何曉嵐

(中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，西安 710000)

0 引 言

大壩灌漿施工包括固結(jié)灌漿、帷幕灌漿等多種施工形式，施工工藝簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用性高，被廣泛應(yīng)用于水利水電施工中?；炷撩姘宥咽瘔问且环N常見壩型，通過基巖趾板灌漿施工，能夠提升壩體防滲性。因此，有必要對混凝土面板堆石壩趾板灌漿施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)探究迫在眉睫。

1 大壩趾板帷幕灌漿施工概述

混凝土防滲面板有2種，包括趾板和防滲面板。其中，趾板是混凝土面板與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的連接構(gòu)件，如圖1所示，趾板不僅可以作為灌漿施工平臺，同時還能夠作為周邊縫依托。

在大壩施工中，帷幕灌漿施工工藝指的是在大壩地基中，通過應(yīng)用灌漿封堵技術(shù)，提升大壩防滲性能，在具體的施工環(huán)節(jié)，需要將水泥漿與化學(xué)漿進(jìn)行結(jié)合，并灌入裂隙中進(jìn)行修補(bǔ)加固，從而形成連續(xù)的防滲帷幕結(jié)構(gòu)。帷幕頂部與大壩底板相連，底部深入大壩巖層中，能夠形成完整防滲體。

圖1 混凝土防滲面板分縫分塊

2 工程概況

黔中水利樞紐工程位于貴州三岔河中游六枝與織金交界的平寨河段，水庫正常蓄水位1331m，總庫容10.89億m3，死水位1305m。工程等別為Ⅰ等，屬大(1)型工程?；炷撩姘宥咽瘔巫畲髩胃?57.5m，壩頂長355.25m，壩頂高程1335.00m，壩頂寬度為10.3m，趾板最低基礎(chǔ)開挖高程1177.5m，混凝土趾板為平趾板，趾板寬度6m，趾板厚度T=0.3-0.852m。趾板段全部布設(shè)帷幕灌漿。設(shè)計(jì)為雙排帷幕，布置于趾板中部位置，排距1m，孔距3m，梅花形布設(shè)，灌漿孔鉛垂向下。趾板下部有平洞的，灌漿深度深入平洞底板以下3m；無平洞的灌漿至設(shè)計(jì)帷幕底線。

貴州地區(qū)為典型的喀斯特地貌，工程地處巖溶發(fā)育地區(qū)，因此作好壩基防滲處理即灌漿施工，是確保平寨水庫安全蓄水、防止壩基滲漏和繞壩滲漏的關(guān)鍵。

3 平寨水庫大壩趾板段帷幕灌漿施工

趾板防滲帷幕灌漿于2012年3月20日開始，2014年3月10日完成，完成的帷幕灌漿工程量詳見表1。

表1 趾板段帷幕灌漿完成情況表

3.1 施工次序

帷幕灌漿按照單元劃分，先施工下游b排，再施工上游a排。

施工順序?yàn)椋禾佑^測孔→先導(dǎo)孔→Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→檢查孔。

3.2 施工工藝流程

帷幕灌漿先導(dǎo)孔施工順序：鉆機(jī)就位→接觸段鉆孔→鉆孔沖洗→裂隙沖洗→壓水試驗(yàn)→第二段鉆孔、鉆孔沖洗、裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)→自上而下分段鉆孔、鉆孔沖洗、裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)，直至終孔→灌前物探測試→細(xì)沙充填至接觸段→鑲鑄孔口管→孔口管待凝→孔口封閉法自上而下分段鉆孔、鉆孔沖洗、裂隙沖洗、灌漿、直至終孔→封孔。

帷幕灌漿其它灌漿孔施工順序：鉆機(jī)就位→接觸段鉆孔→鉆孔沖洗→裂隙沖洗→壓水試驗(yàn)→接觸段灌漿→鑲鑄孔口管→孔口管待凝→孔口封閉法自上而下分段鉆孔、鉆孔沖洗、裂隙沖洗、灌漿、直至終孔→封孔。

帷幕灌漿檢查孔施工順序：鉆機(jī)就位→接觸段鉆孔→鉆孔沖洗→裂隙沖洗→壓水試驗(yàn)→第二段鉆孔、鉆孔沖洗、裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)→自上而下分段鉆孔、鉆孔沖洗、裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)，直至終孔→自下而上分段灌漿→封孔。

