水利工程中帷幕灌漿施工技術的有效運用

黃磊棟

（廣州堅磊建設有限公司，廣東 廣州 510900）

在水利工程施工中，松軟深厚的巖土地質工況比較多見，要確保工程的防滲性能，必須選擇合適的灌漿防滲施工技術。傳統的施工技術灌漿壓力受限，均一性較差[1]，并且相關工藝難度較大，難以形成符合要求的防滲帷幕。現代帷幕灌漿施工技術，施工效率較高，工程質量好，無論是經濟性還是高效性都要優于傳統灌漿施工技術。

1 工程概況

某河流全長約170 km，流域面積約為3 165 m2，水庫位于該河流的出山口位置，總庫容約為1 700 m3，自水庫大壩以上的流域面積約2 360 m2。工程設計為III等中型工程，大壩最高處為34.6 m，壩型設計為壤土斜墻土石壩。壩基基巖以紅色泥質礫巖夾薄層泥巖為主，兼有少量灰白色礫巖夾泥巖。基巖弱風化的厚度大致在6～11 m，強風化的厚度大致在5～6 m，屬于中等弱透水巖體，局部為強透水巖體。鑒于大壩所在位置基礎巖土性質的特殊性，為確保壩體防滲效果，決定采用帷幕灌漿施工技術。

2 帷幕灌漿施工

2.1 施工方案

項目施工方案設計中，壩土與壩基采用帷幕灌漿施工技術，堵塞滲漏通道，確保大壩持久發揮蓄水作用，解決周邊村鎮居民生活、灌溉用水以及水生態用水需求。項目一期帷幕施工采用的是單排孔灌漿技術，孔間距1.5 m；二期帷幕施工采用雙排孔灌漿技術，孔間距1.5 m，設計排距65 c m，兩排樁呈梅花形布設。

2.2 施工設備

項目施工設備包括：地質鉆、灌漿泵、高速制漿機、自動記錄儀、排污泵、攪拌機、多級泵以及測斜儀等，如表1所示。

表1 施工機械設備表

其中，地質鉆選用XY-2P C機型；注漿泵采用100 k W發電機組；記錄儀采用G JY-6機型，其壓力傳感器精度為±0.5%FS，電磁流量的計量精度為±0.1%FS。

2.3 布孔

項目一期施工都采用單排孔，布置5個灌漿孔，1個檢查孔，孔間距1.5 m，檢查孔需要布置在兩孔之間，處于帷幕灌漿的軸線上。二期施工的灌漿孔布置在一期灌漿孔下游位置，以梅花形布置，每5個灌漿孔，設1個檢查孔，檢查孔的位置在一期灌漿孔與二期灌漿孔之間。

2.4 鉆孔

按照項目施工圖紙給定的控制點，全站儀放孔定位后，測量孔口高程，孔位偏差不能超過10 c m，若遇到特殊情況，則需要經監理單位審核批準后才能進行鉆孔施工[2]。灌漿孔為鉛直孔，施工中要嚴格控制誤差，鉆孔深度以項目設計圖紙為準，孔底深度誤差要符合表2的標準。

表2 鉆孔孔底允許誤差

鉆孔作業完成后，為取得灌漿壓力準確值，確保灌漿效果，在灌漿作業前要開展注水試驗，確定基巖的滲透系數，滲透系數計算公式：

式中：K——巖土滲透系數，c m/s；

Q——注入流量，L/m in；

H——試驗水頭，c m；

L——試段長度，c m；

R——鉆孔半徑，c m。

在注漿壓確定后，采用五點法進行壓水試驗，確定透水率，透水率計算公式：

式中：q——透水率，lu；

Q——壓入流量，L/m in；

P——該段全壓力，M P a；

L——該段長度，m。

2.5 灌漿施工

一期施工中，為單排孔布置，按照從I序孔～III序孔的順序逐個進行灌注。二期施工為雙排孔布置，施工時先灌注靠近上游的灌漿孔，然后注下游灌漿孔，同一排孔采用隔一抽一的方式注漿。相鄰注漿孔灌漿的高差不應低于15 m。

灌漿施工流程：造孔→鉆孔沖洗→裂隙沖洗→五點法壓水試驗→灌漿→全孔灌漿結束→封孔。

3 關鍵性施工技術分析

3.1 鉆孔工藝

鉆孔施工環節是帷幕灌漿施工的關鍵性環節之一，成孔質量直接關系到灌注施工質量，為確保注漿固結質量，此環節要進行沖孔施工。

鉆孔工藝采用清水鉆進，由于鉆孔過程中，粘土與冷卻水混合后會形成濃度較高的泥漿附著在孔壁上，對水泥漿液壓入基巖層以及擴散范圍造成不良影響，因此選擇清水鉆孔施工工藝[3]。

采用鉆孔沖洗工藝，對孔底的粘土以及沉淀物等進行沖洗，通過高壓水流攜帶出孔外，同時及時對附著在孔壁上的泥漿皮進行沖洗，以便后續進行灌注施工。

在沖洗過程中，流量、壓力以及沖洗時間都需要使用全自動記錄儀進行記錄。

3.2 壓水試驗

在確定灌漿系數，厘定灌漿壓后，進行壓水試驗。通過壓水試驗計算出透水率，根據土層透水率，對帷幕灌注效果進行預測評估，以便在正式施工環節采取針對性措施。

根據透水率試驗結果，為后續灌注施工做準備，確保灌注施工完成后，在覆蓋層基巖中形成符合設計要求的防滲帷幕墻。

3.3 埋設孔口管

本項目選擇在覆蓋層的非灌漿段，埋設外徑102mm，管壁厚度3 mm的鋼孔口管，以限制水泥漿串流擴散空間，減少材料浪費，控制項目施工成本。

同時在灌漿施工前，為避免基巖帷幕鉆灌施工過程中，有壓水泥漿以及有壓水流，對已形成的覆蓋層帷幕抗滲結構造成沖蝕或者劈裂[4]，需要在完成覆蓋層帷幕終孔灌注施工后，埋設外徑95 mm，管壁厚度3 mm的鋼孔口管，以阻斷施工過程中產生的有壓水流、冷卻水以及有壓水泥漿，對帷幕抗滲結構起到一定的保護作用。

3.4 限量灌漿

在灌注施工過程中，為避免水泥漿液因串流擴散造成浪費，施工現場需要嚴格控制水泥漿的擴散半徑，不得超過2 m；各個灌漿孔單次的灌漿量不能低于3 t，同時復灌要控制在2次以下，最后1次復灌，必須采用低壓、濃漿、限流、限量以及間歇灌注等措施[5]。其中，壓力不得超過0.1 MPa；水泥漿濃度為0.5∶1；灌注流量控制在10～20 L/min；單次灌漿量不得低于3 t；灌漿間歇時間不得低于30 m in，確保灌漿作業質量嚴格符合設計要求，有效保障工程項目施工質量。

4 結語

帷幕灌漿技術在水庫、大壩基礎防滲處理中應用廣泛，在處理強透水巖體、粉質粘土等特殊地質時具有顯著優勢，可以確保水利工程發揮相應作用，達到預期的生態與經濟效益。