帷幕灌漿在化農(nóng)水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

李新建

帷幕灌漿在化農(nóng)水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

李新建

一、工程概況

化農(nóng)水庫是江蘇省盱眙縣5座中型水庫之一，位于盱眙縣西南山區(qū)白塔河上游，王店鄉(xiāng)境內(nèi)，水庫于1958年冬動工興建，1960年5月建成，集水面積53.6km2，總庫容4131萬m3，是一座集防洪、灌溉、旅游、供水、養(yǎng)殖等綜合利用于一體的中型水庫?；r(nóng)水庫除險(xiǎn)加固項(xiàng)目是我國大中型水庫除險(xiǎn)加固專項(xiàng)水利工程之一，加固后水庫將達(dá)到設(shè)計(jì)50年一遇、校核1000年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。水庫除險(xiǎn)加固主要內(nèi)容是：對大壩進(jìn)行加固、防滲處理；拆建溢洪閘；拆建輸水涵洞；增設(shè)必要的觀測、管理設(shè)施。防滲處理采用多頭小直徑攪拌樁、高壓噴射灌漿和帷幕灌漿多種防滲技術(shù)相結(jié)合的處理方法，其中溢洪閘底板基巖滲透處理采用帷幕灌漿工法。

二、地質(zhì)條件

溢洪道閘底板基巖是強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化玄武巖，局部夾薄層宗紅色泥巖，灰、灰紫、灰黑色，有氣孔狀、斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶礦物以長石、輝石、橄欖石為主，結(jié)晶粒度較粗。裂隙、節(jié)理發(fā)育，巖心呈碎塊狀。

水庫溢洪道樞紐建筑物位于1+116～1+180部位，直接坐落于強(qiáng)風(fēng)化基巖上，天然地基存在滲漏問題?？辈炱陂g于水庫溢洪閘底板鉆兩個試驗(yàn)孔，進(jìn)行了壓水試驗(yàn)，強(qiáng)風(fēng)化玄武巖的透水率為27～30Lu，透水率較大，屬中等透水性，中風(fēng)化玄武巖透水率為5～7Lu，屬弱透水性。強(qiáng)風(fēng)化基巖需進(jìn)行防滲處理，設(shè)計(jì)采用帷幕灌漿方案進(jìn)行處理。

三、帷幕灌漿施工

帷幕灌漿是將漿液灌入巖體或土層的裂隙、孔隙中，形成阻水幕墻，以阻止或減少地基地下水的滲透，降低揚(yáng)壓力的一種灌漿工藝。帷幕灌漿漿液常使用純水泥漿灌漿，特別適合巖基防滲處理，是水工建筑物防滲處理的主要手段。

1.施工布置

帷幕灌漿施部位是大壩樁號1+116～1+180，灌漿孔2排梅花形布置，排距2m，孔距2m，孔深7m。第一排灌漿孔是下游灌漿孔，有33個灌漿孔，軸線位置是大壩防滲墻的軸線位置；第二排灌漿孔是上游灌漿孔，有32個灌漿孔。該工程兩排帷幕灌漿共計(jì)65個孔，總進(jìn)尺是455m。灌漿孔的布置見圖1。

2.現(xiàn)場工藝性試驗(yàn)

正式施工前，在施工地段進(jìn)行帷幕灌漿試驗(yàn)，鉆探先導(dǎo)孔，驗(yàn)證施工部位的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證使用帷幕灌漿處理閘底板基巖滲透方法的可行性，并通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定合適的施工參數(shù)。

試驗(yàn)位置布置在施工軸線上，樁號1+165～1+169，共布置5個孔，下游灌漿軸線布置3個，孔代號是W1、W2和W3，上游灌漿軸線布置2個，孔代號是W4和W5，選定其中S1先導(dǎo)孔，5個孔呈梯形分布，W1、W3和W5是Ⅰ序孔，W2和W4是Ⅱ序孔。試驗(yàn)中分排分序施工，先完成下游灌漿孔，后施工上游灌漿孔；先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，試驗(yàn)工藝及過程嚴(yán)格執(zhí)行《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T-5148-2001）中的相關(guān)規(guī)定。試驗(yàn)完成后做壓水試驗(yàn)，檢查帷幕灌漿后試驗(yàn)部位的透水率，檢查孔位于梯形的中間部位。試驗(yàn)孔的布置見圖2。

圖1　灌漿孔布置圖

圖2　試驗(yàn)孔布置圖

先導(dǎo)孔W1取出的巖心呈褐色、灰褐色，易破碎，巖心分布蜂窩氣孔，自上而下6m巖心局部夾薄層紅色粘土，先導(dǎo)孔反應(yīng)出的地質(zhì)狀況與勘測資料相符。

帷幕灌漿實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對試驗(yàn)段灌漿孔W1～W5灌漿情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。灌漿前Ⅰ序孔透水率是18～30Lu，單位注漿量230～300kg/m；Ⅱ序孔透水率是8～12Lu，單位注入量80～120kg/m。很明顯，從Ⅰ序孔到Ⅱ序孔，單位注入量下降很快，灌漿效果明顯。