3.3 鉆孔

采用回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)配金剛石或硬質(zhì)合金鉆頭清水循環(huán)鉆進(jìn)施工方式。在帷幕灌漿施工中，灌漿孔孔徑為76mm，檢查孔徑為91mm。水平趾板帷幕灌漿鉆機(jī)直接在混凝土面上進(jìn)行施工，斜坡趾板帷幕鉆孔在搭設(shè)移動式臺車上施工。在鉆孔施工過程中，需要注意采用測斜孔設(shè)備對鉆孔斜度進(jìn)行檢測，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到30m以上時，每鉆進(jìn)5m，需測斜1次，30m以下每10m測斜1次，尤其注意控制上部20m范圍內(nèi)的鉆孔偏差。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，沒有發(fā)現(xiàn)孔斜偏差超過規(guī)范的孔。

3.4 鉆孔沖洗

在帷幕灌漿孔施工段鉆孔完成后，需要對鉆孔以及裂隙進(jìn)行沖洗。其中，在裂隙沖洗中，采用壓力水脈動沖洗方法，沖洗至回水澄清后10min為止，且總的沖洗時間要求單孔≥30min。沖洗水壓力≤灌漿壓力的1MPa。

3.5 壓水試驗(yàn)

對于帷幕灌漿先導(dǎo)孔，采用五點(diǎn)法進(jìn)行壓水試驗(yàn)，而對于其他灌漿孔，則采用簡易壓水試驗(yàn)方法。先導(dǎo)孔灌漿壓力<1MPa時，五點(diǎn)法壓水壓力采用0.1、0.2、0.3、0.2、0.1MPa；先導(dǎo)孔灌漿壓力≥1MPa時，五點(diǎn)法壓水壓力采用0.3、0.6、1.0、0.6、0.3MPa；其它灌漿孔壓水壓力為第1段為0.8MPa，其它各段壓力采用1MPa。檢查孔壓水試驗(yàn)采用五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，第1段五點(diǎn)法壓水壓力采用0.2、0.4、0.6、0.4、0.2MPa；其余各段五點(diǎn)法壓水壓力采用0.3、0.6、1.0、0.6、0.3MPa。

3.6 灌漿

3.6.1 灌漿材料

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)，帷幕灌漿采用粉煤灰水泥漿液灌注，水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰，摻量按水泥重量的30%控制。減水劑為山西黃河化工有限公司生產(chǎn)的UNF-2A型高效減水劑，摻量為總膠材重量的1.5%。制漿用水為供水系統(tǒng)高位水池凈化后的水，其水質(zhì)符合制漿用水。

3.6.2 灌漿方法

帷幕灌漿采用孔口封閉法灌漿，接觸段灌漿采用橡膠塞阻塞、孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法。橡膠塞卡在混凝土內(nèi)(混凝土與巖石結(jié)合面以上)，接觸段灌完漿后，下入φ89無縫鋼管做孔口管，孔口管下入基巖2.0m，外露0.1m，待凝3d后進(jìn)行第二段施工。

3.6.3 灌漿分段與壓力

帷幕灌漿按2m，3m，4m，5m……5m分段，終孔段≤8m，灌漿壓力為第1段0.8MPa，第2段1.5MPa，第3段2.0MPa，第4段及以下各段3.5MPa。

3.6.4 灌漿漿液濃度及其變換

帷幕灌漿采用粉煤灰水泥混合漿液灌注，水灰比采用2：1、1：1、0.7：1、0.5：1四個比級，粉煤灰摻量為30%。漿液變換一般由稀到濃逐級變換，變換標(biāo)準(zhǔn)為：在帷幕灌漿施工中，如果灌漿壓力保持不變，同時注入率逐漸降低直至保持不變，則不需要對水灰比進(jìn)行調(diào)整；而當(dāng)某一比級漿液注入量在300L以上，或者帷幕灌漿時間在30min以上時，灌漿壓力和注入率并沒有發(fā)生變化，則應(yīng)該換一級水灰比漿液進(jìn)行帷幕灌漿施工。

3.6.5 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計(jì)壓力基礎(chǔ)上，如果注入率在1L/min以內(nèi)，即可持續(xù)灌漿60min，然后再結(jié)束灌漿。另外，在帷幕灌漿施工中，如果在設(shè)計(jì)壓力基礎(chǔ)上的總灌漿時間在120min以上，則可以結(jié)束灌漿施工。

3.7 封孔方法

帷幕灌漿封孔采用“置換和壓力灌漿封孔法”封孔。孔內(nèi)水泥漿液凝固后，灌漿孔上部空余部分<3m時可使用C25水泥砂漿人工封填搗實(shí)至孔口；>3m時，繼續(xù)采用“機(jī)械壓漿封孔法”封孔。

