趙　英

(湖南華緯水電工程公司，湖南 常德　415000)

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淺析帷幕灌漿施工方法及效果

趙英

(湖南華緯水電工程公司，湖南 常德415000)

【摘要】帷幕灌漿技術(shù)是土石壩滲漏最常見(jiàn)的處理措施之一，在病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，闡述了病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固中帷幕灌漿的施工方法和技術(shù)要領(lǐng)，分析了帷幕灌漿的應(yīng)用效果。隨著帷幕灌漿設(shè)備的不斷完善和更新，帷幕灌漿技術(shù)將會(huì)有更為廣闊的應(yīng)用空間。

【關(guān)鍵詞】帷幕灌漿； 施工方法； 效果分析

目前，中國(guó)土石壩水庫(kù)大部分修建于20世紀(jì)50～70年代，長(zhǎng)期以來(lái)壩體滲漏是影響土石壩安全運(yùn)行的主要病險(xiǎn)原因。滲漏問(wèn)題如果不及時(shí)處理，土石壩會(huì)出現(xiàn)貫穿性滲水通道，乃至管涌，導(dǎo)致大壩決口、垮壩，危及當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚拓?cái)產(chǎn)安全。

在解決土石壩滲漏問(wèn)題技術(shù)方案中，帷幕灌漿是最為常見(jiàn)的工程措施之一。作為科學(xué)高效的防滲漏技術(shù)，在近幾年病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)中得到了有效、廣泛的應(yīng)用，保障水庫(kù)發(fā)揮了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1帷幕灌漿基本原理

帷幕灌漿是在壩體及巖石或砂礫石地基中，采用高壓灌漿技術(shù)封堵滲漏縫隙和通道，建成防滲帷幕的一種施工工藝，即將水泥漿或其他化學(xué)漿液的混合物灌入巖體或土層的裂隙、孔隙等所要修補(bǔ)和加固的部位，使擋水建筑物內(nèi)部形成連續(xù)的防滲帷幕。一般情況下，防滲帷幕頂部與大壩防浪墻底板連接，底部深入相對(duì)不透水巖層一定深度，形成無(wú)縫搭接、相對(duì)封閉的整體防滲體，達(dá)到減小壩體滲流量、降低滲透壓力的目的。多年來(lái)，帷幕灌漿防滲處理施工技術(shù)，對(duì)保證水工建筑物的安全運(yùn)行起到了重要作用。

2帷幕灌漿前準(zhǔn)備工作

2.1確定帷幕灌漿范圍

設(shè)計(jì)人員通過(guò)大壩地質(zhì)勘查，結(jié)合水庫(kù)水位情況，確定帷幕灌漿的深度、寬度等。

帷幕灌漿按灌漿孔底部是否深入相對(duì)不透水巖層，劃分為兩種情況：一種是封閉式帷幕，指將漿液注入到不透水層下部3～5m左右，徹底將滲流通道斷開(kāi)，形成板式截水墻，這種帷幕防滲效果最好；另一種是懸掛式帷幕，針對(duì)透水層情況較為復(fù)雜且防滲要求不高的壩體，或者部分透水層較厚、灌漿深度達(dá)不到，以及滲徑較長(zhǎng)、滲流量小等情況。懸掛式帷幕在施工中要注意將懸掛式灌漿法與其他防滲法相結(jié)合，彌補(bǔ)缺失，達(dá)到防滲效果最佳化。具體方案的選擇，宜根據(jù)地質(zhì)鉆孔壓水試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行。

2.2帷幕定位

帷幕灌漿工作開(kāi)始前，工程技術(shù)人員根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)計(jì)指標(biāo)與以往施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)灌漿孔進(jìn)行定位放樣。合理的定位布孔是灌漿帷幕工程取得良好效果的前提條件，因此，技術(shù)人員必須認(rèn)真進(jìn)行實(shí)際勘測(cè)，確定合適的打孔軸線部位及孔距。

