永定橋水庫帷幕灌漿試驗施工分析

【摘要】隨著我國建設工程的大力發展，各項科技的進步，我國水利水電工程建設在國民經濟中起到了不可怱視的作用。在水利水電工程中，灌漿技術是進行工程地基處理中一項十分重要且應用廣泛工程措施，加上水利水電工程的特殊性，地基處理及灌漿技術需要有更高的要求。在這些地基處理的灌漿施工中，帷幕灌漿技術對水利工程修建加固以及防滲都起著重要的作用，本文對永定橋水庫帷幕灌漿試驗施工全過程分析，揭示了這個帷幕灌漿試驗的全過程，取得了本工程帷幕的施工參數。對同類工程具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】永定橋；帷幕灌漿試驗；施工分析

1、工程概況

1.1 工程簡介

四川永定橋水利工程為瀑布溝水電站移民安置配套工程，由首部樞紐工程及輸水渠系工程兩大部分組成。永定橋壩址距離下游宜東鄉約3km，宜東至支流許家溝與流沙河匯合口約16km，沿流沙河下行約2km至富莊鄉，下行約10km為九襄，下行約22km至漢源。永定橋壩址距漢源縣城約53km，控制集水面積142.7km2，河長17.6km，河道比降46.0‰，控制面積占流沙河全流域面積的12.4%，壩址處水面高程約1450m。擋水建筑物為重力式碾壓混凝土壩，壩高125米。

1.2 工程地質條件

帷幕灌漿試驗區位于左岸壩肩段，永定橋水庫壩址區兩岸基巖出露地層主要為志留系中統羅惹坪組（S2l）碳酸巖和三疊系上統須家河組（T3xj）砂頁巖，地層產狀 N55°～85°E/SE∠8-25°，總體傾右岸下游。志留系中統羅惹坪組（S2l3）：灰白色中厚層狀細晶白云巖，勘探揭示厚度大于212m，主要分布于壩址谷底及兩岸谷坡，單層厚度以20～40cm為主，60～100cm次之，少量10～20cm。三疊系上統須家河組（T3xj）：灰、深灰色厚層狀砂巖及薄層狀炭質頁巖夾煤線，勘探揭示厚度大于70m，與下伏志留系白云巖呈平行不整合接觸關系，分布于壩區右岸1500～1530m高程以上谷坡。

從地質構造上看，壩址區位于宜東向斜北東翼近軸部，巖層舒緩波狀起伏，地層產狀N55°～85°E/SE∠8-25°，總體緩傾右岸略傾下游。壩址區無大的斷裂分布，構造形式以次級小斷層、層間擠壓錯動帶和節理裂隙為主。據地表地質調查及勘探平洞揭示，壩址區內有6條小斷層出露，破碎帶寬度一般小于50cm，由碎裂巖、角礫巖、糜棱巖及線狀斷層泥組成，延伸長度一般小于50m。層間錯動帶由糜棱巖、角礫巖或碎裂巖組成，寬度一般0.2～0.3m，產狀平緩，一般沿巖層界面斷續延伸長約10～20m。

1.3 工程量及工期

壩基帷幕灌漿工程分為兩個試驗區，分別在第二和第四單元，于2012年12月10日開孔，2013年6月28日灌漿結束；累計完成混凝土鉆孔86.35m，巖石鉆灌1582.7m，總注漿量為216637.11kg，平均單耗為136.88kg/m。

2、灌漿試驗布置

2.1帷幕灌漿總體布

根據永定橋水庫的實際地質及地形情況，帷幕灌漿共布置有四層灌漿洞和左岸地面帷幕灌漿，向大壩兩岸延伸至山體深部，形成大壩的整體防滲屏障。防滲帷幕均沿灌漿交通廊道和壩肩的各層灌漿洞布置，各層灌漿洞編號分別為：左、右岸1429灌漿平洞，為雙排帷幕；左、右岸1469灌漿平洞為雙排帷幕；左、右岸1508灌漿平洞，為單排帷幕；右岸1545.5灌漿平洞，為單排帷幕；左岸地面帷幕灌漿，為單排帷幕。帷幕灌漿布置：孔距為2.0m，距灌漿洞上游邊墻0.5m布置。

3、灌漿試驗施工

3.1施工方法

灌漿施工按照逐序加密的原則，對于N1廊道左岸帷幕灌漿試驗段：“下游排先導孔（1個）→下游排Ⅰ序孔（1個）→下游排Ⅱ序孔（1個）→下游排Ⅲ序孔（2個）→上游排先導孔（1個）→上游排Ⅰ序孔（1個）→上游排Ⅱ序孔（2個）→上游排Ⅲ序孔（1個）”的順序進行；對于N1廊道壩基帷幕灌漿試驗段：“下游排Ⅰ序孔（2個）→下游排Ⅱ序孔（2個）→下游排Ⅲ序孔（1個）→上游排先導孔（1個）→上游排Ⅰ序孔（1個）→上游排Ⅱ序孔（2個）→上游排Ⅲ序孔（1個）”的順序進行，序間在巖石中灌漿的間隔高差不得小于15m。灌漿開始前布置抬動觀測孔，灌漿完成不少于3天后進行灌漿檢查孔的施工。

