碾壓混凝土大壩帷幕灌漿試驗方案研究

□劉英豪（內(nèi)鄉(xiāng)縣水利技術(shù)指導(dǎo)站）

碾壓混凝土大壩帷幕灌漿試驗方案研究

□劉英豪（內(nèi)鄉(xiāng)縣水利技術(shù)指導(dǎo)站）

文章結(jié)合河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣打磨崗灌區(qū)煙草水源工程雲(yún)露湖水庫碾壓混凝土大壩帷幕灌漿施工，在有代表性的廊道地段進行帷幕灌漿試驗，采用自下而上的灌漿施工方法，提出孔深、孔距、漿液方式、灌漿壓力、灌漿配比等技術(shù)參數(shù)，來論證帷幕灌漿試驗方案和施工參數(shù)在技術(shù)上的可行性、施工效果的可靠性、經(jīng)濟上的合理性，以指導(dǎo)全段帷幕灌漿施工，確保其滿足設(shè)計要求。

碾壓混凝土大壩；帷幕灌漿；試驗方案

1 工程概況

河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣打磨崗灌區(qū)煙草水源工程是中國煙草總公司援助河南省項目，總投資17464.83萬元。主要內(nèi)容包括：雲(yún)露湖水庫、打磨崗灌區(qū)引水工程及灌區(qū)骨干工程。工程建成后每年可從雲(yún)露湖水庫調(diào)水1100萬m3至打磨崗水庫，使打磨崗灌區(qū)灌溉面積由3413.33hm2擴大到7853.33hm2。

雲(yún)露湖水庫位于南陽市內(nèi)鄉(xiāng)縣馬山口鎮(zhèn)杜洛莊村外坡自然村上游約400m處的青山河上，壩址控制流域面積112.30km2，水庫總庫容983.30萬m3，興利庫容562.00萬m3，大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高47.50m，壩頂長度234.00m，其中溢流壩段總寬100.00m，凈寬90.40m，共5孔，是一座以灌溉供水為主要任務(wù)的?、判退こ?。

為保證大壩安全，設(shè)計對大壩壩基及左右岸山體進行帷幕灌漿。帷幕灌漿范圍包括大壩樁號0-007.60m至0+268.40m段及庫區(qū)左岸樁號0+001m至上0+133m段，處理范圍總長度408m，灌漿孔孔數(shù)206孔，總進尺5188.20m。灌漿孔分三序加密，一序孔孔間距8m，二序孔孔間距4m，三序孔孔間距4m，終孔孔間距2m。灌漿孔進入基巖中等透水下限值為5m，透水率≤5Lu。

2 帷幕灌漿試驗?zāi)康呐c任務(wù)

依據(jù)《內(nèi)鄉(xiāng)縣打磨崗灌區(qū)煙草水源工程設(shè)計圖紙》、《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》和《水利水電工程鉆孔壓水試驗規(guī)程》等，編制試驗方案，并通過在有代表性的廊道地段進行帷幕灌漿試驗和檢查孔的壓水試驗，檢驗透水率是否滿足設(shè)計防滲標(biāo)準(zhǔn)≤5Lu；根據(jù)施工記錄，提出鉆孔深度、鉆孔間距、灌漿方式、漿液壓力、灌漿配合比等技術(shù)參數(shù)，來論證帷幕灌漿試驗方案和施工參數(shù)在技術(shù)上的可行性、施工效果的可靠性、經(jīng)濟上的合理性，以指導(dǎo)全段帷幕灌漿施工，確保其滿足設(shè)計要求。

3 帷幕灌漿試驗場地的選擇和布孔

3.1 工程地質(zhì)條件

大壩庫區(qū)處于伏牛山南坡、五朵山南麓中低山區(qū)域，山脈總體走向呈NE-SW，地勢北東高南西低，山體自然坡度35～65°之間，海拔多在480～610m，個別地段地勢險峻，呈懸崖峭壁。分布于庫區(qū)的地層較單一，主要為西期花崗巖，少量的下元古界黑云母石英片巖、大理巖，第四系零星發(fā)育沖洪積、殘坡積地層及人工堆積層。

3.2 試驗場地的選擇及試驗檢查孔的布置

在廊道內(nèi)樁號0+100.40m至0+124.40m段作為灌漿試驗段，其孔號為W55～W67，共計13個孔。根據(jù)實際灌漿情況及監(jiān)理要求，在W56#與W57#之間布置檢查孔SW-J-4，在W61#與W62#之間布置檢查孔SW-J-5，在W65#與W66#之間布置檢查孔SW-J-6。

3.3 試驗孔施工條件

本次廊道內(nèi)試驗孔在大壩高度上升至290.00m后進行，壩體上升高度＞20m，且壩體混凝土強度均達(dá)到設(shè)計強度。上游河床水位260.00m，廊道內(nèi)試驗孔孔口高程為263.30m，孔口高程高于上游水位。試驗區(qū)的固結(jié)灌漿已全部完成并檢查合格。試驗孔的施工條件符合要求。

