淺談石漫灘水庫大壩帷幕灌漿施工技術措施

高省鋒 袁蕭麗 姜靖超

一、工程概況

石漫灘水庫位于河南省平頂山市舞鋼市境內的淮河上游洪河支流滾河上，控制流域面積230km2。原水庫始建于1951年，1975年8月因遭遇特大暴雨洪水垮壩失事。水庫復建工程于1993年9月開工，1998年1月竣工并投入運行。大壩為全斷面碾壓混凝土重力壩，總庫容1.20億m3，最大壩高40.50m，壩長645m。水庫經多年運行，存在的主要問題有：壩體層間結合面及廊道周圍局部混凝土質量較差，壩體混凝土裂縫嚴重。存在多條貫穿性裂縫，裂縫及分縫處射水和漏水；廊道滲漏明顯且析出物較多，壩體滲漏量增加明顯。2012年8月，被鑒定為三類壩。

水庫除險加固工程主要施工項目有：增設上下游混凝土防滲面板，增加基礎防滲帷幕灌漿，對壩體裂縫進行灌漿處理，對廊道周邊補強灌漿，對廊道碳化混凝土進行修復處理，對橋頭堡及啟閉機房進行拆除重建，新建壩區管理房，對部分監測設備進行完善等。

二、灌漿施工地質條件

石漫灘水庫位于低山丘陵區。左岸山脈走向與庫岸基本一致，山頂高程200～250m，呈單斜構造。南坡由石英巖組成，相對較陡，北坡為頁巖組成，山勢平緩。約在高程125～130m以下發育坡積、殘積物和二三級階地，沿庫岸沖溝不甚發育。右岸山勢渾厚，山頂高程240～300m，庫岸相對曲折。石漫灘水庫壩基為石英砂巖或石英巖，巖石硬度較大。帷幕灌漿區覆蓋層厚約20～128m左右，主要為混合土碎塊石、碎塊石混合土、沖積卵石混合土和冰水積卵石混合土，其中冰水積卵石混合土厚約30～100m。大壩河槽段 0+23m～0+158m為強透水區，主要集中在粗安巖地層中。地層不均一，地質條件復雜，粗安巖地層中不規則分布有極強透水層，給大壩帷幕灌漿造成極大困難。

三、帷幕灌漿設計方案

壩基帷幕灌漿為石漫灘水庫除險加固工程的一部分，此次帷幕灌漿加固工程設計在新澆筑的壩前趾防滲面板上進行，平行于壩軸線形成單排帷幕，范圍為左岸樁號0+000.00～0+193.0，右岸樁號0+000.00～0+452.0，長度645m，由于壩基巖石裂隙發育，相對隔水層埋藏深，滲流控制考慮到各種因素，設計在壩基中做單排懸掛防滲帷幕。設計要求在壩前前址軸線上布置帷幕灌漿孔，鉆孔孔徑Φ91mm，孔間距為2.0m，孔深15～40m不等，灌漿采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1 等 5 個比級，漿液容重為11.3～15.7kN/m3，粘度達到30s以上，灌漿漿液濃度由稀到濃逐級變換，開灌水灰比5∶1。首段灌漿壓力為0.50MPa，以下逐段以0.20MPa的梯度增加，最大灌漿壓力不超過2～2.50MPa，嚴格控制時間、深度、段長，測定漿液密度，檢測管路是否暢通，壓力表性能確定灌漿參數。灌漿采用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。分三序施工，灌漿后要求達到透水率q〈5Lu。

四、帷幕灌漿施工方法

1.帷幕灌漿孔的分序

帷幕灌漿采用單排帷幕，在防滲面板前址中預埋灌漿管，在混凝土澆筑前用鋼筋固定，采取措施防止預埋管傾斜，當預埋灌漿管與鋼筋或伸縮縫沖突，對相應及相鄰的預埋管位置做適當調整，帷幕孔軸線距防滲面板前址上緣0.80m（19#壩段距離前址上緣1.3m），造孔分三序進行，先疏后密。

2.帷幕灌漿孔鉆孔

帷幕灌漿孔采用KG010BD露天潛孔鉆車造孔，鉆孔孔徑Φ91mm。鉆孔位與設計位置的偏差不大于10cm，以保證相鄰兩灌漿孔之間所形成的防止滲漿體帷幕能夠銜接良好。

3.裂隙沖洗

采用孔口敞開，孔底導水法沖洗。

4.阻塞

灌漿采用自上而下孔口封閉、純壓式分段灌漿。

5.灌漿

帷幕灌漿按分序加密的原則進行，一般采用自上而下灌漿法，灌漿段長度首段2.00m，以下管段5～6m，具備一定條件時可適當增加長度不大于10.00m。在地質條件好、巖石完整地段采用自下而上的方式進行灌漿。

（1）阻漿：在壩前址混凝土預埋的鋼管上安裝孔口控制器或在鋼管內卡阻漿塞。

（2）水灰比：灌漿采用 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1 等 5 個比級。漿液容重為11.3～15.7kN/m3，粘度達到30s以上，灌漿漿液濃度由稀到濃逐級變換，開灌水灰比5∶1。

（3）變漿：灌漿漿液由稀到濃逐漸變換，變漿標準為某一比級漿液注入量達300L以上，或灌漿時間已達0.5h，而灌漿壓力和注入率均無顯著變化時，變濃一級；當注入率大于30L/min時，可越級變漿。