3.2鉆進成孔

（1）鉆孔

鉆孔采用XY-2鉆機回轉鉆進成孔回轉鉆進成孔的方法。灌漿孔的鉆孔直徑為Ф59mm，檢查孔和先導孔的鉆孔直徑均為Ф75mm。孔口段（孔口管埋設段）鉆孔為Ф91mm。

鉆孔過程中做好班報記錄。灌漿試驗孔及檢查孔均采取巖芯，并拍照、描繪處理。

成孔質量按照帷幕灌漿孔的設計要求進行控制，孔位偏差不大于10cm，孔深符合設計規定。各鉆孔孔底偏差均符合DL/T 5148-2012灌漿規范中的有關孔底偏差規定。

（2）孔口管的埋設

上部孔段在灌漿（采用栓塞法）結束后，埋設孔口管并待凝24h以上。埋設深度為深入基巖內至少2.0m，并對方位、頂角進行了校核，下游排鉆孔為直孔頂角為0°，上游排鉆孔為斜孔，鉆孔頂角壩體部為5°、左右兩岸廊道上游排為5.06°，垂直于壩軸線向上游方向傾斜，鉆孔取芯及巖芯巖性見先導孔。按照規范要求，壩基帷幕灌漿采用自上而下進行分段灌漿。

3.3 鉆孔沖洗

為保證裂隙通暢，鉆孔本段鉆進完畢以后均采用有壓沖洗，沖洗在本孔段鉆進結束后進行，采用壓力水進行沖洗至回清水10分鐘后結束。

3.4 壓水試驗

鉆孔壓水試驗采用試驗器栓塞隔離試段，進行單點法和五點法（監理要求在中間各取兩段）相結合壓水試驗。

3.5灌漿

3.5.1灌漿方式

采用孔口栓塞法，孔內循環、自上而下分段灌漿，根據孔內地層情況，裂隙部位、透水量大的部位等可選用純壓式方法.

3.5.2鉆孔分序

分為三序，其中每排先導孔在每孔段灌漿前進行單點法壓水試驗，其余后序孔均只做簡易壓水，孔序高差要求為15m。

3.5.3孔內分段

進入基巖內第一段2m，第二段3m，第三段以后一般6m，特殊情況（大量涌水、大量漏水等情況）可適當縮短段長試驗，最后一段可不大于8m，根據終止孔段應滿足透水率不大于3Lu的要求，否則應繼續加深試驗，直至達到透水率不大于3Lu以下5米。

3.6灌漿設備

鉆灌孔施工采用XY-2型鉆機，該型鉆孔在全國水利等行業受到普遍地使用。

灌漿泵采用3SNS黑旋風泵。該泵能充分保證灌漿、壓水時壓力和流量的需要。

孔口封閉器采用自行研制的孔口封閉器，該封閉器具有良好性能：灌漿過程中灌漿管可連續轉動和升降，對漿液密封性好，從而有效避免了漿管被凝固等現象發生。

灌漿、壓水記錄使用FEC-GJ3000型自動記錄儀，該儀器在小浪底等工程中得到了廣泛應用。

3.7灌漿材料與漿液制備

3.7.1灌漿材料

灌漿用水泥材料采用四川峨勝水泥集團股份有限公司生產的峨勝牌P.042.5R號普通硅酸鹽水泥，材質經檢驗合格。為保證拌制漿液的質量，嚴禁使用受潮結塊的水泥。

3.7.2漿液制備

制漿過程中，制漿站配制的水灰比為0.5：1的純水泥濃漿；灌漿現場根據灌漿需要，對制漿站配制的漿液，定量加水及必要的其它材料進行拌和，配制所需濃度的漿液，配制的漿液分5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1，0.5：1等7個濃度級別。

3.8灌漿壓力

第一段采用的灌漿壓力為：（先導孔）第Ⅰ序孔為1.3MPa，第Ⅱ序孔為1.5MPa，第Ⅲ序孔為1.8 MPa。第一段以下的各段，以第一段為基礎，自第一段段頂位置起算，每增加1m孔深，壓力增加0.042-0.046MPa，但最大壓力以2.4～3.0MPa為限，灌漿壓力均指孔口回漿管壓力.

