碾壓混凝土大壩帷幕灌漿試驗分析

葉治

（江西省贛撫平原水利工程管理局，江西 南昌 330000）

1 項目概況

某水庫總庫容約為984.20 萬m3，壩址所控制的流域面積約為112 km2，大壩是碾壓混凝土重力壩，最高約有47.60 m，壩頂長度約為233.50 m，溢流壩段的總寬為100 m，凈寬為90 m。此大壩工程主要所處在帶夾板的巖條帶、變質的凝灰巖區域，其地質條件較為復雜，且基礎的滲流量比較大，通過加固防滲的處理保證大壩能夠安全運行。大壩帷幕灌漿試驗，獲得可靠灌漿參數。

2 實驗目的和布孔方案

灌漿試驗主要目的是了解大壩的基礎防滲問題解決的可行性，對適宜灌漿參數實施確定，為帷幕灌漿的施工工序和工藝合理選擇提供依據。灌漿試驗完成指標主要包括灌前灌后單位內的透水率以及單位內耗漿量變化值測定。

在試驗區的布孔方案中，因為在左岸高程438 m灌漿平洞的最后襯砌段實施帷幕灌漿的試驗施工之后，大部分的灌漿孔段出現注灰量以及透水率的偏小情況，則第二個的襯砌段實施帷幕灌漿的試驗施工中，根據第二個的試驗區共11 m長，對其進行2 排的灌漿孔布置。其中，上游排是主帷幕孔類型，一共布置有5 個孔，孔的深度要求入巖有25.11～18.70 m，從外向內呈現依次遞減的狀態，且傾向下游，傾角為3°。而下游排是副帷幕孔類型，一共布置有6個孔，且2G93孔入巖有9.95 m，其他的5個孔均入巖有8.34 m，它們傾向下游且傾角為5°。上下游的排距為0.50 m，相鄰的孔具有2 m間距，每排分作Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ序，且都有一抬動的觀測孔布設，具體布置方案如圖1。

圖1 布孔方案圖

3 灌漿試驗過程

3.1 灌漿施工的工序流程

施工程序為測量放點、對抬動的觀測孔進行鉆孔、安裝觀測裝置、下游排副帷幕的Ⅰ序、Ⅱ序和Ⅲ序、上游排主帷幕的Ⅰ序、II序和Ⅲ序、待凝14 d后對檢查孔開展施工。

單孔施工程序為對第一段先鉆孔到入巖2 m、洗孔、灌漿、安裝孔口管且待凝72 h、第二段施工……終孔段的測斜后實施灌漿和封孔處理。

3.2 選擇鉆灌機械

在工作面進行兩臺地質鉆機的布置，制漿站進行一臺高壓式泥漿泵、一臺灰漿的攪拌機布置，將制漿站在左岸壩之后的高程438 m 平臺上布置。另外，還設置有輔助設備，主要包括一臺灌漿自動的記錄儀、一臺測斜儀器。

3.3 灌漿孔的鉆孔

使用金剛鉆頭實施鉆進操作，開孔為Φ76 mm 的孔徑，其終孔為Φ56 mm的孔徑。在鉆孔中，按下表1的要求進行。

表1 孔底允許的最大偏差值表

在鉆孔中要對個別的孔段實施測斜驗證處理，完成終孔段的鉆孔后，從下到上每隔10 m進行一次測斜操作，為了保證數值的準確，對每點采取3 次讀數且詳細做好記錄。此次20～30 m段的測斜結果中，最大的偏距為0.35 m，對20 m內的孔深測斜中，結果最大的偏距為0.20 m，它們都完全處于偏斜率的要求范圍。

3.4 灌漿孔的洗孔處理

通過壓力脈動的沖洗法實施洗孔處理，洗孔的壓力和該段的灌漿壓力一樣。脈動沖洗主要是使回水的壓力達到其所設計洗孔的壓力后，立即采取卸壓操作，讓孔內水的壓力超過孔外水的壓力，從而促進孔內巖粉和雜物向孔外帶出，通過此類反復的作用能夠實現對裂隙和孔壁的沖洗效果。沖洗時間設定在回水變清之后再進行5-10 min的延續，總沖洗時間要求超過30 min，完成洗孔的孔內具有的殘留要盡可能少。