灌漿孔的位置由地質(zhì)條件與水頭決定，一般情況下，帷幕灌漿孔距是2～3m，而孔排間距多為孔距的0.7倍。如一些砂石料材質(zhì)和巖層走向較差的大壩基礎(chǔ)，由于地質(zhì)條件差，必須適度增加灌漿孔的排數(shù)。

2.3鉆孔

確定鉆孔位置后，施工人員開(kāi)始用回旋式鉆機(jī)或沖擊式鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。回旋式鉆機(jī)是一種高效便捷的鉆孔設(shè)備，具有扭矩大、破切力強(qiáng)、鉆孔深的特點(diǎn)，在高壩施工時(shí)可優(yōu)選這種設(shè)備。

在鉆孔時(shí)，施工人員要嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)圖紙上的標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)，確保鉆孔位置和方向準(zhǔn)確。在遇到不可避免的特殊地質(zhì)情況時(shí)，最大限度地將孔位偏差、孔斜率控制在允許的設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)，確保鉆孔深度符合設(shè)計(jì)要求。

2.4洗孔

洗孔是采用清水沖洗孔內(nèi)、孔底及裂縫中的填充物，疏通孔道，方便漿液流到預(yù)定部位，保證灌漿通道暢通。常用清洗方法有鉆孔沖洗法和裂隙沖洗法。清水沖洗時(shí)間一般不低于30min，沖洗之后回清水10min以上，沖洗標(biāo)準(zhǔn)是孔道內(nèi)雜物厚度不能超過(guò)10cm。

裂隙沖洗是指利用水的壓力沖洗掉裂縫中的各種雜物，其所需壓力標(biāo)準(zhǔn)是1MPa，通常為灌漿壓力的80%。

2.5確定灌漿順序

帷幕，按防滲帷幕的灌漿孔排數(shù)分為兩排孔帷幕和多排孔帷幕。地質(zhì)條件復(fù)雜且水頭較高時(shí),多采用三排以上的多排孔帷幕。在灌漿次序上，按照下、上、中次序進(jìn)行灌漿，先灌最下面一排，再灌最上面一排，最后灌中間的孔排。灌漿工作必須嚴(yán)格按照順序進(jìn)行，不得前后顛倒。

2.6選擇灌漿材料

灌漿材料主要有三類：?水玻璃類；?純水泥漿、黏土漿、水泥黏土漿；?有機(jī)高分子復(fù)合化學(xué)材料。由于各種材料都有其獨(dú)有的特性，施工人員需根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)每種灌漿材料進(jìn)行壓水試驗(yàn)，實(shí)際灌漿需根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選用灌漿材料。正常情況下，灌漿材料多采用純水泥漿和水泥、水玻璃混合漿，它具有凝結(jié)速度快、成本低和工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

3帷幕灌漿施工方法

帷幕灌漿施工常采用的方法有兩種：全孔一次灌漿和分段灌漿。在一些地質(zhì)條件好的地段，常采用全孔一次性灌漿，而分段灌漿法則可分為上下分段、綜合分段等幾種灌漿法。

3.1自上而下分段灌漿法

自上而下分段灌漿法，多用于巖層質(zhì)地差、裂縫多、滲漏較嚴(yán)重的地質(zhì)條件。施工時(shí)先從上至下，逐段進(jìn)行打孔、灌漿。

此種方法具有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：?用料準(zhǔn)確不會(huì)產(chǎn)生廢料，有利于資源的合理有效配置；?灌漿塞安裝在底部，漿液不會(huì)從孔洞溢出，能夠有效地將裂隙填補(bǔ)密實(shí)，增大防滲強(qiáng)度；?這種灌注方式可以循序漸進(jìn)的增大壓力，保證漿液能夠注入到預(yù)計(jì)部位，孔洞內(nèi)壓力均勻不會(huì)產(chǎn)生坍塌。

