帷幕厚度應以漿液擴散半徑組成區域的最小厚度為準，厚度與排數有關，排距宜比孔距略小。

（4)小塔山水庫溢洪閘帷幕灌漿除在閘室底板下進行外，還在上游第一節翼墻底板進行了帷幕灌漿，防滲帷幕在閘室兩側延伸一定距離，有利于溢洪閘的滲流穩定。

（5)小塔山水庫溢洪閘帷幕灌漿時間選在閘室底板施工完畢后進行，灌漿壓力進行了嚴格控制，不允許灌漿對閘室底板產生抬動；灌漿結束后在檢測孔進行了壓水試驗，透水率均小于5Lu，滿足設計要求，灌漿質量和防滲效果良好。

1 《工程地質手冊》編寫委員會.工程地質手冊［M］.4版.北京: 中國建筑工業出版社, 2007.

2 《水利水電鉆孔壓水試驗規程》（SL31－2003).北京: 中國水利水電出版社, 2003.

3 小塔山水庫除險加固工程竣工驗收工作報告.連云港市小塔山水庫除險加固工程建設處, 2007.