汾河二庫(kù)帷幕灌漿施工技術(shù)探討

曹吉革

（山西省汾河二庫(kù)管理局，山西 太原 030012）

1 工程概況

汾河二庫(kù)位于太原市尖草坪區(qū)與陽(yáng)曲縣交界的懸泉寺，上游距汾河水庫(kù)80 km，下游距太原市區(qū)30 km。是汾河上游干流上一座以防洪為主，兼有供水、發(fā)電、旅游養(yǎng)殖等綜合效益的大型水利樞紐工程。壩址控制流域面積2348 km2，原設(shè)計(jì)多年平均入庫(kù)徑流量1.45億m3，多年平均入庫(kù)沙量560萬(wàn)t，水庫(kù)總庫(kù)容1.33億m3。正常興利水位905.70m，設(shè)計(jì)洪水位907.32m，校核洪水位909.92m。

壩址位于懸泉寺傾伏背斜的南傾伏端，該背斜長(zhǎng)不足千米，軸向 NE3°，傾伏角 3°～4°，背斜東翼地層產(chǎn)狀 25°～40°/SEL3°～8°，西翼地層產(chǎn)狀 290°～320°/SEL3°～5°，壩址距下游背斜軸部約350m。

壩址河谷兩岸邊坡下部陡立，上部較為開闊，河床為26～28m的砂礫石覆蓋層。壩基兩岸為奧陶系下統(tǒng)白云巖和泥質(zhì)白云巖。壩址基巖面的地層為：奧陶系下統(tǒng)冶里組底部，厚3m左右，分布高程為829～833m，開挖時(shí)已全部清除；寒武系上統(tǒng)風(fēng)山組上部地層，由上至下為3層。

2 帷幕灌漿施工過程

2.1 帷幕灌漿目的

汾河二庫(kù)大壩壩基布置封閉式抽排系統(tǒng)，具體措施為：在壩體上下游地基中各設(shè)一排防滲帷幕，在壩底橫向廊道和上下游縱向廊道中設(shè)壩基排水孔，將壩基滲水排入廊道，由廊道將滲水集中到集水井，并設(shè)水泵抽出壩外，以達(dá)到降低壩基揚(yáng)壓力的目的。上下游防滲帷幕均布置為單排。

2.2 施工工藝

灌漿試驗(yàn)工藝：觀測(cè)孔施工、灌漿孔施工、檢查孔，灌漿孔按Ⅰ序孔，Ⅱ序孔，Ⅲ序孔施工。

灌漿孔單孔施工過程：鉆進(jìn)覆蓋層及第一段（壓水試驗(yàn)、灌漿），鑲嵌孔口管（待凝72 h），鉆進(jìn)第二段（壓水試驗(yàn)、灌漿），依次循環(huán)直至全孔灌漿結(jié)束封孔。

2.3 鉆孔

鉆孔采用XY-2PC型地質(zhì)鉆機(jī)，帷幕灌漿孔開孔孔徑91 mm；鉆孔孔徑選用75 mm和60 mm兩種；壓水檢查孔孔徑75 mm；抬動(dòng)觀測(cè)孔孔徑91 mm。

與設(shè)計(jì)孔位偏差通常不大于10 cm的是帷幕灌漿孔的開孔部位，孔位需進(jìn)行變更，并得到監(jiān)理工程師許可。帷幕灌漿孔在開鉆前采用水平尺將鉆機(jī)找平墊穩(wěn)，并用地錨將鉆機(jī)固定。

先導(dǎo)孔和檢查孔均應(yīng)采取巖芯，巖芯經(jīng)地質(zhì)人員描述后保留50%（按孔數(shù)計(jì)）。在完整的巖石中，采用單管鉆具取芯；在斷層、破碎帶孔段，采用雙管單動(dòng)鉆具和其他先進(jìn)技術(shù)取芯，依照取芯程序統(tǒng)一編號(hào)，填牌裝箱，并繪制鉆孔柱狀圖以及實(shí)施巖芯形狀、拍照。

鉆孔時(shí)，必須對(duì)孔內(nèi)各種情況做認(rèn)真詳細(xì)的記錄，記錄內(nèi)容包括混凝土厚度、涌水、漏水、斷層、洞穴、破碎、塌孔換層位置等。鉆孔穿過軟弱巖層或遇有塌孔掉塊時(shí)，獨(dú)立做一段，實(shí)施灌漿處理，再接連鉆進(jìn)；如發(fā)現(xiàn)有集中漏水，馬上停鉆，檢查漏水位置；如發(fā)現(xiàn)涌水或承壓水時(shí)，暫停鉆進(jìn)，通知監(jiān)理及設(shè)計(jì)研究后再施工。

2.4 鉆孔沖洗與壓水試驗(yàn)

本次灌漿采用3SNS型灌漿泵、鉆桿、封閉器、灌漿自動(dòng)記錄系統(tǒng)等施工設(shè)備。

各灌漿段灌漿前使用壓力水實(shí)施裂隙沖洗，沖洗壓力為該段灌漿壓力的80%，且不大于1 MPa；沖洗時(shí)間到回水清凈為止，且不大于20 min。

采用簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)每5 min測(cè)讀一次流量，接連4次讀數(shù)中最大值以及最小值之差小于最后值的10%，或最大值和最小值中間差小于1 L/min時(shí)，該階段試驗(yàn)即可完成，取最后值作為計(jì)算值。