此種方法的缺點(diǎn)：?工序繁雜，經(jīng)常需要交叉作業(yè)，鉆1個(gè)孔灌1次漿，每個(gè)孔作業(yè)完畢后才能進(jìn)行下個(gè)鉆孔灌漿作業(yè)，費(fèi)時(shí)耗力；?作業(yè)周期長(zhǎng)，每次灌漿作業(yè)后都必須停下等待漿液凝固后才能進(jìn)行下個(gè)灌漿作業(yè)，而且這種孔的斜度很難控制。

3.2自下而上分段灌漿法

自下而上分段灌漿法，適用在巖石質(zhì)地較好，裂縫較少的地層。灌漿作業(yè)的方式是按照設(shè)計(jì)要求，將孔打到設(shè)計(jì)深度，然后從下往上逐段進(jìn)行灌漿。

該方法的優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)周期短、不用停工等待漿液凝結(jié)，鉆孔與灌漿之間不需要交叉作業(yè)，高效便捷。

該方法的缺點(diǎn)：易受裂縫的影響，漿液注入不到位，灌漿壓力不好控制；孔洞里的情況不易查明，部分孔洞堵塞而不易察覺(jué)，導(dǎo)致返漿情況較多，嚴(yán)重影響灌漿質(zhì)量。

3.3綜合分段灌漿法

地質(zhì)條件較為復(fù)雜的施工段可采用綜合分段灌漿法。綜合分段灌漿法是將自上而下灌漿法和自下而上灌漿法結(jié)合起來(lái)的一種方法。對(duì)部分透水性不穩(wěn)定、巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜的灌漿孔，多采用綜合分段灌漿法，可達(dá)到最佳的灌漿效果。

3.4孔口封閉自上而下灌漿法

孔口封閉自上而下灌漿法(見(jiàn)下圖)，是將灌漿口封閉，然后從上往下逐段進(jìn)行灌漿，不需要停工等待漿液凝固。此種方法有5個(gè)優(yōu)點(diǎn)：?施工操作簡(jiǎn)單；?灌漿作業(yè)周期短，施工作業(yè)過(guò)程不需等待，能有效提高工作效率；?可以用大壓力進(jìn)行灌漿，漿液注入效果好；?鉆孔小，效率高；?可重復(fù)灌漿，能保證工程質(zhì)量。

孔口封閉自上而下灌漿法示意圖

4帷幕灌漿在官亭水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用分析

4.1工程概況

官亭水庫(kù)位于澧陽(yáng)平原首端、澧水支流——澹水中下游山區(qū)與平原的交界處，壩址位于湖南省臨澧縣官亭鄉(xiāng)(現(xiàn)刻木山鄉(xiāng))彭市村。官亭水庫(kù)由大壩、溢洪道、輸水隧洞、防護(hù)堤及電站等建筑物組成，大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程81.50m，最大壩高28.5m，壩軸線長(zhǎng)547m，壩頂寬6m。水庫(kù)集雨面積101km2，水庫(kù)正常蓄水位76.50m，相應(yīng)正常庫(kù)容5650萬(wàn)m3；設(shè)計(jì)洪水位77.84m，相應(yīng)設(shè)計(jì)庫(kù)容6826.12萬(wàn)m3。官亭水庫(kù)是一座以灌溉、防洪為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水利工程。1958年10月，官亭水庫(kù)動(dòng)工興建。1959年3月，工程竣工并投入蓄水運(yùn)行。

水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)壩體填筑質(zhì)量較差，壩體防滲達(dá)不到規(guī)范要求，大壩的左壩肩存在繞壩滲漏或接觸面滲漏，高水位時(shí)，左岸下游壩坡存在明顯的散浸現(xiàn)象。針對(duì)這些問(wèn)題，在該水庫(kù)除險(xiǎn)加固時(shí)，設(shè)計(jì)單位制訂了大壩左肩帷幕灌漿施工方案，帷幕灌漿施工總進(jìn)尺1592.3m。