檢查孔位于試驗(yàn)部位中間，孔編號JCK，采用單點(diǎn)壓水試驗(yàn)檢查，透水率為4Lu，與Ⅰ、Ⅱ序灌漿孔比較，透水率降低很多，且小于設(shè)計(jì)要求的5Lu。根據(jù)工藝性試驗(yàn)檢查情況可知，按設(shè)計(jì)技術(shù)要求使用帷幕灌漿工藝處理閘底板基巖的透水是可行的。

3.帷幕灌漿施工

（1）鉆孔

XY-1型回轉(zhuǎn)式工程地質(zhì)鉆機(jī)，復(fù)合片鉆頭。上部封孔段孔徑是108mm，下部非封孔段孔徑為90mm。開鉆前，測量放線，鉆機(jī)對正孔位，用水平尺校核鉆機(jī)工作面，使鉆桿處于鉛垂?fàn)顟B(tài)。帷幕灌漿孔深7m，為充分保證有效深孔，鉆孔深7.3m，孔底0.3m是沉渣段。

在64m的施工段均勻設(shè)置2處施工孔為先導(dǎo)孔，先導(dǎo)孔鉆孔時(shí)鉆取巖心，分析地質(zhì)狀況，繪制柱狀圖并進(jìn)行地質(zhì)描述。

（2）鉆孔裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)

灌漿前先對灌漿孔進(jìn)行沖洗。沖洗時(shí)，將沖洗管插入孔內(nèi)，用壓力水或壓縮空氣沖洗，直至回水清凈時(shí)止。孔內(nèi)沉積厚度不超過20cm。

對沖洗后的灌漿孔做簡易壓水試驗(yàn)，壓力值為0.3MPa。在穩(wěn)定壓力下，每3~5min測讀一次壓入流量，連續(xù)4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小于1L/min，試驗(yàn)即告結(jié)束，取最后壓入流量作為計(jì)算值。

式中：q—試驗(yàn)段透水率（Lu）；

Q—壓入流量（L/min）；

P—作用于試驗(yàn)段內(nèi)的壓力（MPa）；

L—試驗(yàn)段長度（m）。

（3）灌漿方法

灌漿深度范圍在7m以內(nèi)，孔深深度不大，根據(jù)規(guī)范要求采用全孔一次循環(huán)式灌漿方法，保持孔段內(nèi)漿液呈循環(huán)狀態(tài)，防止水泥沉淀。先進(jìn)行下游排孔的灌漿，然后進(jìn)行上游排孔的灌漿。帷幕灌漿分序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。

按設(shè)計(jì)要求，漿液為純水泥漿，開灌水灰比為3∶1，漿液比級分為3∶1、2∶1、1∶l、0.8∶1、0.6∶1（或0.5∶1），漿液由稀至濃逐級變換。灌漿壓力不低于0.5MPa。當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少，或注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比；當(dāng)某級漿液注入量已達(dá)300L以上，或灌漿時(shí)間已達(dá)30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時(shí)應(yīng)改濃一級水灰比；當(dāng)注入率大于30L/min時(shí)，根據(jù)具體情況將越級變濃。

（4）灌漿結(jié)束和封孔

帷幕灌漿結(jié)束條件是：在灌漿壓力不小于0.5MPa下，注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注30min，可結(jié)束灌漿。

灌漿結(jié)束后，使用灌漿時(shí)最后一級濃度的水泥漿液進(jìn)行全孔灌漿封孔，水泥漿液沉淀后及時(shí)補(bǔ)充，直到孔內(nèi)全部充滿。

四、帷幕灌漿質(zhì)量檢查

此次帷幕灌漿結(jié)束后，及時(shí)對帷幕灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢測，此次檢測共布置2個檢測孔，分別布置在樁號1+150、1+170，孔深均為5.5m，采用壓水試驗(yàn)對處理后的基巖透水率進(jìn)行檢測。經(jīng)檢測樁號1+150處檢測孔的透水率為4.84Lu；樁號1+170處檢測孔的透水率為3.94Lu。均滿足設(shè)計(jì)不大于5Lu的設(shè)計(jì)要求。

五、結(jié)束語

化農(nóng)水庫溢洪道閘底板壩基基巖帷幕灌漿共完成65個灌漿孔，合計(jì)438.5m，共消耗PO.42.5級水泥60t，平均單位水泥注入量約130kg/m。帷幕灌漿前基巖的透水率一般在15~30Lu之間，多集中在18~25Lu之間；帷幕灌漿后基巖的透水率均小于5Lu。通過帷幕灌漿前后的透水率變化說明：溢洪道閘底板壩基基巖巖層經(jīng)帷幕灌漿處理后，巖石裂隙填充良好，地層整體防滲性能得到了明顯改善和提高。

經(jīng)過化農(nóng)水庫溢洪道閘底板壩基基巖帷幕灌漿實(shí)踐可以看出，在中等風(fēng)化~弱風(fēng)化巖層中采用帷幕灌漿方案進(jìn)行防滲處理是可行的；同時(shí)該技術(shù)具有設(shè)備造價(jià)低、施工成本相對低、質(zhì)量易于保證、機(jī)動靈活等優(yōu)勢，可以在山區(qū)水庫除險(xiǎn)加固中推廣應(yīng)用■

（作者單位：江蘇淮源工程建設(shè)監(jiān)理有限公司223001）