帷幕灌漿在化農水庫除險加固中的應用

李新建

帷幕灌漿在化農水庫除險加固中的應用

李新建

一、工程概況

化農水庫是江蘇省盱眙縣5座中型水庫之一，位于盱眙縣西南山區白塔河上游，王店鄉境內，水庫于1958年冬動工興建，1960年5月建成，集水面積53.6km2，總庫容4131萬m3，是一座集防洪、灌溉、旅游、供水、養殖等綜合利用于一體的中型水庫。化農水庫除險加固項目是我國大中型水庫除險加固專項水利工程之一，加固后水庫將達到設計50年一遇、校核1000年一遇的防洪標準。水庫除險加固主要內容是：對大壩進行加固、防滲處理；拆建溢洪閘；拆建輸水涵洞；增設必要的觀測、管理設施。防滲處理采用多頭小直徑攪拌樁、高壓噴射灌漿和帷幕灌漿多種防滲技術相結合的處理方法，其中溢洪閘底板基巖滲透處理采用帷幕灌漿工法。

二、地質條件

溢洪道閘底板基巖是強風化、中風化玄武巖，局部夾薄層宗紅色泥巖，灰、灰紫、灰黑色，有氣孔狀、斑狀結構，斑晶礦物以長石、輝石、橄欖石為主，結晶粒度較粗。裂隙、節理發育，巖心呈碎塊狀。

水庫溢洪道樞紐建筑物位于1+116～1+180部位，直接坐落于強風化基巖上，天然地基存在滲漏問題。勘察期間于水庫溢洪閘底板鉆兩個試驗孔，進行了壓水試驗，強風化玄武巖的透水率為27～30Lu，透水率較大，屬中等透水性，中風化玄武巖透水率為5～7Lu，屬弱透水性。強風化基巖需進行防滲處理，設計采用帷幕灌漿方案進行處理。

三、帷幕灌漿施工

帷幕灌漿是將漿液灌入巖體或土層的裂隙、孔隙中，形成阻水幕墻，以阻止或減少地基地下水的滲透，降低揚壓力的一種灌漿工藝。帷幕灌漿漿液常使用純水泥漿灌漿，特別適合巖基防滲處理，是水工建筑物防滲處理的主要手段。

1.施工布置

帷幕灌漿施部位是大壩樁號1+116～1+180，灌漿孔2排梅花形布置，排距2m，孔距2m，孔深7m。第一排灌漿孔是下游灌漿孔，有33個灌漿孔，軸線位置是大壩防滲墻的軸線位置；第二排灌漿孔是上游灌漿孔，有32個灌漿孔。該工程兩排帷幕灌漿共計65個孔，總進尺是455m。灌漿孔的布置見圖1。

2.現場工藝性試驗

正式施工前，在施工地段進行帷幕灌漿試驗，鉆探先導孔，驗證施工部位的地質結構，驗證使用帷幕灌漿處理閘底板基巖滲透方法的可行性，并通過現場試驗確定合適的施工參數。

試驗位置布置在施工軸線上，樁號1+165～1+169，共布置5個孔，下游灌漿軸線布置3個，孔代號是W1、W2和W3，上游灌漿軸線布置2個，孔代號是W4和W5，選定其中S1先導孔，5個孔呈梯形分布，W1、W3和W5是Ⅰ序孔，W2和W4是Ⅱ序孔。試驗中分排分序施工，先完成下游灌漿孔，后施工上游灌漿孔；先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，試驗工藝及過程嚴格執行《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（DL/T-5148-2001）中的相關規定。試驗完成后做壓水試驗，檢查帷幕灌漿后試驗部位的透水率，檢查孔位于梯形的中間部位。試驗孔的布置見圖2。

圖1　灌漿孔布置圖

圖2　試驗孔布置圖

先導孔W1取出的巖心呈褐色、灰褐色，易破碎，巖心分布蜂窩氣孔，自上而下6m巖心局部夾薄層紅色粘土，先導孔反應出的地質狀況與勘測資料相符。

帷幕灌漿實驗結束后，對試驗段灌漿孔W1～W5灌漿情況進行統計分析。灌漿前Ⅰ序孔透水率是18～30Lu，單位注漿量230～300kg/m；Ⅱ序孔透水率是8～12Lu，單位注入量80～120kg/m。很明顯，從Ⅰ序孔到Ⅱ序孔，單位注入量下降很快，灌漿效果明顯。

