孫曉亮

（山西省水利建筑工程局 山西太原030006）

1 工程概況

太平水庫位于山西省臨縣湫水河中游太平溝溝口，城莊鎮(zhèn)太平村上游。太平溝發(fā)源于紫金山南麓，全長13.2 km，壩址以上控制流域面積40 km2，壩址上游4 km處有數(shù)十處涌泉，全年清水流量約64萬m3，水庫總庫容536萬m3，是以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉的?。?）型水庫。太平水庫壩基卵石混合土和表層基巖均屬強(qiáng)透水層，且存在順河向的裂縫，給壩基滲漏留下了隱患。為了解決壩基滲漏問題，設(shè)計(jì)采用帷幕灌漿進(jìn)行防滲處理，帷幕灌漿設(shè)計(jì)為雙排三序灌漿孔，梅花型布置，排距2.40 m，孔距2.50 m，與相對不透水層結(jié)合，設(shè)計(jì)起始壓力0.20 MPa，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)透水率不大于5Lu。

2 施工參數(shù)

帷幕灌漿施工前，需通過現(xiàn)場灌漿試驗(yàn)以確定所采用的施工方法、施工參數(shù)在技術(shù)上的可行性、效果上的可靠性和經(jīng)濟(jì)上的合理性，推薦合理的施工程序，良好的施工工藝，適宜的灌漿材料和最優(yōu)的漿液配合比，并選定合理的灌漿壓力。太平水庫壩基防滲選定在帷幕軸線樁號(hào)0+204.75～0+216.00段之間進(jìn)行了雙排三序孔帷幕灌漿試驗(yàn)，通過灌漿試驗(yàn)確定的施工方法及參數(shù)見表1。

表1 灌漿施工方法及參數(shù)

3 施工方法

帷幕灌漿的施工工藝流程為：鉆孔定位→鉆孔→洗孔→壓水→制漿→灌漿→封孔→檢查。

3.1 鉆孔定位

施工前，首先由測量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)卺∧还酀{軸線上進(jìn)行孔位放樣，并做好標(biāo)記，孔位布置如圖1所示。

圖1 帷幕灌漿孔孔位布置圖

3.2 鉆孔

鉆孔設(shè)備采用XY-2型回旋式地質(zhì)鉆機(jī)。根據(jù)地層的不同，所采用的鉆頭也不同，土層和砂礫石層鉆頭采用合金鉆頭；基巖鉆進(jìn)采用金鋼石鉆頭。

鉆孔順序嚴(yán)格按照分序加密的原則進(jìn)行，即先鉆進(jìn)下游排，后鉆進(jìn)上游排，各排內(nèi)先鉆Ⅰ序孔，再鉆Ⅱ序孔，最后鉆Ⅲ序孔。每個(gè)單元布置一個(gè)先導(dǎo)孔，在該單元I序孔中選取，先導(dǎo)孔應(yīng)鉆取巖芯，統(tǒng)一編號(hào)，填牌裝箱，并對巖芯情況進(jìn)行簡要描述。

鉆孔過程中，為保證鉆孔質(zhì)量，減少鉆孔事故的發(fā)生，對以下幾方面采取保證措施，具體如下。

（1）鉆機(jī)安放：鉆機(jī)安放必須牢固平穩(wěn)，豎機(jī)垂直；鉆孔前埋設(shè)孔口套管，防止孔口坍塌。

（2）孔序：先鉆下游排，后鉆上游排，排內(nèi)先鉆I序孔，再鉆II序孔，最后鉆III序孔。

（3）孔位：鉆孔就位后，孔位偏差不得大于10 cm，因故變更孔位時(shí)，應(yīng)征得設(shè)計(jì)者同意。

（4）孔深：孔深應(yīng)不小于設(shè)計(jì)孔深，達(dá)到相對不透水層。

（5）孔斜：孔斜控制在整個(gè)灌漿工程里至關(guān)重要，開孔前對鉆機(jī)豎機(jī)進(jìn)行垂直度檢查，保證鉆桿順直，鉆孔過程中孔深在灌漿段以上測斜一次，灌漿段（即巖層）每段測斜一次。如發(fā)現(xiàn)孔斜超過規(guī)定時(shí)，應(yīng)及時(shí)糾編。

