水庫除險加固工程大壩帷幕灌漿施工方法與質量控制

梅藝賓

(臺山市塘田水庫管理所，廣東 臺山 529200)

0 引 言

帷幕灌漿技術近年來得到了很好發展與應用，運用于水利工程建設中，能發揮多方面的優勢功能，能提高壩堤防滲水平，同時達到加固的目標[1]。帷幕灌漿技術的顯著優勢為：安全性較高，成本較低，方便操作，要想確保灌漿質量達到規定的水平和標準，則要注意掌握施工工序，確保工程施工質量。

1 工程概況

臺山市四九鎮蠻陂頭水庫位于臺山市四九鎮，壩址距離四九鎮大概12km,水庫所處河流為五十水，水庫壩址上方控制集雨面積：19.86km2，總庫容量330萬m3,是一座具有防洪、灌溉、發電多重功能的小型水庫。水庫主體建筑物中有土壩一座，大壩為均質土壩，壩高：41.64m,壩頂長150m,壩頂寬5m，調查發現此壩存在上游護坡沖刷受損嚴重的問題，大壩滲流出現高溢出現象，且壩體填筑土滲透系數為中等透水性，無法達到目前的規范，大壩與左壩肩接觸處出現了滲漏通道，對此要采用帷幕灌漿施工工藝來確保施工質量。

2 工程地質條件

2.1 蠻陂頭水庫地層巖性

根據1∶25萬國家《地質圖》(F49-C-002004江門市幅)，區域內出露的地層有第四系地層(Q4)、晚侏羅世(J31bηγ)及早白堊系(K12bηγ)侵入巖地層。

區內第四系地層分布廣泛，空間分布較復雜。自上而下，按地質成因劃分，依次是：

1)全新統人工堆積層(Q4s)：填筑土、混凝土、漿砌石等，沿壩體、進庫路均有分布，厚度起伏變化大，質量差別大，局部夾碎石等，土體不均勻。

2)全新統沖積層(Q4al)：主要包括粉質黏土、黏土、粉細砂、粗砂、礫砂、礫卵石層等，工程區局部有分布。

3)全新統殘積層(Q4el)：以花崗巖、二長花崗巖等巖性的殘積土為主，為(含砂)砂質黏土、粉質黏土、黏土等，局部含砂、礫量較大，主要分布在山體表面、山坡及基巖上部，揭露層厚較大。

4)區域內發育晚侏羅世(J31bηγ)侵入巖，巖性主要為中粒斑狀黑云母二長花崗巖。

早白堊系(K12bηγ)侵入巖，巖性主要為細粒、中細粒斑狀黑云母二長花崗巖。

2.2 大壩地層巖性及巖土特征

根據本次勘探鉆孔資料，壩址的地層自上而下依次為：

1)填筑土(Q4s)：揭露厚度11.8-36.0m，層頂高程166.88-145.35m，層底高程155.08-128.35m，黃褐色、黃色，大多數為硬塑-堅硬狀態，稍濕，主要由花崗巖殘積的礫石黏性土夾含風化碎礫土填筑而成，富含粗礫砂粒，成份不均。

2)強風化二長花崗巖(J31bηγ)：壩基淺部均有揭露，頂面埋深11.8-36.0m，層頂高程155.08-128.35m，層厚>3.0-5.2m，未鉆穿。肉紅色、褐紅色，稍濕，中粒斑狀結構，塊狀構造，主要礦物有石英、長石、黑云母等,結構基本破壞，風化節理裂隙發育，巖芯散碎-呈碎礫狀，敲擊聲啞。

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3 水庫大壩帷幕灌漿施工工藝特點

3.1 實用性強

水利工程規模在持續擴大，這些水利工程勢必會對四周的環境空間帶來一定的優化，也能對區域內的行業發展、生產運營等提供支持和帶動作用。所以，水利工程建設必須持續地完善自身的管理模式，提高工程施工標準，從而從整體上確保工程建設質量。帷幕灌漿技術作為一種成熟的工藝和技術，能妥善地提高水利工程建設施工質量，使得很多水利工程部門也在采用這一技術，確保其提高工程建設質量。

