東風水庫左岸補強帷幕灌漿施工關鍵技術研究

李建坤，陳中和

（中水北方勘測設計研究有限責任公司,天津 300222）

0 引言

帷幕灌漿方法是水利工程建設中常用的補強防滲工程方法一種,利用設備對所要求防滲工程處理的施工區地層進行鉆探、清洗、壓水、灌注水泥漿液的方法,將水泥漿液壓入地基裂隙內,硬化膠結,從而形成一個強度高、抗滲透、彈性模量大及較高完整性的阻水帷幕,以達到減小壩基滲漏量的目的。因此相關技術在實際應用中,對于施工質量控制、工序控制及質量檢查提出了較高的要求[1]。

1 工程概況

金堂縣東風水庫坐落于沱江左岸清溪河一級支流,距離金堂縣縣城約25 km。大壩地理坐標在東經104°35′7′,北緯30°51′7′,涉及集雨面積16.8 km2,多年平均徑流量421 萬m3。1958年11 月開工,1960年10 月建成主壩高31.8 m、總容積為712 萬m3,屬Ⅳ等小（1）型水庫,灌溉面積1.5 萬畝,實灌面積是1.25 萬畝。由于水庫位置高,發展自然灌溉條件好,更有人民渠七期余水充蓄,經各級主管部門的審批認可,將東風水庫擴建為中型工程,以緩解該縣丘陵區缺水問題。

擴建后,水庫正常蓄水位高程500.00 m,大壩壩頂高程503.70 m,最大壩高可達48.39 m,正常庫容2200 萬m3,總庫容為2610 萬m3,灌溉區面積11.62 萬畝。東風水庫壩型為粘土心墻石渣壩,本次擴建保持原大壩上游壩坡不變,從原大壩下游面培厚加高壩體。溢洪道進口底板設計高程500.00 m,全部長度589 m,設計泄洪流速可達45.5 m3/s,校核泄洪流速85 m3/s。放水（空）洞進口底板高程475.0 m,全長236 m。

2 方案設計

2018年11 月,業主在對大壩例行巡視中發現大壩下游左壩坡出現滲水現象,最高點位于左岸排水溝位置,高程為473.7 m,最低點位于排水棱體平臺467.0 m,初步測量濕潤面積約923 m2,大壩下游左岸排水棱體上游地段有從坡面浸潤或集中呈股狀流出,左岸基巖地下水呈股狀流出,影響下游壩坡的安全穩定。

2018年～2021年期間局部進行灌漿, 效果不理想。2021年11 月完成了“金堂縣東風水庫擴建工程大壩補強帷幕灌漿工程實施方案”。

左壩肩壩段灌漿孔沿著大壩軸線布置,為雙排斜孔,其中上游排樁號為壩0-065.00～壩0+075.00,灌漿孔軸線長度140.00 m,共布置65 孔。下游排灌孔分為兩部分,樁號為壩0+057.00～壩0+049.00,共布置5 孔,樁號壩0-007.00～壩0-065.00,共布置30 孔。雙排斜孔灌漿孔合計100 孔。

左壩肩灌漿孔與原灌漿孔排距1.0 m,相鄰孔距2.0 m,呈梅花型布置,傾斜角度15°,終孔端偏差不大于1°,終孔孔徑不小于75 mm,孔底高程412.00 m～440.00 m,孔深65.8 m～94.9 m。

起灌高程：壩0+000.00～壩0+075.00 段為原混凝土灌漿平臺高程；壩0+000.00～壩0-065.00 段為500 m 正常蓄水位高程。

3 帷幕灌漿施工

（1）施工測量。針對現場的狀況,通過準確計算鉆孔的部位、數量、間距、斜率和工程信息,確保用適當的方式使孔徑的尺寸滿足設計方案需要。100 個斜孔眼,依據鉆孔深淺和造孔難易等具體情況,決定工程期限90 d。整個左岸灌漿孔施工過程中,建成的帷幕灌漿統計總段數1323 段,完成非灌漿段統計長度1438.29 m,完成灌漿段統計長度6594.83 m,注灰后總重量約為1379847 kg,單位注灰量209.23 kg。