3.3 裂隙沖洗

鉆孔結(jié)束后，利用鉆桿注入大流量的水，由孔底向孔口反水的方法進(jìn)行鉆孔沖洗；然后向孔內(nèi)下射漿管，射漿管底部距孔口50 cm，各孔段在灌漿前采用壓力水進(jìn)行裂隙沖洗，直到回水清凈時(shí)止，沖洗壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1 MPa。

3.4 壓水試驗(yàn)

灌漿孔（段）在灌漿前先進(jìn)行壓水試驗(yàn)，通過壓水試驗(yàn)結(jié)果判斷該灌漿孔（段）的滲流量。

各灌漿孔（段）在灌漿前進(jìn)行簡易壓水。簡易壓水也可結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行，當(dāng)回水清凈時(shí)即可進(jìn)行簡易壓水，壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1MPa，待流量達(dá)到穩(wěn)定后開始壓水，壓水時(shí)間為20 min，每5 min測讀一次壓入流量。取最后的流量值作為計(jì)算流量，其成果以透水率q表示，單位為呂榮（Lu），計(jì)算公式如下：

式中：q—透水率，Lu；

Q—壓入流量，L/min；

P—作用于試段的全壓力，MPa；

L—試段長度，m。

3.5 灌漿

3.5.1 漿液攪拌

①各類漿液必須攪拌均勻，測定漿液密度，并作好記錄。

②純水泥漿液的攪拌時(shí)間：使用普通攪拌機(jī)時(shí)，不少于3 min；使用高速攪拌機(jī)時(shí)，不少于30 s。本工程帷幕灌漿采用了普通雙層攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間均不小于3 min，且漿液在使用前過篩，從開始制備至用完時(shí)間均小于4 h。

3.5.2 灌漿

施工中采用250/50灌漿泵進(jìn)行灌注，灌漿孔嚴(yán)格按照分序逐漸加密的原則進(jìn)行，先灌下游排，后灌上游排。排內(nèi)先灌先導(dǎo)孔和Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔，最后灌Ⅲ序孔。

3.5.3 帷幕灌漿漿液變換

灌漿過程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行漿液變換，具體變換原則如下：

①當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比。

②當(dāng)某一比級漿液的注入量已達(dá)300 L以上或灌注時(shí)間已達(dá)1 h，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。

③當(dāng)注入率大于30 L/min時(shí)，可根據(jù)具體情況越級變濃。

3.5.4 帷幕灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的情況下，當(dāng)注入率不大于1 L/min時(shí)繼續(xù)灌注60 min即可結(jié)束灌漿。

3.5.5 封孔

灌漿孔封孔采用“全孔壓力灌漿封孔法”封孔，即把孔內(nèi)漿液置換成水灰比0.5:1的稠水泥漿液，封孔壓力采用最后一段灌漿壓力，注入率不大于0.4 L/min延續(xù)60 min后結(jié)束。

4 灌漿質(zhì)量檢查

帷幕灌漿質(zhì)量檢查以分析檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合鉆孔、檢查孔取芯資料、灌漿記錄和測試成果等評定其質(zhì)量。檢查孔的數(shù)量為總灌漿孔的10%，一個(gè)壩段或一個(gè)單元工程內(nèi)至少應(yīng)布置一個(gè)檢查孔。

太平水庫帷幕灌漿工程共分為11個(gè)單元，每個(gè)單元布置一個(gè)檢查孔，共完成檢查孔11個(gè)，壓水試驗(yàn)45段，透水率最大4.40 Lu，最小1.20 Lu，滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的不大于5Lu防滲標(biāo)準(zhǔn)要求，表明試驗(yàn)施工參數(shù)下的帷幕灌漿滿足設(shè)計(jì)要求。帷幕檢查孔取出的巖芯充填密實(shí)，強(qiáng)度較高，且多處可見水泥結(jié)石。在檢查孔壓水完畢后的灌漿中，總共灌入水泥1094.75 kg，單位注灰5.25 kg/m，充分證明灌漿效果良好。