（4）終孔標準：在規定壓力下，注入率小于1L/min，繼續注30min或不大于1L/min時，繼續灌注90min，灌漿結束。

6.灌漿壓力及控制

首段灌漿壓力為0.50MPa，以下逐段以0.20MPa的梯度增加，最大灌漿壓力不超過2～2.50MPa，嚴格控制時間、深度、段長，測定漿液密度，檢測管路是否暢通，以壓力表性能確定灌漿參數。

7.灌漿材料及制供漿

（1）水：灌漿用水符合拌制水工混凝土用水要求

（2）水泥：采用新鮮的同一強度等級的水泥。灌漿采用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。

（3）灌漿漿液采用現場臨時簡易制漿站集中拌制（濕法制漿），水泥漿自制漿站至灌入孔內時間不超過4h，否則要棄用。

8.封孔

由于該工程深度較淺且灌漿前后孔口沒有涌水現象，選擇導管注漿法進行封孔，封孔漿液濃度為0.5∶1。

9.灌漿檢查孔技術要求

（1）檢查孔壓水試驗應在該部位灌漿結束14d后進行。

（2）檢查孔部位由現場監理工程師根據具體情況確定，為方便鉆孔，防滲面板前址對應檢查孔處預埋管，檢查孔檢查結束后進行灌漿和封孔。

（3）壓水方式采用簡易壓水試驗。壓力和壓入流量達到“穩定標準”，可結束壓水試驗工作，取最終值作為計算值。

（4）檢查孔壓水試驗結束后，按帷幕灌漿技術要求進行灌漿和封孔。

（5）灌漿孔的封孔質量采用抽樣檢查方式進行。對檢查不合格的重新進行灌漿，另在該孔兩側加作檢查孔，以此類推，直至合格為止，并對不合格段灌漿孔全部返灌。

（6）灌漿質量壓水試驗檢查，透水率值不大于設計值（5Lu），各孔壓水試驗合格率在90%以上，且不合格點分布不集中，灌漿質量可認為合格。

五、帷幕灌漿施工中遇到特殊地基采取的措施

帷幕灌漿工程施工按照土石壩帷幕灌漿規范的標準和設計要求進行控制，但由于地層的特殊性，施工中出現了不少特殊問題，采取了不同的工程措施進行處理，取得了較好的效果。

（1）帷幕灌漿設計軸線在大壩前址板上，由于工期緊，要求汛前面板澆筑完成，達到蓄水條件，灌漿施工和面板澆筑交叉作業，局部墊層澆筑完成后即進行帷幕灌漿。在灌漿施工中，由于巖層破碎，灌漿孔距混凝土墊層邊沿局部不足1m，厚度僅1～2m，墊層和巖層接觸面和附近巖層內冒漿現象較為嚴重，采用間隔待凝、減壓、加濃漿液比重等措施處理。首段灌漿完成后，進行下一段灌漿時，隨著灌漿壓力逐步增大，已按要求灌漿完成的首段又出現破壞，造成循環反復，施工中采用先固結、后帷幕的方法，延長水泥凝結時間，增加首段強度，固結孔布置在帷幕灌漿孔上游側0.5m處，與灌漿孔呈梅花形布置，間距2m，孔深深入基巖2m。在時間緊迫無法固結的情況下，首段灌漿完成后采用特種水泥預埋鋼管，同樣取得了較好的效果。

（2）由于大壩上游臨時圍堰蓄水，河槽部位灌漿孔口高程比上下游水位低20m，屬于基坑內灌漿，壓力水透過巖石，鉆孔過程中涌水孔口，局部還存在承壓水，對灌漿施工造成一定的困難，在施工中主要采取縮短灌段長度，適當增大灌漿壓力，利用孔口封閉器將孔封死，孔內水泥凝固后方取下孔口封閉器，以防止涌水對灌漿漿液造成破壞。為解決灌漿時間過長出現埋插管的問題，在灌漿時還采用了塑料管前端加鋼制導向管下入孔底進行灌漿和封孔，但該法只能在最后一段才能應用。

（3）11#、12#壩段位于河道中心位置，基坑該部位地勢最低，墊層下部破碎嚴重，碎石開挖已超過壩基，為保證大壩安全，避免壩基下部掏空，在不影響基礎安全的情況下進行了墊層澆筑施工，但帷幕灌漿施工時，無法成孔，造成超過接觸面1～2m，鉆桿拔出后，灌漿插管只能下至接觸面，經過反復造孔、灌漿，混凝土墊層下懸空面越來越大，無法造孔，不具備灌漿施工條件。施工中采取了從兩端向中間合攏的方法進行灌漿，從下部加壓滲透的漿液逐步向中間擴散，凝固后再進行造孔，取得了不錯的效果，但這種方式需要的時間較長。

（4）17#、18#壩段石英砂巖以下 20m處有一破碎帶，破碎帶內含泥量大，水勢較大，灌漿施工在設計壓力作用下，吃漿量達到70L/min，增大漿液濃度，不見吃漿量減小，由于泥層較軟，壓力作用下，一直順裂隙走向推進，在該段采取縮小灌段長度、增大漿液濃度、減小灌漿壓力、多次復灌等措施進行處理，最終達到了灌漿應有的效果。

（5）石漫灘水庫地層裂隙發育、破碎嚴重，縫隙之間滲透性差，施工中采用了稀漿施灌，以便使漿液在壓力作用下走得更遠，質量更容易保證。

六、結語

石漫灘水庫除險加固帷幕灌漿工程克服了各種困難，采取了許多措施，通過檢測，灌漿到達了設計的加固效果。帷幕灌漿技術既經濟又有效，在水利工程建設中日益廣泛，但其技術和工藝需要隨著科技進步在實踐中不斷進行總結和完善