玉灘水庫帷幕灌漿試驗施工及效果分析

朱繼剛

（核工業南昌高級技工學校）

1 工程概況

1.1 工程概述

重慶玉灘水庫大壩樞紐工程是在拆除原大壩后，在原壩上游約40m處修建新的主壩。項目由樞紐工程和灌區工程兩部分構成。玉灘水庫擴建工程樞紐由主壩、左岸溢洪道、左岸灌溉引水發電隧洞、右岸灌溉引水洞、水泵站及7座副壩組成，主壩壩體類型為瀝青混凝土心墻石渣壩，最大壩高42.70m，水庫總庫容1.496億m3。

1.2 水文地質和工程地質條件

1.2.1 水文地質條件

從含水介質類型看，地下水分為基巖孔隙裂隙水和第四系松散堆積物孔隙水兩類；從賦存狀態看，可將地下水分為基巖孔隙裂隙潛水、基巖孔隙裂隙承壓水、孔隙潛水。

1.2.2 工程地質條件

主壩范圍內有中生界侏羅系中統紅色碎屑巖出露，為上沙溪廟組上段基巖地層。通過巖石特性組合將其劃分為七層。防滲帷幕線內揭露的地層主要是第一至第三層，由老到新：第一層（J2s2-1）為夾雜泥質粉砂巖的紫紅色、淺紫色粉砂質泥巖，層中普遍夾綠色條帶及團塊，局部含鈣質結核，上部有石膏細脈分布；第二層（J2s2-2）淺灰～紫灰色厚層砂巖，底部普遍含石膏細脈；第三層（J2s2-3）紫紅色、酒紅色泥巖和紫紅、淺紫紅色粉砂巖，夾灰紫色砂巖，砂巖一般呈透鏡狀產出。

軟弱夾層大部分為原生構造，在J2s2-3、J2s2-1泥巖層中較發育，其次為J2s2-2砂巖層中。

2 防滲帷幕設計

根據設計要求，主壩帷幕灌漿孔按單排布設，孔距為2m。鉆孔按鉛直孔布置，全部壩段均按III序組織施工。帷幕灌漿完成后，要求檢查孔壓水試驗各試段透水率不超過5Lu。

3 灌漿試驗施工

3.1 試驗孔布置

帷幕灌漿試驗區選在16#壩段，試驗孔在下游排固結灌漿中心線上，分為三序（2個Ⅰ序1個Ⅱ序2個Ⅲ序），共計5個孔。

灌漿試驗孔位見以下孔位布置圖。

圖1

3.2 施工工藝流程

變形觀察孔-＞先導孔、Ⅰ序孔-＞Ⅱ序孔-＞Ⅲ序孔-＞質量檢查孔。

單個鉆灌孔施工步驟可分為：

鉆孔放點→機臺就位→定位開孔→鉆成第1段→沖洗鉆孔、單點法壓水→灌注第1段→鑲注孔口管→待凝72h→掃孔至鉆成第2段→沖洗鉆孔、單點法壓水→灌注第2段→鉆成第3段→沖洗鉆孔、單點法壓水→灌注第3段……鉆至終孔孔深段→驗收（測斜、測深）→沖洗鉆孔、單點法壓水→灌漿→濃漿封孔。

3.3 鉆孔

鉆孔采用清水鉆進，φ91mm的金剛石鉆頭開孔，鉆完第一段并且完成灌漿后，立即鑲注φ89mm的孔口管，待凝3d以后，用φ76mm或φ56mm的鉆頭開始進行以下各段的鉆孔施工，先導孔、質量檢查孔采用孔徑φ76mm鉆頭施工，其他鉆孔使用φ56mm鉆頭施工。各灌漿段鉆成后，用清水通過鉆具沖洗鉆孔，直到孔口返水澄清停止。

3.4 灌漿

3.4.1 灌漿方法

采用孔口封閉、孔內循環的工藝進行施工。

3.4.2 灌漿分段及灌漿壓力

灌漿壓力的選用直接關系到防滲帷幕能否達到設計的要求，鉆孔灌漿及灌漿試驗都是在有混凝土蓋重的情況下進行的，各試驗孔段長按2m、3m、5m劃分，終孔段段長一般不超過8m。各試驗孔段灌漿目標壓力按Ⅰ序孔 0.6、0.8、0.8～1.2MPa，Ⅱ序孔 0.6、1.0、0.8～1.2MPa，Ⅲ序孔 0.7、1.2、0.8～1.2MPa逐漸升高。