3.2 安全性強

任何水利工程都需要長久、長期使用，對此就必須確保工程建設施工質量，為了達到這一目標就要做好四周環境的勘測，充分地掌握工程建設環境，形成科學的施工方案，其中帷幕灌漿技術則相對先進、發達，可以將其應用于特定部位的施工，以此來確保工程施工質量[2]。也要依賴于科學的施工方案來強化施工組織與管理，正確定位帷幕灌漿的部位，以此來控制灌漿壓力，從整體上確保工程施工質量。

3.3 經濟性好

整體來看，帷幕灌漿施工技術應用于水利工程加固施工中具有理想的經濟效應，能妥善提高工程建設質量。利用此技術之前必須科學地選準鉆探部位，而且要控制灌漿壓力，整個過程中無需過多的資金投入，能從整體上控制工程建設施工成本。而且此技術的應用能讓混凝土凝固與四周打造成一個牢固的整體，利用小成本打造出高質量的建筑工程，屬于高度實用、經濟的水利工程施工技術。

4 水庫除險加固工程大壩帷幕灌漿施工

4.1 標準調配純水泥漿

在利用帷幕灌漿技術前，必須做好純水泥漿的調配，水泥采用普通硅酸鹽水泥，水泥標號≥42.5#，水泥細度要求達到5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等7個比級。開灌水灰比可采用5∶1。整個施工階段必須科學、嚴謹，確保各項操作達到合格質量標準[3]。

4.2 帷幕灌漿布置

結合本壩堤特點，將帷幕灌漿設定于大壩左壩肩與壩基處，而且要將其延伸到水庫常規蓄水位和左壩肩交接位置，帷幕灌漿的軸線長132m,左壩肩28m，壩基104m,統一布設成一排，布設軸線和混凝土防滲墻要共線，帷幕灌漿孔距為1.6m，灌漿孔要滲入到相對不透水層下方5.0m，施工過程中應先開展壩體塑性混凝土防滲墻的施工，再開始壩基帷幕灌漿施工。灌漿要分成三序孔來逐步施灌，其中一序孔和二序孔之間距離為6.4m,三序孔之間的距離為3.2m。其中一序孔可以充當先導孔，從中明確灌漿深度，再開始灌漿，二、三序孔深度要和一序孔保持一致，灌漿孔深入相對不透水層下方5m，單孔灌溉的長度應在8.7-26.3m。

4.3 灌漿基本參數的確定

4.3.1 灌漿段的長度

根據已有經驗，結合工程當前的實際情況，控制灌漿段長度在5-6.0m范圍內，基巖條件很好的灌段要取最大值，相反，對于裂縫發育、巖石受損較為嚴重的灌漿段則應選擇最小值，壩體和基巖的接觸面長度選擇2.0m，操作中發現問題要及時整頓、修改，射漿管和孔底之間的距離要在50cm以下，灌漿塞要處于前一注漿端上方50cm的地方，控制漏灌問題。不同的灌漿段在灌漿開始前都需要選擇壓力水對裂縫進行沖洗，直到清洗干凈。孔內部的沉積厚度要控制在20cm以下，沖洗壓力要達到灌漿壓力的80%，不能超過1MPa。

參照此工程的實況，灌漿最小壓力要達到水頭的1.5-2.0倍，河床內部的帷幕表層端達到0.40Mpa，底孔段：0.6MPa，河床的最大壓力值可參照表1所示。

表1 帷幕灌漿最大壓力參考數值

參照我國土壩灌漿技術的相關規程和規范，接觸灌漿可以選擇低壓充填模式，其壓力要控制于0.05MPa范圍內。

4.3.3 漿液黏稠度

漿液黏度一般跟隨基巖單位吸水量逐漸發生變化，初始的水灰比5∶1，之后則逐漸逐漸降低，具體的變換原則為：維持灌漿壓力的恒定，當持續地降低注入率時，以及注入率維持恒定，壓力持續上升時，依然維持水灰比不變，漿液注入量如果超過300L，以及灌漿時長為30min時，灌漿壓力、注入率都未發生改變，以及變化不明顯時，則要提升水灰比濃度，當注入率超出30L/min時，則可以參照實際情況來越級地調整濃度。