灌漿時根據實際灌漿情況：涌水量、涌水壓力、單位耗漿量等，在征得現場監理工程師同意后，隨時調整灌漿壓力，以確保灌漿質量。按照設計提供的灌漿壓力計算公式，計算所得灌漿壓力對地層產生的抬動都在設計范圍之內，可以采用。

為保證帷幕灌漿效果，開灌水灰比為5：1，由于0.6：1的水泥漿液與0.5：1的水泥漿液性能基本相似，類似灌漿工程中，很少同時采用0.6：1和0.5：1的水泥漿液。故建議壩基灌漿采用如下：5：1，3：1，2：1，1：1，0.8：1，0.5：1六個比級的水泥漿，由于在鉆進和灌漿過程中出現掉鉆和巖石分層并且在同一層面上相互貫通，我部采取的堵漏特殊處理方案也是可行的。

檢查孔在兩個單元的A19號孔旁邊與A39號孔旁邊在上下游排中間各布1個，分別為N1W-2-J1與N1W-2-J1孔徑Ф76mm，孔深以不大于灌漿孔深為準，都是在序孔結束7天后進行開孔試驗的。采用金剛石回轉取芯鉆進，巖芯按要求保存，并進行相應描述，巖芯采取率一般應在85%以上。壓水檢查采用單點法壓水。

4、成果分析

灌漿試驗工作結束后，根據先導孔和檢查孔的鉆孔、灌漿、壓水檢查等資料的匯總，按照DL/T 5148-2012灌漿技術規范中灌漿成果分析的要求，對本次灌漿試驗的灌漿效果進行了如下分析。

4.1壓水試驗透水率分析

各段次的透水率值及頻率分布見下表。

從其透水率值的分布來看，巖體大的裂隙主要分布在60米以上比較集中，巖體整體的透水性較強。

（1）從成果一覽表上的兩個先導孔的透水率看，A19孔和A39號孔的透水性都比較強，且兩孔在同深度位置處，透水率值都比較大；說明巖性的透水性變化比較規則，大的滲漏點都在同一個裂隙上，而本次排距的布置可以有效避免漏灌區域的發生，使帷幕體的形成做到完整性。

（2）從總體的透水率看，位于微弱--較弱透水性的分布區間內的孔段數占18.9%；其余透水率值較大的孔段中，對防滲的要求影響非常大，可能會因為裂隙過大孔距滿足不了帷幕體的要求，兩岸達不到帷幕線的閉合，透水性較強的部位主要位于0.7～60m孔深范圍內，與設計圖紙中的地質勘探資料不相符合。

4.2單位注灰量分析

各孔段的注灰量與壓水試驗的成果是一致的；60米以上孔段的注灰量較大，60米以下孔段注灰量相對較小這充分的說明了巖體的完整性較差。

從各孔段的單位注灰量看，（1） 微弱—弱透水率值的孔段對應的單位注灰量均分布于100～500kg/m區間內，說明這些孔段部位巖體完整性比較差，根據已開挖的大壩壩基巖體來看巖體都是分階層并且空隙較大，這也從側面印證了本次壓水成果的可信度和準確度；（2） 較強—強透水率值的孔段對應的單位注灰量均大于1000kg/m區間內。說明通過本次灌漿施工，每一處透水性強的孔段部位，均得到了很好的灌注，從而充分的保證了巖體防滲帷幕得以逐漸形成。

4.3檢查孔效果檢查分析

4.3.1檢查孔壓水試驗

本次檢查孔完成單點法壓水試驗33段、五點法壓水2段，透水率最大值4.57Lu，大于1.0Lu的占18段，合格率為48.6%，滿足不了工程≤1Lu的防滲要求。各孔段的透水率值見成果一覽表。并按<1、1～2、2～3、3～10、10～100、≥100的頻率區間。

5、成果結論

從上述灌漿試驗的布置、施工、灌漿效果檢查、灌漿成果分析等的綜合評價來看，本次灌漿試驗可得出如下結論：

⑴、巖體情況自孔口至60米以內相對比較破碎，分階層向下游滲漏，這是大壩最大的滲漏隱患，60米以外相對比較完整；

⑵、所采用的孔口封閉、孔內循環、自上而下分段的灌漿方法是可行的；

⑶、所采用的多水灰比級、純水泥漿液進行灌注是可行的；

⑷、設計的灌漿孔排距（0.55m）、孔深找到小于3LU帷幕線等布孔參數是可行的；

⑸、試驗中采用的各孔段設計灌漿壓力值是合理的，對各項灌漿控制措施是可行的。

⑹、所采用的滲漏特殊處理方案是可行的。

6、結束語

水利水電工程帷幕灌漿是行業中涉及面最廣、問題最復雜的一個施工過程，帷幕灌漿不僅直接關系到水利樞紐工程功能的正常發揮，而且對于工程投資也會產生重大的影響。同時也是水利工程安全的重要保障，是保證工程永久利益的必須條件。由于帷幕灌漿引起的工程事故時有發生，輕則修改設計延誤工期，嚴重時造成工程失事，給人民生命財產帶來重大損失。而帷幕灌漿試驗是否具有指導性，是水利水電工程帷幕灌漿成敗的關鍵。本文通過對永定橋水庫帷幕灌漿試驗施工過程的闡述及分析，不僅來永定橋水庫大壩樞紐的帷幕灌漿提供的施工依據，而且為此類白云巖、灰質石灰巖質的壩基帷幕灌漿施工提供了參考。具有較強的現實指導意義。

參考文獻：

[1]王連生，水利水電工程地質[M].武漢：武漢大學出版社，2008：13-15.

[2]董凡卿，工程地質問題研究[J].2007，36（11）：43-44.

[3] 《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》SL62-94

作者簡介：高紅星，中國水利水電第四工程局.