2.5 灌漿

灌漿主要設(shè)備包括3SNS型灌漿泵、高速渦輪制漿機(jī)、立式雙桶儲(chǔ)漿攪拌機(jī)、灌漿自動(dòng)記錄儀、不鑄鉆孔口封閉器等。帷幕灌漿使用“孔口封閉、自上而下、孔內(nèi)循環(huán)”分段灌漿方法施工。

采用普通水泥漿液灌漿，水泥標(biāo)號(hào)為P.O42.5；水泥細(xì)度要求通過80 μm方孔篩的篩余量不超過5%。灌漿用水采用水庫(kù)中的水。使用高速攪拌機(jī)制漿，攪拌時(shí)間不少于30 s，自制備至用完時(shí)間宜小于4 h。

漿液濃度遵循從稀到濃的原則逐級(jí)進(jìn)行變換，使用 5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1 等 6 個(gè)比級(jí)。

灌漿完成后根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)需求以及《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行，即在壓力最大設(shè)計(jì)下，不大于1.0 L/min的注入率時(shí)，不斷灌注30 min完成。封孔采用置換和壓力灌漿法封孔。即在終孔段灌漿完成后以0.5∶1的濃漿置換孔內(nèi)漿液，然后使用全孔最大灌漿壓力進(jìn)行純壓式灌漿封孔，時(shí)間為1 h，灌漿封孔結(jié)束，閉漿24 h。

帷幕灌漿施工前，首先進(jìn)行抬動(dòng)觀測(cè)裝置的安裝，抬動(dòng)觀測(cè)孔固定端深入基巖10m。抬動(dòng)觀測(cè)裝置安裝時(shí)首先向孔底填入40 cm厚的低標(biāo)號(hào)水泥砂漿，然后下入直徑20 mm的圓鋼至孔底，外露20 cm，緊接著下一根直徑50 mm的鋼管至孔底，外露10 cm，最后用水泥砂漿將孔壁與鋼管間隙封住。

2.6 特殊情況處理

灌漿中特殊情況處理參照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行。本次帷幕灌漿共完成1709段次，其中共有9個(gè)段次終孔段壓水呂榮值大于設(shè)計(jì)要求的3 Lu，加深一段后達(dá)到設(shè)計(jì)要求。共有36個(gè)段次注入量超過2 t，且流量沒有減少的跡象。其中25段經(jīng)過低壓、限流、間歇灌漿措施，達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，11段采用待凝后掃孔復(fù)灌，達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

3 灌漿質(zhì)量及檢查效果

3.1 灌漿質(zhì)量檢查

灌漿質(zhì)量檢查以壓水試驗(yàn)為主，并結(jié)合取芯和灌漿資料成果分析綜合評(píng)價(jià)。壓水試驗(yàn)應(yīng)在灌漿結(jié)束14 d后進(jìn)行。檢查孔壓水試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)為：透水率不大于3 Lu，壩體混凝土與基巖接觸段的透水率合格率100%，其余各段的合格率不小于90%，不合格試段的透水率不大于設(shè)計(jì)值的150%，且分布不集中。

3.2 灌漿成果分析

此次灌漿共完成160個(gè)孔，基巖鉆孔7799.6m，帷幕灌漿7261.6m，注入水泥830.25 t，平均單位注入量114.33 kg。其中Ⅰ序孔41個(gè)，灌前平均透水率為11.62 Lu，平均水泥注入率為180.37 kg/m；Ⅱ序孔40個(gè)，灌前平均透水率為7.55 Lu，平均水泥注入率為115.93 kg/m；Ⅲ序孔79個(gè)，灌前平均透水率為5.13 Lu，平均水泥注入率為77.04 kg/m。

通過對(duì)各次序孔灌前透水率分析可知，Ⅱ序孔比Ⅰ序孔減少了35%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔減少了32%，隨著施工中孔序的逐漸加密，透水率呈逐漸減小的趨勢(shì)，符合灌漿的一般規(guī)律。

通過對(duì)單位水泥注入率分析可知，Ⅱ序孔比Ⅰ序孔減少了36%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔減少了34%，各序孔單耗情況滿足施工逐序加密，單位注入量呈逐漸減小的趨勢(shì)。

3.3 檢查孔壓水成果

第一，檢查孔數(shù)量為灌漿孔的10%，共16個(gè)檢查孔，壓水試驗(yàn)157段，均滿足設(shè)計(jì)小于3 Lu的標(biāo)準(zhǔn)。

第二，檢查孔取芯率為90.02%～92.79%，滿足設(shè)計(jì)不小于90%的要求。各檢查孔巖芯中發(fā)現(xiàn)水泥結(jié)石體，巖石裂隙充填飽滿，強(qiáng)度高，同巖體膠結(jié)致密。

第三，封孔檢查孔數(shù)量為灌漿孔的1%，共2個(gè)封孔檢查孔，取芯深度15 mm，取出的水泥結(jié)石體為深灰色，無(wú)蜂窩空洞，膠結(jié)致密，強(qiáng)度高，充分說明封孔工藝合理，施工質(zhì)量可靠。

3.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

汾河二庫(kù)管理局對(duì)大壩各明顯滲漏點(diǎn)均有監(jiān)控，通過對(duì)灌漿前后滲流量對(duì)比可知，灌漿后壩基滲漏量比灌漿前減少了90.2%，說明此次灌漿效果良好，達(dá)到了灌漿目的。