鹿角壩水庫(kù)溶蝕結(jié)構(gòu)灌漿檢測(cè)技術(shù)研究

牛吉勇

(貴州江河監(jiān)理有限公司，貴陽(yáng)550000)

1 鹿角壩帷幕灌漿施工概況

鹿角壩水庫(kù)位于開陽(yáng)縣雙流鎮(zhèn)境內(nèi)的高榜河支流上，距貴陽(yáng)86 km，距開陽(yáng)縣城12 km，距雙流鎮(zhèn)6 km。鹿角壩是一封閉條件較好的天然坡立谷地的優(yōu)勢(shì)，以灌漿封堵形成水庫(kù)。谷地西北和東南面由隔水性好和隔水性相對(duì)較好的砂巖、頁(yè)巖、白云巖、泥質(zhì)白云巖組成，無(wú)大的斷裂破壞，巖溶不發(fā)育，分水嶺雄厚，無(wú)鄰谷滲漏之憂。西南面為主要來(lái)水方向(七角井)，新建一連通洞與其相連，來(lái)水位置均較高，不會(huì)產(chǎn)生回壓反滲情況，庫(kù)底由7 ～19 m厚透水性差的湖沼沉積的黏土——軟土層形成較為寬厚的天然防滲鋪蓋層。其東北面為主要泄水方向，由一系列的地表落水洞、溶洞及地下溶洞、暗河組成排泄通道，向下游老堡河排泄，形成老堡河的暗河源頭。

Ⅰ層和Ⅱ?qū)庸酀{廊道滲漏處理主要是采用回填及帷幕灌漿方式，滲漏處理重點(diǎn)對(duì)帷幕線上巖溶管道進(jìn)行封堵，采用鉆孔、灌注水泥漿摻砂、膏漿、模袋灌漿及回填混凝土的方式，同時(shí)對(duì)溶洞處理周邊采用加密灌漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

2 灌漿帷幕的滲透性檢查及質(zhì)量檢測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)確定

防滲帷幕簡(jiǎn)單的定義為:在大壩基巖中建造的一道連續(xù)的、完整的、較大壩基巖滲透性低的、平面上呈條帶狀、立面上形似舞臺(tái)上的帷幕的防滲結(jié)構(gòu)。根據(jù)工程具體情況還要求幕體的滲透性達(dá)到一定低的標(biāo)準(zhǔn)。

在巖石地基上筑壩，為了防止壩基滲漏，多采用灌漿方法建造防滲帷幕，簡(jiǎn)稱“灌漿帷幕”，利用這種防滲措施并結(jié)合排水是減少大壩基巖滲漏、降低揚(yáng)壓力的主要的和有效的方法。

從上述定義上可知帷幕灌漿的目的即降低巖體的滲透性，故對(duì)灌漿帷幕的滲透性進(jìn)行檢測(cè)就成為對(duì)灌漿帷幕質(zhì)量的進(jìn)行評(píng)價(jià)的主要依據(jù)之一;與此同時(shí)由于灌漿工程一般為隱蔽工程，在地表一般不會(huì)留下工程建筑物痕跡，在工程建設(shè)完成后無(wú)法對(duì)工程實(shí)物進(jìn)行直接檢測(cè)，這樣對(duì)作為施工過(guò)程記錄的工程檔案資料分析也就成為了對(duì)工程質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要依據(jù)之一［1］。上述兩項(xiàng)檢測(cè)、分析指標(biāo)是評(píng)定灌漿帷幕質(zhì)量的主要依據(jù)，這已經(jīng)在歷次發(fā)布的行業(yè)規(guī)范中進(jìn)行了明確。

3 帷幕灌漿質(zhì)量檢測(cè)原則

3.1 灌漿帷幕滲透性檢測(cè)研究

采用鉆孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)的方法對(duì)灌漿帷幕滲透性進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)采取巖芯實(shí)物進(jìn)行以便在需要時(shí)進(jìn)行相關(guān)物理試驗(yàn)。

