青海省黃南州扎毛水庫工程大壩生產性帷幕灌漿試驗及先導孔成果報告

張天芳 景兆瑞 陳國棟

一、工程概況

扎毛水庫位于青海省黃南州扎毛鄉境內的黃河一級支流隆務河上，是隆務河上游的龍頭水庫，壩址位于麥秀河與扎毛河交匯處下游約600米處。水庫擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，設計最大壩高74.0m，壩長291.48m，壩頂寬7m，壩頂高程2834.0m，正常蓄水位2825.91m。混凝土面板堆石壩設計上游壩坡1：1.5，下游壩坡1：1.25。

扎毛水庫建設的主要任務是以城鄉供水和防洪為主，兼顧灌溉和發電。扎毛水庫在隆務河流域綜合規劃中作為重要樞紐工程進行規劃，具有龍頭水庫的調節作用，對徑流、供水進行調節，使下游同仁縣城、隆務寺及河流沿線減少因洪水造成的損失，使下游防洪標準由10年一遇提高到50年一遇；解決下游人、畜用水問題及耕地的灌溉；對下梯級電站具有調節作用，提高梯級電站保證率，增加發電量。

二、灌漿試驗區地層巖性

灌漿試驗區出露巖層為三疊系中統（T2）灰綠色、灰-深灰色中厚層中細粒長石砂巖、石英長石砂巖、粉砂巖、板巖等，產狀：NW270°-276°？SW∠57°-68°。巖體裂隙較發育，部分裂隙有泥質充填，大多為層狀結構，砂巖屬硬質巖類，較為完整，巖體基本質量等級為Ⅲ級，強風化層厚度3-5m，弱風化層厚度5-6m左右。在壩區內呈單斜巖層產出。

三、灌漿執行標準

《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》 DL/T5148-2012（參照SL62-94）。

《水利水電工程鉆孔壓水試驗規范》SL25-92；

《關于青海省黃南州扎毛水庫工程灌漿設計說明》 ；

《水利水電工程鉆探規程》SL291-2003 ；

《混凝土拌和用水標準》JGJ63？—89 ；

我單位的施工作業指導文件。

四、灌漿試驗的目的和任務

1、采用灌漿處理水庫滲漏在技術上的可能性、效果上的可靠性和經濟上的合理性及為達到防滲目的所具備的條件和采取的措施。

2、設計防滲帷幕標準為透水率q≤5Lu，通過先導孔施工，補充地勘深度，探明帷幕底界。灌漿試驗則提出合理可行性的施工工藝及相應的技術措施， 尋求在施工中應采用的灌漿壓力、灌漿材料、漿液稠度、壓力與漿液變換等技術參數。

3、研究破碎帶、大裂隙及表層集中滲漏帶應采取的一些特殊處理措施及鉆灌參數。

4、為取得有關灌漿孔合理布置的資料依據，以尋求用較少的灌漿孔數和灌漿材料來達到預期防滲效果。進行孔深、孔距、排距、布置方式及最大灌漿壓力等參數試驗。

五、施工工期：

帷幕灌漿試驗于2013年5月1日開工，完工于2013年7月12日，歷時73天。

六、帷幕灌漿試驗施工過程

（一）孔位布置

帷幕灌漿試驗孔雙排布置，分三序施工，孔距2.0m，排距1.5m，兩個試驗區各9孔，共計18個?？咨钌钊胂鄬Ω羲畬樱ㄍ杆蕅≤5lu）以下5m。每區各設1個抬動觀測孔，詳見大壩帷幕灌漿試驗區平面布置圖。

（二）施工順序

帷幕試驗灌漿分三個順序施工，按先I序孔后II序孔，再III序孔的施工順序，逐序加密的原則進行施工。

（三）灌漿方法：

（1）試驗一區：

采有自上而下分段循環式灌漿法，從上向下逐段進行鉆孔，逐段安裝灌漿塞進行灌漿，直至終孔，灌漿塞應阻塞在該灌漿段段頂以上0.5m處，防止漏灌。

單孔施工工藝流程：

定孔位→安放（固定）鉆機→鉆進第一段→洗孔（孔壁、裂隙沖洗）→壓水試驗（單點法壓水）→灌漿→（不待凝）鉆進第二段→洗孔（孔壁、裂隙沖洗）→壓水試驗（五點法）→灌漿→鉆進第三段灌漿（直至灌漿終孔）→封孔。

