云南玉溪某水庫壩體防滲帷幕施工技術(shù)

李 昱，林 華

（云南省滇中引水工程建設(shè)管理局，云南 昆明 650224）

0 引言

我國是世界上水庫大壩最多的國家，現(xiàn)有9.8萬座水庫，小型水庫約占95%。其中以土石壩、老危舊壩居多，約92%的水庫大壩是土石壩，約80%的水庫建于20 世紀(jì)50 年代至60 年代末，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，運(yùn)行時(shí)間長[1]。因此，當(dāng)前病險(xiǎn)水庫多。雖然已針對這類水庫開展過幾輪除險(xiǎn)加固工作，但目前仍存在大量病險(xiǎn)水庫[2]。水庫施工的質(zhì)量差及壩基巖體破碎，是導(dǎo)致水庫大壩的壩體、接觸帶與壩基滲漏的重要原因[3]，水庫滲漏對大壩的結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成威脅。近年來，受連續(xù)強(qiáng)降雨等極端天氣的影響，水庫安全面臨嚴(yán)峻的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)[4]。在內(nèi)因（水庫年久失修）與外因（不利天氣）的疊加影響下，水庫安全度汛面臨考驗(yàn)。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)記載，水庫大壩漏水問題采取強(qiáng)灌漿處理后，局部漏水現(xiàn)象仍存在，灌漿效果不盡如人意[5，6]。針對此情況，下文對云南玉溪某小型水庫除險(xiǎn)加固工程中的防滲技術(shù)進(jìn)行探究。

1 工程概況

1.1 水庫現(xiàn)狀

水庫位于玉溪市紅塔區(qū)西南部高倉鎮(zhèn)排山營村，距紅塔區(qū)城區(qū)約12.0 km，直線距離7.0 km。水庫建于玉溪州大河的支流密羅河上游，徑流面積34.7 km2，水庫工程規(guī)模為小（1）型，工程等級為Ⅳ等，以灌溉、防洪為主兼顧下游城鎮(zhèn)供水。該水庫于1954 年開工，1959 年建成，設(shè)計(jì)灌溉面積 250 hm2。樞紐建筑物主要包括主壩、副壩、輸水低涵、輸水高涵、溢洪道等。其中，主壩壩高34.6 m，壩長234.0 m；副壩位于主壩右端，高34.6 m，長63.0 m。建筑物抗震設(shè)計(jì)按8度設(shè)計(jì)。由于水庫建設(shè)年代早，長期運(yùn)行導(dǎo)致滲漏問題嚴(yán)重，已不能滿足現(xiàn)狀需求。水庫除險(xiǎn)加固后總庫容為435.0萬m3，正常蓄水位28.0 m，相應(yīng)庫容354.0萬m3，死庫容40.2萬m3。

1.2 地質(zhì)條件

主壩建于樞紐區(qū)北部向斜褶皺軸線及其兩翼，主壩地層結(jié)構(gòu)從上至下為：①河床部位基礎(chǔ)表層覆蓋第四系沖、洪積含礫砂土、含礫粉質(zhì)粘土層，結(jié)構(gòu)松散～中密狀，透水性強(qiáng)。②中元古界昆陽群黑頭山組灰黃、暗紅色粉砂質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖。壩基基巖為薄層狀產(chǎn)出，傾向283°～331°，傾角31°～69°，兩岸巖層厚10.0～25.0 m，往河床逐漸減薄，河床厚3.0～4.0 m，具輕微變質(zhì)現(xiàn)狀，透水率10～100 Lu，為強(qiáng)透水層，此層為軟弱層，灌漿時(shí)易遭受劈裂，造成大耗漿。③灰黑色板巖破碎帶。此層兩岸較薄，為3.0～5.0 m，往河床逐漸增厚，河床部位8.0～15.0 m，鉆進(jìn)孔壁坍塌現(xiàn)象嚴(yán)重，鉆孔取芯呈散沙狀，灌段多成大空腔，透水率10～50 Lu，屬較強(qiáng)透水層。④灰黑色板巖層。巖層較為完整，性硬，透水率較小。②、③層接觸帶鉆進(jìn)時(shí)不返水，存在集中滲漏通道，③層存在大透水率和巖體破碎、軟弱，灌漿時(shí)吃漿量顯著增大，須進(jìn)行系統(tǒng)的防滲帷幕灌漿施工。