（2）設置灌漿孔。灌漿孔孔位、孔斜、孔深應均按設計圖進行鉆孔、灌漿,鉆孔按雙排孔布置,分Ⅲ序施工,大壩壩體范圍內鉆孔施工采用無水施工,壩體心墻部分需下套管護壁。灌漿方法使用孔內循環法。鉆孔灌漿間距仍按2 m,排距按1 m 布孔。帷幕灌漿具體施工按分序加密進行。兩排孔組成的帷幕應先灌注下游排孔,后灌注上游排序鉆孔。采取的是自上而下,鉆取一段灌漿一段的孔口封閉式灌漿施工法。灌漿段長度一般控制在5 m,最大段長不得超過8 m,接觸段長2 m（原灌漿混凝土平臺與基巖接觸部位）。

本工程現場使用孔口封閉灌漿施工法。各孔接觸段,應先行單獨鉆孔與灌漿,鑲鑄孔口管,待凝48 h 以上。采用孔口封閉器要求需具備良好的耐壓性和密封性,保障灌漿管在灌漿過程中可以靈活轉動和起降。

（3）鉆進成孔。首先,清除施工現場,保證將所有妨礙施工效率的外來雜物全部清理,在清除完畢之后,再進行地面搭設鉆探臺的工作。在設置樁架的過程中,確保樁架定位正確,并適當設置鉆頭。確定鉆機定位準確,使鉆具、灌漿孔放孔位置以及平臺處于同一中心線上,并確保高度合適。鉆頭裝配完成后,對鉆頭進行試驗。首先選定試驗部位,然后進行試驗,確定了鉆具供水以及確定了機械的功率大小,此資料為以后進行鉆孔依據。在開始施工之時,應對鉆具、鉆桿等裝置進行仔細檢查,以確保鉆具沒有扭曲、松散的現象,并保證鉆具以相同的轉動速度開展鉆探,才能很好地完成鉆孔。

（4）裂隙沖洗及壓水測試。灌漿孔完成后,用高壓水流放至底部對孔底、孔壁進行灌漿前的沖洗工作,沖洗壓力為該灌漿段壓力的80%,以此保證孔底及孔壁干凈。在孔底清潔的過程中,用壓力管道或鉆桿對沖洗水流輸送,在沖洗孔底及孔壁過程中,不間斷水流,以達到清潔目的。沖洗中發生回流水,水質不好,需連續沖洗20 min 以上,從開始沖洗到結束,完整沖洗過程必須連續30 min 以上。壩體部位的灌漿孔比其他部分的要深,需延長鉆孔沖洗時間,針對于該段的沖洗時間就要超過1 h,以保證鉆孔沖洗更清潔。全部沖洗工作結束后,需自上而下分段進行壓水試驗。壓水試驗采用單點法,將壓力限制在灌漿壓力80%左右,嚴格遵循施工規范要求,避免因過高的沖洗壓力而破壞孔壁完整性及裂隙的連通性。

（5）灌漿施工。沖洗作業結束后,依據壓水測試獲取的對應數據展開灌漿施工工作。水泥漿液濃度水灰比分為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 六比級,水泥漿液濃度變換原則：當灌注量達300 L 或灌注持續時間達到30 min,且灌漿壓力或灌注速率無變化或變化不明顯,將灌漿濃度再提高一級。也可根據簡易壓水試驗的吸水量大小及現場工作情況越級使用濃漿灌注,灌注效果差,應恢復稀漿灌注。

帷幕灌漿以設計壓力自上而下進行,以最大設計壓力進行灌漿,灌注速率不超過1 L/min 時,持續灌注30 min 后,即為完成該段灌漿工作。

（6）終孔及密封。帷幕灌漿孔終孔,原則為連續兩灌漿段壓水測試透水率≤5 Lu。終孔段的透水率或單位灌注量超過設計提供值時,則該灌漿孔需繼續加深灌漿。

完成灌漿后,通過壓力灌漿或高濃度水泥漿液置換等方式密封已完成灌漿孔。采用水灰比1∶0.5 的水泥漿液置換鉆孔內較稀漿或積水,使用全孔灌漿法進行封孔,漿液經過沉降后,使用水泥砂漿補封沉降部分至孔口[2]。