孔斜控制：

鉆機安裝必須平正穩固，鉆機立軸和鉆孔的方向必須與設計孔向一致，鉆機機桿與地面保證垂直（用羅盤或水平尺），確保鉆孔孔斜達到設計要求。

通過帷幕灌漿試驗存在以下問題：

A、試驗一區WS1-I-1、WS1-I-5、WS1-II-8三個孔第三段使用止漿塞在灌漿段以上50cm進行壓水時，水繞過止漿塞從孔口冒水，無法進行壓水試驗；

B、鉆孔時鉆機用方木墊平，在鉆進過程中由于鉆機壓力大，振動底部不平穩，導致孔斜率偏差較大，用輕便測斜JQX-2測斜時，孔斜率達不到設計要求。

帷幕灌漿試驗一區測斜結果如下表

（2）試驗二區

采用孔口封閉灌漿法，在鉆孔的孔口安裝孔口管，自上而下分段鉆孔和灌漿，各段灌漿時都在孔口管安裝孔口封閉器進行灌漿，直至終孔。

孔口管鑲鑄：

灌漿第一段孔徑采用Φ91鉆機，第一段灌漿段完成后全段進行孔口管鑲鑄。孔口管采用直徑Φ89mm、壁厚4.50mm的地質鋼管，孔口管長度入巖2.0m。鑲鑄孔口管后待凝72h后進行第二段施工。

單孔施工工藝流程：

定孔位→安放（固定）鉆機→鉆進第一段→洗孔（孔壁、裂隙沖洗）→壓水試驗（單點法壓水）→灌漿→鑲鑄孔口管（待凝3天）→鉆進第二段→洗孔（孔壁、裂隙沖洗）→壓水試驗（五點法）→灌漿（不待凝）→鉆進第三段灌漿（直至灌漿終孔）→封孔。

沿趾板面使用工字鋼鋪設輕軌，河床段在輕軌上直接固定鉆機和鉆架，岸坡段制作鉆灌臺車固定鉆機和鉆架，鉆灌臺車支架選定優質型鋼采用螺栓連接成型，臺面鋪設厚5cm的木板，鉆機校準整平使用水平尺和羅盤儀，在開孔和鉆進過程中反復校核，以保證鉆機的平整穩固。

試驗二區采用以上方法施工正常，用輕便測斜JQX-2測斜時，測斜率滿足設計要求。

帷幕灌漿試驗測斜結果如下表

（四）洗孔及壓水試驗

（1）帷幕灌漿孔（段）應采用壓力水進行裂隙沖洗，沖洗應沖至回水澄清后10min結束。沖洗壓力可為灌漿壓力的80%，該值若大于1MPa時，采用1MPa?？變葰埓娴某练e物厚度不得超過20cm。灌漿前的壓水試驗應在裂隙沖洗后進行，第一段采用單點法壓水試驗，其它段采用五點法壓水試驗，按《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》DL/T5148-2001附錄A執行。

（2）壓水試驗穩定標準。在穩定的壓力下。每3～5min測讀一次壓入流量。連續四次讀數中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min時。

（五）灌漿壓力、段長

第一段0.2～0.3Mpa，第二段0.4～0.5Mpa Mpa，第三段0.6～0.8Mpa，第四段0.8 ～1.0Mpa，第五段1.0 ～1.2Mpa，每增加一段灌漿段，灌漿壓力提高0.2～0.3 Mpa。

第一段深入巖石2m，進行接觸部位和基巖表層灌漿；第二段段長3m，第三段及其以下各段段長5m。

（六）抬動觀測孔

每個試驗區安裝一個抬動觀測設施，在壓水試驗及灌漿過程中，均應進行抬動變形觀測，作到人不離表，并作好記錄。抬動觀測裝置結構形式詳見圖（如上）。

抬動孔布置：每個單元中間部位布設一個抬動孔，抬動孔比灌漿孔孔深深一米。在灌漿試驗施工過程中抬動觀測均無變化。

（七）漿液水灰比和變漿標準

（1）水灰比

帷幕灌漿漿液水灰比采用5、3、2、1、0.8、0.6 （或0.5）等六個比級。（見配漿表）

漿液水灰比的配制及控制

配 漿 表

（2）變漿標準

當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率不變而壓力持續升高時，不得改變漿液濃度。

當某一比級漿液的注入量已達300L以上或灌注時間已達1h，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，漿液濃度應改濃一級。

當注入率大于30L/min時，可根據具體情況越級變濃。

灌漿過程中，灌漿壓力或注入率突然改變較大時，應立即查明原因，隨時調整，采取相應的措施處理。

灌漿過程中，應當每隔一定時間測定漿液比重，灌漿結束時亦應測定漿液比重，并作出記錄。

（八）灌漿結束標準：

采用自上而下分段灌漿法時，灌漿段在最大設計壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續灌注60min，可結束灌漿。