2 施工技術(shù)

2.1 鉆孔孔位確定

依據(jù)設(shè)計(jì)的相應(yīng)起灌高程與灌段深度計(jì)算實(shí)際鉆孔深度，孔位偏差不超過10 cm，經(jīng)建設(shè)方、監(jiān)理及設(shè)計(jì)方核定后，采用XU-300 和XY-2PC 型鉆機(jī)硬質(zhì)合金或鋼?；剞D(zhuǎn)鉆進(jìn)，破碎帶嚴(yán)格控制送水量，避免孔壁坍塌填埋灌段。非灌段鉆進(jìn)結(jié)束后，及時(shí)下入護(hù)壁套管并用純水泥漿封堵管腳，終孔后，護(hù)壁套管采用打倒錘的方法全部拔出。鉆孔為鉛直孔，一般以108 mm 孔徑開孔，以91 mm 或75 mm 孔徑結(jié)束，終孔直徑不小于75 mm。鉆進(jìn)過程中及時(shí)填寫鉆孔班報(bào)表，對孔內(nèi)巖層、巖性及孔內(nèi)情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，記錄格式需規(guī)范，記錄數(shù)據(jù)務(wù)必準(zhǔn)確、可靠。

2.2 灌漿

灌漿采用“自上而下、分段造孔、分段灌漿”法純壓式灌漿。各排孔按照“先Ⅰ序、后Ⅱ序、再Ⅲ序”的原則，逐序加密施工。壩土劈裂灌漿采用“全孔一次劈裂灌漿”法施工。灌漿段長度確定原則：主、副壩河床段沖洪積層單獨(dú)作為一段灌注，其余各段段長一般為5.0～6.0 m，當(dāng)透水率小時(shí)，段長可適當(dāng)延長，但最長不超過8.0 m。壩土劈裂灌漿段長度為壩土深度。灌漿材料：水泥采用32.5 強(qiáng)度等級普通硅酸鹽水泥。水采用水泵抽取庫水供給。灌漿用粘土采用主壩下游排山營村粘土，土質(zhì)送檢符合要求。

2.3 灌漿壓力確定

合理的灌漿壓力既能避免巖石抬動(dòng)或變形致使原有巖石裂縫擴(kuò)寬甚至產(chǎn)生新的裂縫，又能使?jié){液能更好地壓入巖層中的細(xì)小裂隙，獲得較大的漿液擴(kuò)散范圍，同時(shí)加快漿液中水份的析出，利于漿液凝結(jié)密實(shí)提高結(jié)石強(qiáng)度[7]。施工過程中，根據(jù)以下原則控制灌漿壓力值：1）吃漿量大時(shí)，灌漿采用自然升壓法，吸漿率變小后，再逐漸緩慢調(diào)高灌漿壓力；吃漿量小時(shí)，采用一次升壓法，盡快達(dá)到灌漿壓力。設(shè)置專人觀察壓力表，準(zhǔn)確記錄灌漿壓力的變化情況，如是否出現(xiàn)峰值及峰值出現(xiàn)的次數(shù)等。2）灌注過程中，密切觀測周圍地表，發(fā)生地表冒漿或拉裂等特殊情況時(shí)，準(zhǔn)確記錄相應(yīng)的灌漿壓力并采取措施進(jìn)行處理[8]。

灌漿壓力相關(guān)數(shù)據(jù)根據(jù)灌漿試驗(yàn)結(jié)果得出，灌漿壓力分有壩土段和無壩土段兩種情況進(jìn)行計(jì)算：

式中：PL，P——有壩土段、無壩土段允許灌漿全壓力值，MPa；K——系數(shù)，取1；γ——壩土容重，取1.6 t/m3；h——壩土厚度，m；Po——表面地段允許壓力，取0.100～0.200 MPa；m——灌漿頂板在巖石中每加深1 m 所允許增加的壓力值，取0.025～0.030 MPa/m，巖層完整取大值；D——灌漿段頂在巖石中的深度，m。