4.2實(shí)施措施

根據(jù)施工方案，將作業(yè)平臺(tái)設(shè)置在大壩左岸內(nèi)坡一級(jí)平臺(tái)上，按照分序加密原則，將灌漿孔劃分為三排進(jìn)行布孔。鉆孔采用回旋鉆機(jī)和沖擊鉆機(jī)兩種鉆孔方式，鉆孔作業(yè)按照設(shè)計(jì)圖紙分序進(jìn)行，孔位偏差控制在10cm之內(nèi)。施工過(guò)程中每隔2～5m對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行一次校核，做好記錄，確保灌漿質(zhì)量(其施工設(shè)備見(jiàn)下表)。

帷幕灌漿設(shè)備表

帷幕灌漿開(kāi)始施工前，對(duì)孔洞進(jìn)行孔壁和裂隙沖洗，回水澄清10min后停止。同時(shí)，保證單個(gè)灌漿孔沖洗總時(shí)間不低于30min，串孔不低于2h，回水不清的孔洞全部重新沖洗。灌漿孔沖洗完畢后，采用單點(diǎn)法進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，先導(dǎo)孔為4～7號(hào)、19～23號(hào)、41～46號(hào)，實(shí)驗(yàn)后立即進(jìn)行灌漿作業(yè)，如果間隔時(shí)間超過(guò)24h，則對(duì)孔洞全部重新清洗。

針對(duì)官亭水庫(kù)大壩工程地質(zhì)實(shí)際情況，帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法，具體工藝流程：施工準(zhǔn)備→定位→鉆孔→沖洗→壓水試驗(yàn)→灌漿→檢查。

4.3質(zhì)量檢驗(yàn)

灌漿結(jié)束后，按規(guī)范規(guī)定，檢測(cè)單位對(duì)孔、巖芯等部位進(jìn)行鉆孔檢查，按1個(gè)施工單元布設(shè)1個(gè)檢查孔的原則布設(shè)檢查孔，檢查孔總數(shù)不少于鉆孔數(shù)的5%。鉆孔檢查巖芯時(shí)對(duì)其進(jìn)行編錄、保存。區(qū)段灌漿14d后，再進(jìn)行打孔壓水試驗(yàn)，共進(jìn)行壓水試驗(yàn)54段，試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求。

2015年3月中旬，該帷幕灌漿防滲工程完工，通過(guò)對(duì)帷幕灌漿實(shí)體質(zhì)量查驗(yàn)及汛期水庫(kù)高水位運(yùn)行，結(jié)果顯示：原壩基散浸現(xiàn)象全部消失，帷幕灌漿效果良好。

5結(jié)語(yǔ)

帷幕灌漿施工技術(shù)是土石壩滲漏問(wèn)題最為常見(jiàn)的處理措施之一，在病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固中得到廣泛應(yīng)用，且已應(yīng)用到礦井作業(yè)、房建和市政基礎(chǔ)等各個(gè)領(lǐng)域。在中國(guó)建筑業(yè)飛速發(fā)展的今天，隨著帷幕灌漿設(shè)備的不斷完善和更新，帷幕灌漿技術(shù)將會(huì)有更為廣闊的應(yīng)用空間。

On curtain grouting construction method and effect

ZHAO Ying

(Hunan Huawei Hydropower Engineering Co.,Ltd.,Changde 415000,China)

Abstract：Curtain grouting technology is one of the most common measures of handling earth and rock-fill dam leakage,which is widely used in the process of dilapidated reservoir risk removal and consolidation.In the paper,engineering application examples are combined for describing curtain grouting construction method and technical essentials in dilapidated reservoir risk removal and consolidation.Application effect of curtain grouting is analyzed.Curtain grouting technology will achieve wider application space with constant improvement and updating of curtain grouting equipment.

Key words：curtain grouting; construction method; effect analysis

DOI:10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.06.004

中圖分類號(hào)：TV543

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005-4774(2016)06-0014-04