4 帷幕灌漿試驗

4.1 帷幕灌漿試驗參數(shù)的選擇

孔深：根據(jù)設(shè)計要求，鉆入弱透水層≥5m。孔徑：開孔孔徑75mm，終孔孔徑75mm。灌漿壓力見表1。漿液配合比灌漿漿液水灰比采用5：1，3：1，2：1，1：1，0.80：1，0.60：1，0.50：1，7個比級，開灌漿液水灰比5：1。

4.2 帷幕灌漿試驗工藝

測量-布孔-鉆孔-沖洗-壓水試驗-制漿-灌漿-封孔-檢查。試驗孔灌漿完成14d后進行施工質(zhì)量檢查。

表1 各階段灌漿壓力表

4.3 灌漿投入的機械及設(shè)備

2臺GJ-150A型地質(zhì)鉆機，2臺SNS150/3.5A型灌漿泵，2臺HBW50/1.5型灌漿機組，2臺YJ-340型灰漿攪拌機。

4.4 人員組織投入

投入13人，其中管理人員3人，鉆機工2人，灌漿工2人，輔助工人6人。

5 帷幕灌漿孔施工

5.1 試驗段代表孔選擇

選用廊道內(nèi)0+100.40m至0+124.40m段作為本工程廊道及壩頂灌漿試驗段，其孔號為W55-W67。

5.2 鉆孔工藝及流程圖

鉆孔工藝及流程圖為：鉆機定位→開始鉆孔→鉆孔施工→沖洗鉆孔→最底端壓水試驗→基巖灌漿→下一段灌漿→壓力封閉孔口→本孔鉆孔及灌漿結(jié)束→移動鉆機

5.3 灌漿孔沖洗及壓水試驗

5.3.1 鉆孔施工結(jié)束后，鉆具下到孔底，注入大流量水流，從孔內(nèi)向孔外沖洗，直至回清水10min以上，保證孔底沉淀厚度＜20cm。對回水達(dá)不到澄清要求的孔段，應(yīng)繼續(xù)進行沖洗，直到滿足設(shè)計要求為止。

5.3.2 灌漿開始前，首先進行基巖裂隙沖洗（沖洗壓力為灌漿壓力值的80%，且≤1MPa），然后進行壓水試驗，對于先導(dǎo)孔，應(yīng)自上而下分段進行壓水，其他灌漿孔在灌漿開始前進行孔底段簡易壓水試驗，壓水試驗的壓力值為灌漿壓力值的80%。

帷幕灌漿壓入漿液流量穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)：在穩(wěn)定的壓力下每隔3-5min測讀一次壓入流量值，連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差＜1L/min時，本階段灌漿試驗即可結(jié)束，取最終值為計算值。根據(jù)最終流量值讀數(shù)作為計算流量值，按以下公式計算單位吸水率。（1）

式中：q─試驗段透水率，lu；Q─壓力流量值，L/min；P─作用于試驗段的全壓力值，Mpa；L─試驗段長度，m；

5.4 灌漿

5.4.1 制備漿液

采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥細(xì)度為通過80цm方孔篩的篩余量≤5%。水采用潔凈水。制備漿液時，水泥和水必須稱量，稱量誤差＜5%；漿液采用高速攪拌機攪拌均勻，攪拌時間＞30s，漿液從制備到用完，時間≤4h；寒冷季節(jié)施工應(yīng)做好機械設(shè)備和灌漿用管路的防寒及保暖工作，保持漿液溫度控制在5～400℃之間。漿液在開始使用前應(yīng)當(dāng)過篩。

5.4.2 灌漿段長度

灌漿段長度一般為5～6m，當(dāng)巖石為比較完整的巖石時，灌漿段應(yīng)適當(dāng)增加長度，但最長≤10m；當(dāng)巖體破碎且孔壁不穩(wěn)定時，灌漿段長度應(yīng)適當(dāng)縮短。混凝土和基巖接觸處的灌漿段長度為2～3m。灌漿時灌漿塞阻應(yīng)設(shè)在各灌漿段段頂0.50m處，防止漏灌。

5.4.3 灌漿漿液及壓力變換

灌漿時自上而下應(yīng)逐段增加壓力，灌漿壓力要盡快達(dá)到設(shè)計值，但在注入率大時應(yīng)當(dāng)分級升壓，漿液濃度要由稀至濃逐級進行變換,漿液共分為5：1、3：1、2：1、1：1、0.80：1、0.60：1、0.50：1七個比級，開始灌漿時水灰比采用比級為5：1?？卓跓o涌水的孔段，灌漿結(jié)束后可不待凝，但在斷層、破碎帶等地質(zhì)條件復(fù)雜地層則宜待凝，但待凝時間應(yīng)當(dāng)根據(jù)地質(zhì)條件和工程設(shè)計要求確定。