3.8 抬動觀測

在抬動觀測中，觀測孔需要深入基巖25m，安裝觀測設(shè)備。在進(jìn)行鉆孔沖洗、壓水以及灌漿施工過程中，需要安排技術(shù)人員進(jìn)行觀測，每10min測讀結(jié)果，如果抬動上升速度比較快，則應(yīng)終止灌漿，查明原因。在本工程施工中，通過抬動觀測，未發(fā)現(xiàn)抬動值大于變形允許值。

3.9 特殊情況處理

大壩趾板段(含右岸趾板下部灌漿洞)帷幕灌漿施工過程中的特殊情況主要表現(xiàn)在鉆孔失水、鉆孔掉鉆和黃泥夾層3個方面。

鉆孔失水(鉆孔不返水)段數(shù)總計(jì)55段，灌注水泥1101.4t，平均單耗4.08t/m，最大單耗為ZBⅢ40B孔第6段，單耗27.2t/m。

鉆孔返黃泥水主要集中在ZBⅠ23-ZBⅠ29孔的27m-52m位置，ZBⅡ3-ZBⅡ14孔之間的40m-58m位置。

鉆孔掉鉆部位總計(jì)10處，最大掉鉆深度為ZBⅢ38b孔第5段16.5-18.8位置，掉鉆2.3m。

施工過程中對發(fā)現(xiàn)的特殊情況及時匯報(bào)現(xiàn)場監(jiān)理和設(shè)計(jì)業(yè)主單位，按照有關(guān)要求進(jìn)行處理，主要處理措施為限流、間歇、越級變漿、灌注濃漿及灌注砂漿等方式，具體方法為：

1)脫空<0.5m的溶洞以及沒有脫空但鉆孔及壓水無回水的大耗漿量、灌漿不起壓孔段，可直接采用水泥粉煤灰漿液灌注，按以下方法和程序進(jìn)行處理。

當(dāng)灌注總量達(dá)到2t干料，仍不起壓、不回漿時，采用限流(限制吸漿率不超過30L/min)、間歇灌注法(每限流灌注30-50min后，暫停不超過30min后恢復(fù)灌注)灌注≥5t，待凝8h。復(fù)灌時能起壓0.3MPa以上時，采用間歇、限量灌注法時盡量采用較高的灌漿壓力，達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)或注入量超過5t待凝；復(fù)灌時壓力達(dá)不到0.3MPa時，直接采用限流、限壓、間歇灌注5t后待凝。

2)鉆孔時脫空0.5-3m，采用自流式灌注水泥粉煤灰砂漿，灌注水泥粉煤灰灌注量5t，加沙量5t約3.3 m3(加沙量按水泥粉煤灰與沙的干料比1:1進(jìn)行控制)后仍不起壓的待凝后掃孔復(fù)灌，直至起壓后，改用水泥粉煤灰漿液進(jìn)行灌注。

3)脫空>3m時，及時匯報(bào)設(shè)計(jì)單位，待孔內(nèi)錄像探明溶洞規(guī)模后，再行灌注。

4)對于充填的溶洞，視灌漿注入率大小，盡量采用較高的灌漿壓力，直至達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

通過以上措施對不良地質(zhì)孔段處理取得了較好的效果，其質(zhì)量經(jīng)過質(zhì)量檢查孔壓水，全部達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。趾板段帷幕灌漿主要的特殊情況及其處理如表2所示。

表2 趾板段帷幕灌漿特殊情況處理匯總表

4 灌漿效果分析與評價

4.1 透水率對比分析

帷幕灌漿孔進(jìn)行灌前壓水試驗(yàn)2013段次，各次序孔段灌前壓水透水率統(tǒng)計(jì)情況見表3。

表3 趾板段帷幕灌漿壓水透水率分序統(tǒng)計(jì)表

依據(jù)表中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出：趾板帷幕下游排單位透水率Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分別為：12.52Lu、6.05Lu、3.93Lu，qⅠ>qⅡ>qⅢ，隨孔序遞增，單位透水率遞減，符合灌漿規(guī)律；下游排Ⅰ序孔到Ⅱ序孔透水率衰減51.7%，Ⅱ序孔到Ⅲ序孔透水率衰減35.0%。上游排單位透水率Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分別為：6.05Lu、4.01Lu、3.49Lu，qⅠ>qⅡ>qⅢ，隨孔序遞增，單位透水率遞減，符合灌漿規(guī)律；上游排Ⅰ序孔到Ⅱ序孔透水率衰減33.7%，Ⅱ序孔到Ⅲ序孔透水率衰減13.0%。從透水率區(qū)間頻率可以看出，透水率<1Lu的占1.8%，1-3Lu的占30.9%，3-5Lu的占36.0%，5-10Lu的占26.3%，10-100Lu的占3.9%，>100Lu的占1.1%。反映出巖體的透水性具有非均質(zhì)性，說明巖石裂隙屬未閉合型或較大裂隙為主，表明巖石具有一定的可灌性。