5 帷幕灌漿質(zhì)量評價(jià)

5.1 透水率的分析

上、下游排各序孔的透水率分布情況見表1。

表1 透水率頻率分布表

由表1中可知，下游排Ⅰ序孔的透水率分布主要集中在10～50以及50～100兩個(gè)區(qū)間，占Ⅰ序孔壓水段數(shù)的94%；Ⅱ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50兩個(gè)區(qū)間，占Ⅱ序孔壓水段數(shù)的95%，其中10～50區(qū)間內(nèi)占86%，Ⅲ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50兩個(gè)區(qū)間，占Ⅲ序孔壓水段數(shù)的100%，其中10～50區(qū)間內(nèi)占82%。

上游排Ⅰ序孔的透水率分布主要集中在10～50區(qū)間內(nèi)，占Ⅰ序孔壓水段數(shù)的78%；Ⅱ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50兩個(gè)區(qū)間，占Ⅱ序孔壓水段數(shù)的96%，其中10～50區(qū)間內(nèi)占65%，Ⅲ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50兩個(gè)區(qū)間，占Ⅲ序孔壓水段數(shù)的90%，其中5～10區(qū)間內(nèi)占77%。

由各區(qū)間分布可以看出，下游排在10～50區(qū)間內(nèi)的Ⅰ、Ⅱ序孔透水率變化不明顯，由此可以說明巖石的裂隙發(fā)育程度較大，巖石的可灌性較好。而從總的區(qū)間分布來看，在5～10及10～50區(qū)間內(nèi)，隨著區(qū)間的加大，Ⅰ、Ⅱ序孔所占比例逐漸加大，而Ⅲ序孔所占比例則逐漸減小。由表1中也可以看出，下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的透水率分別為 29.85 Lu，20.85 Lu ，16.92 Lu；上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的透水率分別為 21.09 Lu，16.50 Lu，8.40 Lu。透水率隨排序、孔序的逐漸加密而減小，符合灌漿的正常規(guī)律，也可以說明灌漿效果明顯。

5.2 單位注入量的分析

各孔的單位注入量見表2。

表2 單位注入量頻率分布表

由表2中可知，下游排Ⅰ、Ⅱ序孔的單位注入量頻率主要集中在100～1000區(qū)間內(nèi)，說明巖石的可灌性較好，Ⅲ序孔的單位注入量頻率主要集中在10～50以及50～100區(qū)間內(nèi)且分布較均勻，占灌漿段數(shù)的92%；上游排Ⅰ序孔主要集中在50～100以及100～1000區(qū)間內(nèi)，占灌漿段數(shù)的98%，Ⅱ序孔的單位注入量頻率主要集中在10～50以及50～100區(qū)間內(nèi)，占灌漿段數(shù)的100%，Ⅲ序孔的單位注入量頻率主要集中在10～50區(qū)間內(nèi)，占灌漿段數(shù)的91%；下游排Ⅰ、Ⅱ序孔的單位注入量頻率在區(qū)間100～1000內(nèi)變化不明顯，與壓水頻率變化相符，也說明巖石的可灌性較好。除此之外，單位注入量頻率在各區(qū)間內(nèi)所占比例隨灌漿孔序加密而變化明顯，說明灌漿效果明顯。

下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的單位注入量分別為180.31 kg/m，107.51 kg/m，61.36 kg/m；上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的單位注入量分別為105.17 kg/m，48.06 kg/m，19.68 kg/m。單位注入量隨排序、孔序的加密逐漸減小且變化明顯，符合灌漿的一般規(guī)律。

6 結(jié)論

通過對太平水庫壩基帷幕灌漿工程質(zhì)量評價(jià)與檢查分析，說明本次灌漿選用的排距、孔距、灌漿段長、灌漿壓力、漿液配比等施工參數(shù)以及施工方法在技術(shù)上可行、效果上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，防滲效果滿足設(shè)計(jì)要求。