3.4.3 沖孔、裂隙洗孔與壓水試驗

沖洗鉆孔在每試段鉆成后開始，用大量清水沖洗鉆孔，直到孔口回返水澄清，各試段灌漿之前都要求對裂隙進行沖洗，裂隙沖洗壓力大小為該試段灌漿壓力的80%，沖洗工作在孔口返水澄清后即可停止。

先導孔各試段都要求按單點法進行壓水試驗，壓水壓力為灌漿壓力的80%，待壓力、流量都穩定后，間隔5min記錄一個讀數，連續測讀20min，如果讀數能達到穩定標準，壓水試驗即可結束。其他各試驗孔都宜在各試段灌前進行簡易壓水試驗。

對于鉆進中孔口無返水的試段，不宜進行鉆孔沖洗和壓水試驗，應該對鉆進過程中孔內出現的異常情況進行詳細描述。

3.4.4 灌漿材料

采用普通硅酸鹽水泥，要求強度等級為42.5，水泥細度符合水工建筑物水泥灌漿規范要求。

3.4.5 灌漿漿液水灰比及變換原則

水泥漿液的濃度一般由稀到濃，逐級進行變換。帷幕灌漿采用水泥漿液水灰比為 5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1 等 6 個比級。

漿液變換原則如下：

（1）當灌漿壓力保持不變，注入率逐漸減小時，或當注入率保持不變而灌漿壓力逐漸升高時，不得變換水灰比。

（2）當某一水灰比漿液的注入量達到300L時或灌注時間達到30min，而灌漿壓力或注入率都無變化或變化不明顯，宜加濃一個比級。

（3）當注入率大于30L/min時，宜視實際情況越一、二級加濃。

4 灌漿效果分析

4.1 灌前壓水Lu值分析

帷幕試驗共做了45段灌前簡易壓水試驗，其成果圖2所示。

從試驗區灌前透水率統計分析，各序孔灌前平均透水率隨著孔序的增大存在逐漸減小的現象，平均透水率Ⅰ序孔130.6lu、Ⅱ序孔21.9Lu、Ⅲ序孔5.2Lu，表明隨著灌漿孔序的增大，巖石平均透水率逐漸減小，符合灌漿規律。

圖2 透水率（Lu）值區間

4.2 單位注入量與孔序之間的關系分析

從試驗區注入量統計分析，隨著試驗孔孔序的增大，注入量比較大的試段顯著減少。從總體來看各次序的單位注入量隨試驗孔孔序的增大，其注入量也顯著減小，符合灌漿規律。

4.3 各序孔單位注入量區間頻率分析

從總體上來看，單位注入量大于100kg/m的孔段頻率數在Ⅰ、Ⅱ序孔中出現的較多，這表明施工地段內的部分巖層層內裂隙較發育可灌性非常強，是防滲的重點部位。

4.4 質量檢查效果分析

4.4.1 壓水試驗成果分析

檢查孔壓水9段，平均Lu值為1.19，最大3.72，最小為0，都小于5Lu，滿足帷幕灌漿設計防滲標準。這說明帷幕灌漿試驗的目的已達到，表明帷幕灌漿試驗所采用的施工工藝和參數，完全可以應用于下步帷幕灌漿生產施工。

4.4.2 檢查孔取芯情況分析

帷幕試驗只布置了1個檢查孔，巖芯平均采取率為89%，從鉆孔取出的巖芯樣品可以直接看到，混凝土與巖石面結合緊密，在孔深32.5m處可見看到有水泥結石充填在巖石裂隙內。

5 結語

通過以上分析可認為，帷幕灌漿試驗達到了預期目的，試驗成果滿足一般灌漿工程科學規律，灌漿試驗效果明顯，使試驗試段巖石原始的防滲性能獲得顯著提升，也完全滿足了帷幕灌漿防滲設計的要求。為下一步帷幕灌漿施工的全面展開，提供了實踐依據和指導。