4.2 單位注入率對比分析

各次序孔段注入水泥量統(tǒng)計(jì)情況見表4。

表4 趾板段帷幕灌漿單位注入量分序統(tǒng)計(jì)表

依據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出：趾板帷幕灌漿下游排單位注入量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分別為：549.6kg/m、309.7kg/m、152.1kg/m， CⅠ>CⅡ>CⅢ，符合隨孔序遞增單位注入量遞減的灌漿規(guī)律；下游排Ⅰ序孔到Ⅱ序孔單位注灰量衰減43.6%，Ⅱ序孔到Ⅲ序孔單位注灰量衰減50.9%。上游排單位注入量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分別為:361.8kg/m、203.0kg/m、108.6kg/m，CⅠ>CⅡ>CⅢ，符合隨孔序遞增單位注入量遞減的灌漿規(guī)律；上游排Ⅰ序孔到Ⅱ序孔單位注灰量衰減43.9%，Ⅱ序孔到Ⅲ序孔單位注灰量衰減46.5%。從單位注入量區(qū)間頻率可以看出，上下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔單位水泥注入量<50kg/m的分別占18%、22%、28%，說明小吸漿量隨序增加比例增大；上下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔單位注入量>100kg/m的分別占75%、66%、48%，說明大吸漿量隨序增加比例減小。以上均表明前序孔灌漿較好的充填了巖石裂隙，后序孔灌漿進(jìn)行了補(bǔ)充加強(qiáng)，灌漿效果比較明顯。

4.3 灌漿質(zhì)量檢測及質(zhì)量評定

各單元帷幕灌漿施工完畢后，由監(jiān)理工程師結(jié)合施工記錄及現(xiàn)場實(shí)際情況布設(shè)帷幕灌漿質(zhì)量檢查孔，通過壓水試驗(yàn)對帷幕灌漿效果進(jìn)行檢查。檢查孔按≥灌漿孔孔數(shù)10%的比例布設(shè)，確保每個單元工程內(nèi)有一個檢查孔。檢查孔在帷幕灌漿結(jié)束14d后進(jìn)行施工。本工程設(shè)計(jì)灌后防滲標(biāo)準(zhǔn)為q≤3Lu。趾板帷幕灌漿共布設(shè)質(zhì)量檢查孔52個，進(jìn)行壓水試驗(yàn)702段次，全部符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

趾板帷幕灌漿共計(jì)評定26個單元工程，全部合格，其中優(yōu)良24個,優(yōu)良率92.30%。

檢查孔壓水透水率及單元質(zhì)量評定情況詳見表4。

表5 趾板段帷幕灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)透水率及單元質(zhì)量評定匯總表

續(xù)表5 趾板段帷幕灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)透水率及單元質(zhì)量評定匯總表

4.4 帷幕灌漿施工效果評價

本標(biāo)段地質(zhì)情況比較復(fù)雜，特殊情況較多，灌漿的可灌性好，灌漿前后效果明顯。從施工資料分析來看：透水率和單位耗灰量的遞減情況和分布情況整體上符合灌漿規(guī)律；從質(zhì)量檢查結(jié)果來看，檢查孔的透水率全部符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的透水率不大于3Lu的要求；從單孔施工工序質(zhì)量檢查評定方面看，單元工程質(zhì)量評定均為優(yōu)良。以上結(jié)果充分說明帷幕灌漿工藝參數(shù)合理，灌漿效果明顯，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語

綜上，文章主要對面板堆石壩趾板基礎(chǔ)帷幕灌漿施工工藝進(jìn)行了詳細(xì)探究，根據(jù)本次研究分析，在壩基趾板混凝土施工中，需根據(jù)水利工程實(shí)際情況采用有效的基礎(chǔ)處理方案，加強(qiáng)防滲施工管理，保證水利水電正常運(yùn)行。

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