當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時，不準(zhǔn)改變水灰比。

當(dāng)某一比級漿液注入量＞300L以上，或灌注時間＞30 min，但灌漿壓力和注入率均沒有顯著的改變時，應(yīng)當(dāng)及時調(diào)換成濃一級水灰比漿液進行灌注。

當(dāng)注入率＞30L/min時，要注意根據(jù)施工的具體情況，也可越級變濃。

5.4.4 灌漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)

在最大設(shè)計壓力下，當(dāng)注入率≤1L/min時，再繼續(xù)灌注30min后，灌漿即可以結(jié)束。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件比較復(fù)雜，地下水流速較大、漿液注入量較大、灌漿壓力較低時，持續(xù)灌注的時間應(yīng)適當(dāng)延長；當(dāng)巖體比較完整、漿液注入量較小時，持續(xù)灌注時間可適當(dāng)縮短。當(dāng)灌漿長時間達(dá)不到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的要求時，應(yīng)立即報請現(xiàn)場監(jiān)理工程師進行研究處理。

5.5 灌漿封孔要求

一個試驗孔灌漿完成并經(jīng)驗收合格后，必須對鉆孔進行封孔處理。封孔采用全孔灌漿封孔法，全孔灌漿完畢后，灌注水灰比為0.50：1的濃漿，將灌漿塞塞在孔口，進行純壓式灌漿封孔，封孔壓力為2MPa，灌漿時間≥1h。待孔內(nèi)水泥漿凝固后，灌漿孔上部空余部分＞3m時，應(yīng)繼續(xù)按照上述方法進行封孔；＜3m時，采用干硬性M10水泥砂漿進行人工封孔，封孔時要求振搗密實。

6 特殊情況處理措施

本實驗段施工中，對吸漿量較大的試驗孔，報請監(jiān)理工程師到場研究，采取及時調(diào)換漿液配合比，換成濃漿，并適當(dāng)降低壓力等處理措施進行灌注，取得了較好的灌漿效果。

7 質(zhì)量檢查

檢查孔壓水試驗可以在該部位灌漿結(jié)束后14d進行。質(zhì)量檢查要以分析檢查孔壓水試驗的成果為主，結(jié)合鉆孔時間、檢查孔鉆取的芯樣資料、灌漿施工記錄數(shù)值以及測量試驗成果等資料數(shù)值，評定其灌漿質(zhì)量。

8 試驗成果分析

8.1 試驗成果資料分析

試驗段施工歷時30d，完成試驗孔13個，鉆孔長度290.90m，灌漿長度223.70m，注入水泥9005.30kg，平均消耗水泥40.30kg/m。試驗段灌漿各次序成果匯總見表2。

表2 試驗孔分序成果匯總表

該試驗段檢查孔共布置3個孔，歷時6d。試驗檢查孔壓水成果見表3：

表3 檢查孔壓水試驗成果匯總表

經(jīng)對試驗檢查孔壓水實驗數(shù)值進行匯總統(tǒng)計，試驗檢查透水率頻率分布見表4。

表4 試驗段檢查孔透水率頻率分布統(tǒng)計表

根據(jù)試驗區(qū)各灌漿孔的透水率及單位吸漿量進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)灌漿后，檢查孔透水率及吸漿量明顯減小，說明灌漿效果較好，檢查試驗區(qū)滿足設(shè)計要求。因此可以將灌漿試驗區(qū)內(nèi)所進行的試驗性灌漿作為將來正式帷幕灌漿的一個組成部分，試驗段不再進行二次灌漿。

8.2 抬動觀測分析

抬動觀測是在灌漿過程中進行的。根據(jù)灌漿前后的觀測評價，抬動觀測值為0，沒有出現(xiàn)抬動觀測變形現(xiàn)象，不會影響后續(xù)施工，因此灌漿壓力數(shù)值可以作為后期灌漿施工時的依據(jù)。

9 結(jié)語

帷幕灌漿試驗采用自下而上的方式進行灌漿，灌漿水泥使用P.O42.5水泥，帷幕灌漿分三個序孔進行施工，一序孔孔間距為8m，二序孔孔間距為8m，三序孔孔間距為4m，終孔孔間距為2m，鉆孔直徑為75mm，鉆孔深度為設(shè)計孔深值，灌漿段長度為5～6m，灌漿壓力數(shù)值自上而下分別為0.40MPa、0.60Mpa、0.80MPa、1.00MPa，最大壓力值為1MPa，灌漿漿液比為5：1、3：1、2：1、1：1、0.80：1、0.60：1、0.50：1，7個比級。從灌漿試驗成果分析看，本次帷幕灌漿效果較好，試驗成果均能滿足設(shè)計要求，因此上述施工參數(shù)可以作為下一步全壩段正式帷幕灌漿的依據(jù)。

（責(zé)任編輯：左英勇）

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2016-04-25