3.2 帷幕灌漿質(zhì)量檢查的原則

3.2.1 檢查項(xiàng)目

帷幕灌漿工程的質(zhì)量應(yīng)以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合對(duì)施工記錄、成果資料和檢驗(yàn)測(cè)試資料的分析，進(jìn)行綜合評(píng)定。

3.2.2 檢查孔的布置

帷幕灌漿檢查孔應(yīng)在分析施工資料的基礎(chǔ)上布置在下述部位:①帷幕中心線上;②斷層、巖體破碎、裂隙發(fā)育、強(qiáng)巖溶等地質(zhì)條件復(fù)雜的部位;③末序孔注入量大的部位;④鉆孔偏斜過(guò)大、灌漿過(guò)程不正常等經(jīng)分析資料認(rèn)為可能對(duì)帷幕質(zhì)量有影響的部位。

檢查孔的方向一般與灌漿孔相同，也有采用與灌漿孔交叉布置的。

總的來(lái)說(shuō)，灌漿工程的檢查孔布置不完全是“隨機(jī)取樣”的方法，而是有意選擇在地質(zhì)條件較差和灌漿質(zhì)量有疑問(wèn)的部位，因此其檢查結(jié)果是偏于安全的。同時(shí)，這些檢查孔還是補(bǔ)充灌漿孔，如果這些部位的灌漿質(zhì)量尚不能完全滿足設(shè)計(jì)要求，那么，經(jīng)過(guò)檢查孔補(bǔ)充灌漿以后，就起到了加強(qiáng)作用。如果檢查孔的合格率低得很多，那就應(yīng)當(dāng)深入研究原因，加密布孔或調(diào)整工藝。

3.2.3 檢查數(shù)量和時(shí)間

帷幕灌漿檢查孔的數(shù)量規(guī)定為帷幕灌漿孔數(shù)的10%左右，重要和地質(zhì)復(fù)雜的工程可多一點(diǎn)，例如長(zhǎng)江三峽工程有的地段檢查孔數(shù)量達(dá)到灌漿孔的15%～20%，一般的和地質(zhì)條件好的可少一點(diǎn)。但一個(gè)壩段或一個(gè)單元工程內(nèi)，至少應(yīng)布置一個(gè)檢查孔。

帷幕灌漿進(jìn)行檢查孔壓水試驗(yàn)的時(shí)間應(yīng)在該部位灌漿結(jié)束7 ～14 d以后。在工程實(shí)踐中由于工期緊迫也有提前一些時(shí)間的。

4 檢查孔施工

4.1 施工程序

檢查孔施工可采取3 種方法:①自上而下分段鉆孔，采取巖芯，分段安裝灌漿塞進(jìn)行壓水試驗(yàn);一段完成以后再接著進(jìn)行下一段鉆進(jìn)、取芯、壓水……直至終孔，然后由孔底自下而上分段灌漿，封孔。②與①做法基本相同，但每段壓水試驗(yàn)之后即進(jìn)行灌漿，直至終孔。③一次鉆進(jìn)到孔底，然后使用雙灌漿塞分段進(jìn)行壓水試驗(yàn)，最后自下而上分段灌漿。在實(shí)際工程中，①、②種方法均有應(yīng)用，③法使用較少。在鹿角壩灌漿帷幕的檢查中采用了①種方法。

4.2 采取巖心

巖心是地質(zhì)資料的主要物質(zhì)憑據(jù)，帷幕灌漿檢查孔應(yīng)當(dāng)采取巖芯。施工單位應(yīng)制定一套必要的、確保檢查孔取心有最高采取率的技術(shù)措施。應(yīng)使用雙管單動(dòng)取心鉆具進(jìn)行檢查孔的取心，除原始地層較完整的情況外一般不應(yīng)使用普通鉆具對(duì)檢查孔取心。操作人員應(yīng)從巖心管中小心地取出巖心，并按正確的方位放置在巖心箱內(nèi)。每個(gè)回次巖心的末端應(yīng)用巖心牌作出標(biāo)記，表明深度和采取巖心的長(zhǎng)度、巖芯塊數(shù)。巖心要做地質(zhì)描述，繪制鉆孔柱狀圖，尤其要把地質(zhì)缺陷的位置、裂隙的產(chǎn)狀和發(fā)育程度、水泥結(jié)石充填的情況詳細(xì)記錄下來(lái)。典型巖芯應(yīng)當(dāng)留有照片資料。巖芯至少應(yīng)保存到工程驗(yàn)收以后。在鹿角壩灌漿帷幕檢查中采用了雙管取芯鉆具，取得了良好的取芯效果，尤其是在巖溶發(fā)育地段取芯效果尤佳。