2.4 灌漿結(jié)束

壩體劈裂灌漿每次間隔3～5 d。待凝時(shí)間根據(jù)水泥檢驗(yàn)報(bào)告結(jié)合灌漿情況確定，壩體與基巖接觸段一般待凝8～12 h，其余各段根據(jù)灌漿情況確定，一般待凝6～8 h。

灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)漿液升至孔口，連續(xù)2～3 次不再吃漿時(shí)，即可終止灌漿；在規(guī)定的灌漿壓力下，當(dāng)注入率不大于1.00 L/min，繼續(xù)灌注60 min，或不大于0.41 L/min，繼續(xù)灌注30 min，灌漿即可結(jié)束。

灌漿孔結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行封孔，每孔限3 d內(nèi)封好，并做好孔口標(biāo)記。壩土段采用自流式封孔，即基巖段封孔結(jié)束后，把鉆桿下至接觸帶附近，泵入水泥∶粘土=1∶3，采用比重大于1.5 的水泥粘土混合漿，在排除孔內(nèi)污水的同時(shí)進(jìn)行鉆孔充填。對于不大于3 m 的封孔余深，采用塑性粘土泥球搗實(shí)充填?；鶐r段封孔采用“分段壓力灌漿封孔法”進(jìn)行封孔，即終孔灌漿結(jié)束后，分段進(jìn)行壓力封孔，段長一般為20.0～30.0 m，采用最濃比級漿液（一般為0.6∶1 或0.5∶1）按同高程灌漿壓力進(jìn)行灌漿封孔。

3 特殊情況處理

3.1 地面冒漿

當(dāng)出現(xiàn)冒漿時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，采用表面封堵或低壓、稠漿緩慢灌注，“停停灌灌”，如仍無效，待凝12～24 h 后，間歇灌注，多次復(fù)灌，直至冒漿停止，正常結(jié)束灌漿。

3.2 串漿處理

灌漿過程中，出現(xiàn)鄰孔串漿時(shí)，如灌漿孔系正鉆進(jìn)孔時(shí)，停止鉆進(jìn)，在串漿點(diǎn)位置以上進(jìn)行止塞，待灌漿孔正常結(jié)束灌漿后，再進(jìn)行掃孔沖洗或繼續(xù)鉆完灌漿段進(jìn)行灌漿工作，如串漿孔具備灌漿條件，則同時(shí)兩孔進(jìn)行灌注，一泵灌注一孔。如是已完孔，則用木塞封堵，正常灌注。

3.3 繞塞返漿處理

孔壁粗糙、不完整、止水點(diǎn)存在裂縫或裂縫內(nèi)漿液結(jié)石強(qiáng)度不夠被沖開、過大的灌漿壓力是繞塞返漿的主要原因，施工中采取措施：適度控制水量和轉(zhuǎn)速，力求孔壁光滑完整，給止水創(chuàng)造有利條件；適量往上提動(dòng)栓塞，重新止水；適當(dāng)增加橡膠球個(gè)數(shù)，增加止水面積；適當(dāng)延長已灌段待凝時(shí)間，再鉆灌以下灌段。

3.4 灌漿中斷

除因冒漿、串漿、大量耗漿等及其它情況下的間歇灌漿外，正常情況下灌漿進(jìn)程不允許中斷，灌漿工作須連續(xù)完成。若因機(jī)械故障、停電、待料、孔內(nèi)返漿等原因造成灌漿過程中斷，則應(yīng)采取措施：盡可能及早地恢復(fù)灌漿工作；若中斷時(shí)間超過30 min，則應(yīng)立即沖洗鉆孔，若無法沖洗或沖洗無效，則應(yīng)進(jìn)行掃孔，而后恢復(fù)灌漿；恢復(fù)灌漿后，若注入率與中斷前相近，則可改用中斷前的比級進(jìn)行灌注，直到正常灌漿結(jié)束。

4 結(jié)語

小型水庫由于建設(shè)年代早、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、運(yùn)行時(shí)間長，往往存在不同程度病險(xiǎn)問題。上文針對云南玉溪某小型水庫存在的滲漏問題，開展防滲帷幕灌漿的處理，結(jié)果表明，此防滲帷幕灌漿技術(shù)方法可有效解決大壩滲漏問題，施工應(yīng)用成效顯著。該套防滲帷幕施工技術(shù)具有進(jìn)一步推廣應(yīng)用價(jià)值。