帷幕灌漿采用孔口封閉灌漿法，灌漿應同時滿足下述兩個條件后，方可結束：

（1）在設計壓力下，注入率不大于1L/min時，延續灌注時間不少于90min。

（2）灌漿全過程中，在設計壓力下的灌漿時間不少于120min。

（九）灌漿孔封孔

帷幕灌漿孔封孔應采用“全孔灌漿封孔法”。

七、完成工程量

兩個試驗區共有18個試驗孔，2個抬動孔，1個檢查孔，完成工程量如下表：

完成工程量表

八、壩基帷幕灌漿先導孔

（一）帷幕灌漿先導孔的目的

其目的是核對勘察結果，根據先導孔的結果，調整相關設計參數，比如孔距，壓力，灌漿深度。由于勘察階段勘察鉆孔數目相對較少，先導孔可以起到補充勘察和灌漿試驗的作用。在進行帷幕灌漿時，先對先導孔進行灌漿，進行自上而下的壓水試驗，確定透水率為5Lu的孔底底界實際高程，最后按此高程再進行其他帷幕灌漿孔灌漿施工。

（二）孔位布置

先導孔間距根據《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（DL/T-5148-2012）布置，在帷幕的先灌排（下游排）中布置先導孔，先導孔在一序孔中選取，其間距為16m。壩基先導孔16孔，左壩肩5孔，右壩肩6孔，共計27孔。

壩基先導孔共完成11個孔，完成鉆孔總進尺390.40米，其中非灌漿段9.60米，灌漿段380.80米，灌漿進尺380.80米，壓水試驗段單點法11段、五點法76段，共計87段。

（三）鉆孔孔深與設計孔深的對比

先導孔設計深度與實際深度對比表

先導孔鉆孔達到設計深度后，灌前壓水透水率仍大于5Lu，繼續鉆進處理，確保先導孔有連續的兩段小于5Lu。

（四）孔內涌水觀測

在先導孔施工時，通過對11個先導孔的開始孔內涌水的位置及流量觀測如下：

九、帷幕灌漿試驗效果檢查

帷幕灌漿孔全部結束后，待凝14d后打檢查孔，檢查孔布置原則，一般布置在地質條件不良地段，或根據現場場地條件，布置在透水率大的灌漿孔附近。按照每單元至少布1個檢查孔，由監理工程師及設代協商后，指定布置在WS2-Ⅲ-2 、WS2-Ⅱ-3、WS2-Ⅲ-6 、WS2-Ⅱ-7孔之間，孔號為S2-J-1。帷幕灌漿質量主要通過檢查孔壓水試驗透水率來進行評價。本次帷幕灌漿試驗質量合格標準為透水率小于5Lu。

檢查孔透水率最大4.77Lu，最小1.60Lu，平均為透水率3.45Lu，為合格。

十、帷幕試驗質量分析

根據以上資料整理，結合工地實際情況，主要試驗成果分析如下：

（一）灌前透水率分析

帷幕試驗I序孔最大透水率12.25Lu，最小透水率1.83 Lu，平均透水率6.30 Lu；II序孔最大透水率10.09 Lu，最小透水率2.49 Lu，平均透水率5，91 Lu，III序孔最大透水率11.64 Lu，最小透水率1.52 Lu，平均透水率5.81 Lu，Ⅱ序比Ⅰ序遞減 6.2%，Ⅲ序比Ⅱ序遞減1.7%， 隨孔序的加密，透水率遞減較明顯，符合灌漿規律。

（二）巖芯分析：

通過檢查孔取出的巖芯，觀察漿脈充填、擴散及膠結情況，進而分析評價灌漿效果及帷幕質量。（詳見檢查孔巖芯圖片）

WS2-J-1： 在距離孔口0.8米處見水泥漿脈充填，密實。

WS2-J-1： 在距離孔口12.8米處見見水泥漿脈充填，密實。

從巖芯漿脈充填情況來看，漿脈脈充填較密實。

十一、結論與建議

灌漿試驗及部分先導孔灌漿已結束，根據資料分析，得出以下結論及建議：

1、通過對試驗區檢查孔的壓水結果看，透水率最大為q=4.77Lu，透水率最小為q=1.60Lu，平均為q=3.45Lu，均小于防滲標準q≤5Lu，采用自上而下孔口封閉，孔內循環的灌漿方法、灌漿試驗的壓力、水灰比、段長、孔距、排距等參數對一步帷幕灌漿施工是可行的。建議采用帷幕灌漿試驗參數。

2、帷幕灌漿孔深的確定

建議1、下一步帷幕灌漿采用單點法壓水試驗，確保透水率小于5Lu以下5米，帷幕灌漿檢查孔壓水試驗采用五點法。

建議2、根據先導孔孔深由設計來確定下一步帷幕灌漿深度，不再作壓水試驗，帷幕灌漿檢查孔壓水試驗采用五點法壓水。

3、其它按設計要求和規范執行。

十二、 結束語

黃南州扎毛水庫帷幕灌漿試驗，在業主、監理、設計單位的通力合作下，順利完成施工任務。在此表示衷心感謝！