4.3 壓水試驗(yàn)

檢查孔壓水試驗(yàn)在試段鉆進(jìn)完成，鉆孔沖洗干凈以后即可進(jìn)行。不要進(jìn)行裂隙沖洗。一般情況下可采用單點(diǎn)法。因?yàn)橥ǔａ∧还酀{檢查孔的透水率都很小，試驗(yàn)中水流處于層流狀態(tài)，單點(diǎn)法與五點(diǎn)法的結(jié)果是一致的。

壓水試驗(yàn)使用的壓力:對(duì)于中低壩，通常為1.0 MPa并不大于該部位灌漿壓力的80%;對(duì)于壩高大于100 m的高壩，其河床部位帷幕檢查孔的壓水試驗(yàn)壓力可為1.5 H(H 為帷幕所在部位的壩前水深)并≤2.0 MPa。

壓水試驗(yàn)的段長(zhǎng)通常與灌漿施工保持一致，一般采用5 m?？卓诜忾]法的孔口段也可以采用5 m，即對(duì)應(yīng)于3個(gè)灌漿段。由于檢查孔是布置在帷幕的中心線上，所以這樣檢查得出的是半帷幕的防滲性能。

4.4 封孔質(zhì)量檢查

針對(duì)有些工程部分封孔質(zhì)量不好的情況，《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》制定了應(yīng)對(duì)灌漿孔封孔質(zhì)量進(jìn)行抽樣檢查的規(guī)定。檢查方法為對(duì)已封孔的灌漿孔沿原孔鉆孔取芯，取出的水泥結(jié)石芯樣應(yīng)當(dāng)連續(xù)、密實(shí)或比較密實(shí)。取樣的數(shù)量規(guī)范未作具體要求，應(yīng)視施工情況而定，施工過(guò)程控制比較嚴(yán)格的工程可以少作。在鹿角壩封孔質(zhì)量檢查孔施工中所取巖芯完整、密實(shí)、充填質(zhì)量良好。

4.5 灌漿與封孔

帷幕幕體范圍內(nèi)的檢查孔完成檢查任務(wù)后應(yīng)按1)所述程序進(jìn)行灌漿、封孔。

4.6 合格標(biāo)準(zhǔn)

DL/T5148—2001《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，帷幕灌漿質(zhì)量檢查的合格標(biāo)準(zhǔn)為:經(jīng)檢查孔壓水試驗(yàn)檢查，壩體混凝土與基巖的接觸段及其下一段的透水率的合格率為100%，其余各段的合格率≥90%;當(dāng)設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)＜2 Lu時(shí)，不合格試段的透水率不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的200%;當(dāng)設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)≥2 Lu時(shí)，不合格試段的透水率不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的150%;不合格試段的分布不集中。

所謂分布不集中是指，不合格試段在高低、左右以及上下游的3個(gè)方向上均不連續(xù)、不靠近。

在鹿角壩下層廊道B 段施工中共施工檢查孔16個(gè)，壓水段次共計(jì)192 段，其中最小孔段透水率為0.63 Lu，最大孔段透水率4.37 Lu，符合了設(shè)計(jì)要求的≤5.0 Lu的要求。

經(jīng)對(duì)鹿角壩水庫(kù)灌漿資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，鉆孔情況與壓水、灌漿數(shù)據(jù)邏輯性合理。在巖溶不發(fā)育部位各灌漿孔之間壓水透水率、注漿量均呈逐步縮小趨勢(shì)，符合一般灌漿規(guī)律。

5 灌漿帷幕及暗河封堵體滲壓穩(wěn)定性、可靠性研究

對(duì)于大型工程或復(fù)雜地層的灌漿試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，為了充分論證灌漿帷幕滲透性、滲壓穩(wěn)定性、可靠性等，常常還安排了多種試驗(yàn)檢測(cè)手段:

1)耐久性壓水試驗(yàn):選擇一、二個(gè)檢查孔，先進(jìn)行常規(guī)壓水試驗(yàn)，之后將試驗(yàn)壓力提高到1.5 ～2 倍水頭，對(duì)全孔持續(xù)進(jìn)行48 ～72 h的壓水試驗(yàn);

2)彈性波測(cè)試:進(jìn)行聲波或地震波測(cè)試，檢測(cè)彈性波在帷幕幕體基巖的傳播速度，從而反映其密實(shí)度。

3)孔內(nèi)電視錄像:對(duì)重點(diǎn)部位的檢查孔或其它指定孔段的孔壁進(jìn)行電視錄像，觀察巖體裂隙發(fā)育及其被灌注充填情況;

4)巖芯試驗(yàn):取檢查孔巖芯進(jìn)行磨片試驗(yàn)，檢驗(yàn)灌漿漿液對(duì)巖石裂隙的充填情況;將巖芯加工成試件進(jìn)行力學(xué)和滲透試驗(yàn)，檢測(cè)被灌注后的巖石試樣的性能。

在本工程中除5.1 項(xiàng)的常規(guī)滲透性檢查外，采用耐久性壓水試驗(yàn)對(duì)帷幕體、封堵體的滲壓穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試;結(jié)合前期物探成果進(jìn)行彈性波測(cè)試、高密度電法進(jìn)行帷幕體剖面檢測(cè)，檢測(cè)帷幕體尤其是巖溶封堵體密實(shí)性以論證其可靠性。

截至目前，已完成了巖溶封堵體的耐久性壓水試驗(yàn)。

6 耐久性壓水試驗(yàn)

6.1 耐久性壓水試驗(yàn)檢查孔、段的選擇

按照檢查孔布設(shè)原則，選擇下層廊道B 區(qū)Ⅲ－3－3 溶洞封堵體部位布置檢查孔孔位，分別位于封堵體兩個(gè)最大高度處布置兩個(gè)檢查孔;孔段選擇，在封堵體的上緣、下緣進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，孔段需包含封堵體與基巖接觸面。

6.2 壓水試驗(yàn)壓力選擇

按照承壓水頭的2.5 倍確定，壓力為0.75 MPa。

6.3 耐久性壓水試驗(yàn)成果

采用純壓方式進(jìn)行，壓水壓力為0.75 MPa，持續(xù)時(shí)間≥72 h，壓水試驗(yàn)成果見(jiàn)表1。

表1 耐久性壓水試驗(yàn)成果表

經(jīng)檢測(cè)、分析，在模擬高水頭運(yùn)行下，帷幕體、封堵體滲透性基本均勻，無(wú)大的起伏。經(jīng)耐久性試驗(yàn)證明了帷幕體、封堵體的抗?jié)B、抗壓基本處于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。

6.4 封堵體巖芯力學(xué)性能檢測(cè)

對(duì)封堵體的13 塊檢查孔巖芯進(jìn)行了室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)，主要是抗壓試驗(yàn)。結(jié)果顯示最小抗壓強(qiáng)度15.8 MPa，最大抗壓強(qiáng)度17.6 MPa，證明了封堵體的強(qiáng)度和密實(shí)性達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié) 語(yǔ)

在巖石壩基工程中，應(yīng)用水泥灌漿帷幕作為防滲結(jié)構(gòu)是很普遍的，但在施工方法上，并不一定能保證達(dá)到設(shè)計(jì)和工程的要求，而且水泥灌漿帷幕則是壩基防滲結(jié)構(gòu)性能的保障，其費(fèi)用也占很大比重，因此無(wú)論從壩基、壩體運(yùn)行安全或壩基處理的經(jīng)濟(jì)性來(lái)講對(duì)帷幕灌漿進(jìn)行檢測(cè)都是有重要意義的。

［1］黃亮賢. 帷幕灌漿質(zhì)量檢查與灌漿效果分析［J］. 科技致富向?qū)В?011(23):201－202.