4 工程施工中問題及應對措施

（1）鉆孔事故處理。在灌漿孔施工過程中,基巖鉆孔局部出現塌孔、掉塊、縮孔等卡鉆機問題,使施工難度加大。通過打撈設備及套管跟管鉆進技術,對鉆機事故的發生發揮了較好的控制效果。

（2）漿液凝固抱射漿管問題。左岸開始施工時,ZK1、ZK9、ZK17、ZK29、ZK37 部分灌漿段壓水測試最大泵量達80 L/min～100 L/min,該段壓水測試時無壓力無回水,灌漿時,水灰比0.5,時長30 min 后,仍為無壓無回狀態,間歇10 min～20 min,出現水泥漿抱死射漿管情況。灌漿無壓無回,導致孔內漿液循環不暢,局部出現水泥漿液沉淀。后續采取減少間歇時間、每隔10 min 左右進行一次提鉆,水泥漿抱管現象得以控制。

（3）地面抬動問題。左岸ZK37,2022.5.16 夜班第一段灌漿過程中出現上壩面冒漿情況,該孔周圍壩面路接縫處出現抬動,立即停止灌漿。后經分析基巖層面及垂向裂隙發育,灌漿設計壓力較大,混凝土蓋板處較為薄弱,出現上壩面冒漿及路面抬動情況。現場采取及時封堵串、冒漿點,采用降壓、限流、間歇及待凝等措施進行處理,效果較好,未再次出現抬動問題。

（4）突發停電問題。夏季施工,由于天氣原因,該區域處于用電高峰期,會出現隨機停電情況。出現正在灌漿過程中,突發停電情況,灌漿泵及輸漿管會出現堵塞情況。現場準備備用發電機,減少灌漿事故。

5 帷幕灌漿施工技術要點

（1）水泥漿液變換濃度原則。灌漿漿液水灰比變化是否合理,是保證帷幕灌漿施工質量的關鍵技術問題。當灌注漿液量大于300 L,或者灌漿連續時長超出30 min,且灌漿壓力變化或灌注速率變化不顯著時,灌漿濃度可提高一級。也可根據壓水試驗的透水率,結合現場工作情況越級使用濃漿灌注,若灌注效果差時,應恢復稀漿灌注。

（2）在灌漿過程中發現冒漿、漏漿時要進行全表面封堵、攔截,同時采取低壓濃漿限流、間歇、待凝等辦法解決。通過上述方式處理后,即可停止本次灌漿工作,在待凝20 小時后應進行掃孔再重新灌漿,若再次出現上述情況仍采用上述方式進行處理。

（3）對于無壓無回或者回漿量相對較少段灌漿過程中,為防止射漿管被水泥漿凝住,在灌漿過程中要經常旋轉或者上下拉動灌漿射漿管。

（4）灌漿質量保證。在帷幕灌漿實施過程中,要實時進行施工流程檢測,以保障灌漿施工質量。現場技術人員及資料員在灌漿進程中,要進行灌注速率實時跟蹤監測、記錄,如果發現與灌漿施工技術要求不符,應立即查找出問題所在,并及時有效解決。在所有灌漿孔灌漿完成后,按照灌漿孔總數目10%對帷幕灌漿孔抽檢,進行質量檢測,并將檢測結果交現場監理員,確保大壩補強灌漿的帷幕灌漿施工質量效果。

6 結論

隨著中國當前經濟社會高速增長,對水利工程的施工也提出了越來越高要求,特別是水利工程防滲補強施工問題,對保證施工的安全、穩定性、效率都有著重大作用。以東風水庫左岸補強防滲工程為例,結合工程區工程地質條件及補強防滲設計方案,就帷幕灌漿補強防滲施工過程中的灌漿關鍵技術進行探討,根據帷幕灌漿施工過程中可能出現的問題,提出處理措施,并對施工過程中的技術要點進行總結,以期為類似案例提供有益借鑒。