檢查孔位于試驗部位中間，孔編號JCK，采用單點壓水試驗檢查，透水率為4Lu，與Ⅰ、Ⅱ序灌漿孔比較，透水率降低很多，且小于設計要求的5Lu。根據工藝性試驗檢查情況可知，按設計技術要求使用帷幕灌漿工藝處理閘底板基巖的透水是可行的。

3.帷幕灌漿施工

（1）鉆孔

XY-1型回轉式工程地質鉆機，復合片鉆頭。上部封孔段孔徑是108mm，下部非封孔段孔徑為90mm。開鉆前，測量放線，鉆機對正孔位，用水平尺校核鉆機工作面，使鉆桿處于鉛垂狀態。帷幕灌漿孔深7m，為充分保證有效深孔，鉆孔深7.3m，孔底0.3m是沉渣段。

在64m的施工段均勻設置2處施工孔為先導孔，先導孔鉆孔時鉆取巖心，分析地質狀況，繪制柱狀圖并進行地質描述。

（2）鉆孔裂隙沖洗、壓水試驗

灌漿前先對灌漿孔進行沖洗。沖洗時，將沖洗管插入孔內，用壓力水或壓縮空氣沖洗，直至回水清凈時止。孔內沉積厚度不超過20cm。

對沖洗后的灌漿孔做簡易壓水試驗，壓力值為0.3MPa。在穩定壓力下，每3~5min測讀一次壓入流量，連續4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，試驗即告結束，取最后壓入流量作為計算值。

式中：q—試驗段透水率（Lu）；

Q—壓入流量（L/min）；

P—作用于試驗段內的壓力（MPa）；

L—試驗段長度（m）。

（3）灌漿方法

灌漿深度范圍在7m以內，孔深深度不大，根據規范要求采用全孔一次循環式灌漿方法，保持孔段內漿液呈循環狀態，防止水泥沉淀。先進行下游排孔的灌漿，然后進行上游排孔的灌漿。帷幕灌漿分序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。

按設計要求，漿液為純水泥漿，開灌水灰比為3∶1，漿液比級分為3∶1、2∶1、1∶l、0.8∶1、0.6∶1（或0.5∶1），漿液由稀至濃逐級變換。灌漿壓力不低于0.5MPa。當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少，或注入率不變而壓力持續升高時，不得改變水灰比；當某級漿液注入量已達300L以上，或灌漿時間已達30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時應改濃一級水灰比；當注入率大于30L/min時，根據具體情況將越級變濃。

（4）灌漿結束和封孔

帷幕灌漿結束條件是：在灌漿壓力不小于0.5MPa下，注入率不大于1L/min后，繼續灌注30min，可結束灌漿。

灌漿結束后，使用灌漿時最后一級濃度的水泥漿液進行全孔灌漿封孔，水泥漿液沉淀后及時補充，直到孔內全部充滿。

四、帷幕灌漿質量檢查

此次帷幕灌漿結束后，及時對帷幕灌漿質量進行檢測，此次檢測共布置2個檢測孔，分別布置在樁號1+150、1+170，孔深均為5.5m，采用壓水試驗對處理后的基巖透水率進行檢測。經檢測樁號1+150處檢測孔的透水率為4.84Lu；樁號1+170處檢測孔的透水率為3.94Lu。均滿足設計不大于5Lu的設計要求。

五、結束語

化農水庫溢洪道閘底板壩基基巖帷幕灌漿共完成65個灌漿孔，合計438.5m，共消耗PO.42.5級水泥60t，平均單位水泥注入量約130kg/m。帷幕灌漿前基巖的透水率一般在15~30Lu之間，多集中在18~25Lu之間；帷幕灌漿后基巖的透水率均小于5Lu。通過帷幕灌漿前后的透水率變化說明：溢洪道閘底板壩基基巖巖層經帷幕灌漿處理后，巖石裂隙填充良好，地層整體防滲性能得到了明顯改善和提高。

經過化農水庫溢洪道閘底板壩基基巖帷幕灌漿實踐可以看出，在中等風化~弱風化巖層中采用帷幕灌漿方案進行防滲處理是可行的；同時該技術具有設備造價低、施工成本相對低、質量易于保證、機動靈活等優勢，可以在山區水庫除險加固中推廣應用■

（作者單位：江蘇淮源工程建設監理有限公司223001）