4.4 灌漿施工關鍵點

4.4.1 灌漿材料準備

根據水利工程建造的規范與標準，除險加固中優選達到特定規格的水泥材料，要保證其達到合格的抗腐蝕性、耐沖刷性，嚴控水泥標準與規格，要想達到帷幕灌漿技術的標準，選擇水泥標號時，必須對水泥材料加以測試，從中分析出水泥工程中所達到的最大承載力，而且要對選中的水泥材料提前開展試驗，明確其承載力極限值，再通過添加材料等來提升水泥的承載效果，憑借對比相關參數，確保水泥的運輸、調配等操作中可以應用成熟的技術，從中篩除低質水泥材料。而且灌漿材料盡量優選普通硅酸鹽水泥，強度等級要達到42.5以上，清理掉受潮水泥。

4.4.2 灌漿施工順序

可以分成三序孔來施灌，壩基、壩肩帷幕灌漿孔距要達到1.6m,其中一序孔和二序孔之間距離為6.4m,三序孔之間的距離為3.2m。帷幕灌漿前，必須做好壩體和壩基接觸面的澆灌，鉆機鉆到基巖面時，可以選擇回轉鉆來逐漸鉆入，也可以選擇干鉆法，當進入基巖0.3-0.5m時，提鉆，并摻入一些麻絨的干黏土球，并下放套管，從而堵住孔隙，隨之則要采用清水鉆進，深入巖層深度2m，將其充當接觸灌漿段，選擇0.05MPa低壓填充式灌漿模式，灌漿的栓塞要在基巖以上半米套管內，接觸灌漿過后，則要等待凝固24h，由此開啟帷幕灌漿工序，帷幕灌漿可自上而下施工。

4.4.3 結束灌漿與封孔

從上到下逐段灌漿，灌漿段要在最大設計壓力下，其注入率也要確保<1L/min ,持續灌注60min，再結束灌漿，全孔關鍵過后，則要從下到上來逐段地封孔，每段長度在20m,灌注水灰比在0.5的濃漿來封孔。

5 水庫除險加固工程大壩帷幕灌漿質量控制

5.1 串漿問題控制

各個部位的孔洞灌漿施工都要達到規定的標準，若采取若干孔洞同步灌漿，則可能出現串漿問題，要想控制這一問題，從整體確保工程質量，則要尊新科學的流程、順序來灌漿，以此來控制串漿現象，或者將串漿孔堵住，而且各個工序的施工結束后必須積極地清理穿孔，以此來控制后續施工問題的出現。

5.2 裂縫問題的控制

參照已有的施工經驗，帷幕灌漿施工中難免出現裂縫，特別是灌漿過程中的噴漿、冒漿現象，也可能會因為壓力調控不當發生裂縫問題，影響工程整體質量的安全。所以，帷幕灌漿施工中，要保證施工人員達到規定的專業水平與能力，特別是當發生冒漿時，施工人員則要調節水泥漿深度，以此來控制內部壓力，防止發生更多的冒漿問題，當看到嚴重的裂縫現象時，必須再次擬定施工方案，而且要深入檢查施工流程是否合理，檢查過后及時更改。

5.3 灌漿質量檢查

帷幕灌漿后要通過孔壓水試驗法來檢查灌漿質量，而且要參照竣工材料與測試結果來分析，帷幕灌漿檢查孔的數量要達到灌漿孔總量的百分之十，灌漿后兩周，要從上到下逐段卡塞開展壓水試驗。

6 結 語

灌漿技術作為整個壩堤加固工程的重要施工工藝及關鍵點，灌漿質量關系到水庫除險加固工程的質量安全與安全性，對此就要優選科學的灌漿工藝，而且要注重灌漿參數和工序的調控，提高灌漿質量，維持日后水庫大壩工程平穩運行。