3.5 壓水試驗

Ⅰ序孔的壓水試驗選擇單點法的循環式壓水，對第一段選擇0.80 MPa的壓力，其他各段都是1 MPa的壓力。對檢查孔采取純壓式、五點法的壓水試驗方式，且壓力分別是0.40、0.70、1、0.70、0.40 MPa。壓水試驗成果分析見表3和表4。

表3 Ⅰ序的孔段內透水率的統計情況表

表4 檢查孔透水率的統計情況表

3.6 漿液制備和灌漿

按照設計的規定，對水泥選擇P042.5硅酸鹽的水泥類型，此水泥細度以80 um 的方孔篩實施篩選，篩余量在5%內。水使用的是潔凈水。在漿液制備中，對水泥和水一定要稱量，且稱量的誤差控制在5%內；對漿液通過高速的攪拌機進行均勻攪拌，攪拌的時間超過30 s，要求漿液制備完到使用完的時間在4 h內；若在寒冷的季節施工，要對機械設備以及灌漿用的管路做好防寒保暖的處理，讓漿液溫度在5 ℃～400 ℃間保持。

對灌漿以孔口的封閉法進行施工，其灌漿的壓力和段長如表2所示。

表2 漿液灌漿的壓力表

從第四段后，灌漿的壓力和段長保持不變，第五段的段在6 m內。對灌漿的壓力一定要嚴格進行控制，不能超出設計的壓力要求。在灌漿期間，未發現有漏漿、抬動、冒漿、壓力的突然變化、串漿等情況。

3.7 灌漿水灰比的選用

對漿液配比選擇5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.50∶1 的五個比級類型。若灌漿壓力呈現不變狀態且注入率出現持續的減小或者若注入率呈現不變但灌漿壓力出現持續的升高情況，對水灰比不改變，在某一比級的漿液灌注超過300 L或者灌注的時間在60 min且灌漿壓力與注入率沒有顯著變化時，加濃一級漿液。

3.8 結束灌漿的封孔時間

基于規定壓力，要求灌注時間超過2 h ，且當注入率在0.40 L/min 內，延續時間要超過1 h；當注入率比1 L/min 小，延續的時間要不低于91.50 h 兩條件內的一個，才能夠對灌漿結束。對全孔完成灌漿后，以置換、壓力灌漿的封孔法實施封孔處理，要按照灌完一孔、封堵一孔的方式進行，對漿液選擇0.50∶1的比級，時間要超過0.50 h。

4 實驗結果和分析

4.1 分析灌前Ⅰ序的孔段內透水率和檢查孔的透水率

此試驗區內灌前Ⅰ序的孔壓力進行9段次實驗，最大透水率為0.86 Lu、最小透水率0.01；對檢查孔開展10 段次壓力試驗，都是0.01 Lu的透水率。

對表3和表4結合分析，在灌后透水率遠比灌前的Ⅰ序孔要小，檢查孔的10 段次壓水試驗都比設計防滲的要求標準小。因此，此防滲性能得到有效提升，則證明了以試驗區布孔的形式和灌漿工藝能夠對帷幕灌漿防滲能力實現提升。

4.2 分析水泥耗量

對Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ序以及檢查孔分析，對水泥消耗分是1.84 kg/m、0.72 kg/m、0.84 kg/m、0.13 kg/m的平均量。通過統計資料得知，灌后的檢查孔其單位的注入量都比灌前各次的序孔單位內注入量要小，這也說明灌漿發揮防滲的效果。在各次序孔的單位內注入量呈現出Ⅱ＞Ⅰ或者Ⅲ＜Ⅱ的異常情況，這可能是此部位的大部孔段存在偏小的注入量，且Ⅱ序中1G94 孔、Ⅲ序中1G92 孔、Ⅲ序中1G94 孔的單耗偏大情況，導致此序單耗的平均值出現偏大，進而導致上述反常的現象出現。

5 結語

綜上所述，帷幕灌漿的試驗得知，在灌后透水率的Lu 值得到項目降低，且水泥單位內的注入量在孔序增加后出現顯著減少，在水平裂隙的發育地層實施灌漿后，對透水率實現了降低，促進巖體防滲性能的增強，其防滲效果也符合要求，這也說明所設計施工工藝較為合理，對工程的帷幕灌漿施工能夠提供支持。