史軍祥

（寶雞市馮家山水庫管理局，陜西 寶雞 721300）

0 前言

馮家山水庫位于寶雞市陳倉區(qū)、鳳翔縣、千陽縣交界處的千河馮家山峽谷。水庫壩型為碾壓式均質(zhì)土壩，總庫容4.27億m3，有效庫容2.86億m3，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉和城市、工業(yè)供水為主，兼作防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用功能的大（Ⅱ）型水利工程。

馮家山水庫于1970年動工興建，1971年曾進(jìn)行了帷幕灌漿，本次加固灌漿是在原幕線（防滲墻中心）內(nèi)插布置進(jìn)行的加固補(bǔ)強(qiáng)灌漿。設(shè)計單排幕線長305.12 m，孔距3 m，幕頂高程712 m，最大幕深74 m、總孔數(shù)132個，鉆灌進(jìn)尺6362 m。壩體裂縫進(jìn)行了充填固結(jié)灌漿LF12條，孔數(shù)200個，進(jìn)尺2670 m。馮家山水庫壩區(qū)基巖由大理巖，鈣質(zhì)板巖，泥質(zhì)板巖等淺變質(zhì)巖系組成。大理巖、鈣質(zhì)板巖是一套碳酸鹽類復(fù)理石建造變質(zhì)巖，具可溶性巖溶發(fā)育，透水性強(qiáng)。泥質(zhì)板巖強(qiáng)度較低，易風(fēng)化不透水。壩右岸基巖順河高傾角卸荷裂隙，可見溶蝕、溶孔、溶槽、溶洞及砂卵石是防滲加固灌漿的關(guān)鍵部位。本文對馮家山水庫大壩加固灌漿施工進(jìn)行探討。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 區(qū)域地質(zhì)

馮家山水庫庫區(qū)位于祁呂賀山字型構(gòu)造前弧頂部與隴西構(gòu)造體系的烏鞘嶺六盤山旋鈕褶帶的復(fù)合部位，主要受山字型構(gòu)造體系控制。在壩址區(qū)為一倒轉(zhuǎn)背斜，構(gòu)造線呈NWW向展布，往西受隴西系影響構(gòu)造線轉(zhuǎn)為NW向，往南與汾渭斷陷相接，是三套巖層的交匯處。

1.2 地質(zhì)巖性

馮家山水庫壩區(qū)基巖為下元古界滹沱群（Pt1）地層，巖層走向NW350°～360°，傾向NE，傾角71°～80°張扭性裂隙；走向NW290°～300°，傾向NE，傾角36°～62°以及張性裂隙及壓性層面裂隙為主。

馮家山水庫周邊山體，上覆層由第四系松散堆積物沖洪積dl-eolQ組成，上部巖層風(fēng)化強(qiáng)烈?guī)r體破碎。砂卵石層厚度6 m～20 m，結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)，滲透系數(shù)K=50 m/d。物探查明:水庫壩體有12條裂縫，壩體填土干密度平均合格率為63.9%，滲透系數(shù)K=0.013 m/d。

2 鉆孔灌漿施工

2.1 鉆進(jìn)造孔及裂隙沖洗

帷幕灌漿鉆孔采用150型、300型回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)造孔。鉆頭在使用上進(jìn)行分類實施:即孔深在大壩浸潤線以上的土壩采用麻花鉆頭干法造孔，孔深在浸潤線以下的土壩采用三翼硬質(zhì)合金鉆頭泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，基巖（防滲墻）采用金剛石鉆頭鉆進(jìn)。開孔孔徑Φ110 mm，土層下護(hù)壁套管，孔徑Φ91 mm，終孔孔徑Φ75 mm。鉆進(jìn)過程中測斜儀測試，校正單排帷幕孔的垂直度，孔斜嚴(yán)格控制在設(shè)計允許的范圍內(nèi)。每一帷幕灌漿段鉆孔結(jié)束后，均進(jìn)行鉆孔沖洗、裂隙沖洗，沖洗壓力不大于灌漿壓力的80%，當(dāng)超過1 MPa時按1 MPa，待沖洗回水澄清后即可結(jié)束，且總的時間單孔不小于20 min?；灸軐⒖椎缀涂妆诘膸r粉沖洗干凈。

2.2 壓水試驗

對深入基巖各孔段進(jìn)行壓水試驗，目的是及時掌握各孔段巖石的透水情況。在帷幕Ⅰ序孔（先導(dǎo)孔）及檢查孔中自上而下按灌漿段長分段卡塞進(jìn)行單點法壓水試驗，壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%，當(dāng)超過1 MPa時按1 MPa，其他灌漿孔做簡易壓水[1]。在穩(wěn)定的壓力下，每5 min測讀一次壓力流量，連續(xù)4次讀數(shù)中其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1 L/min，即可結(jié)束壓水試驗[2]，取最終流量值作為計算流量。

2.3 灌漿

帷幕灌漿根據(jù)不同的巖層地質(zhì)情況，分別采用了自上而下分段灌漿和孔口封閉灌漿法；土壩充填固結(jié)灌漿采用自下而上分段灌漿法，少灌多復(fù)。按Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔三序加密的原則進(jìn)行施灌。先導(dǎo)孔和檢查孔采用自下而上分段灌注法。灌漿段長第一段2 m，第二段3 m，第三段往下都按5 m分段。其射漿管距孔底不大于0.5 m。帷幕灌漿材料采用普通硅酸鹽42.5R水泥，經(jīng)集中制漿站攪拌配制所需水灰比的純水泥漿液，水灰比采用 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.7∶1、0.5∶1 六個比級，按5∶1開灌比施灌，灌漿壓力0.5 MPa～3 MPa。充填固結(jié)灌漿用水泥粘土配制的穩(wěn)定混合漿液施灌。

2.4 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和封孔操作

灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，帷幕灌漿，在規(guī)定壓力下，注入率不大于1L/min時延續(xù)30 min即可結(jié)束灌漿，灌漿全過程不小于120 min；土壩充填固結(jié)灌漿，當(dāng)混合漿液升至孔口，連續(xù)復(fù)灌3次不再吃漿時，即可終止灌漿。

封孔采用0.5∶1漿液置換出孔內(nèi)稀漿后，用3 MPa壓漿60 min閉漿操作進(jìn)行帷幕封孔；充填灌漿用2 cm～3 cm含水量適中的粘土泥球置換封孔。

3 灌漿中遇到的問題及處理措施

馮家山水庫大壩加固灌漿是在庫水位705.3 m～706.5 m之間高水位運(yùn)行下的帷幕加固灌漿，既有土壩的充填固結(jié)灌漿，又有基巖（防滲墻）的帷幕灌漿，是二元結(jié)合的補(bǔ)強(qiáng)灌漿。因此，采取有效的壩體土層保護(hù)措施，嚴(yán)控灌漿壓力和漿液變換，嚴(yán)密觀察抬動、裂縫、冒漿、涌水等現(xiàn)象，謹(jǐn)慎處置特殊異常情況和孔內(nèi)突發(fā)問題，對確保大壩安全和灌漿效果尤為重要。

3.1 護(hù)壁管埋設(shè)

帷幕灌漿是在壩體土層以下基巖（防滲墻）上進(jìn)行的補(bǔ)強(qiáng)灌漿。帷幕在造孔的過程中需給水循環(huán)鉆進(jìn)，為了嚴(yán)控進(jìn)入壩體水量，需要在孔口管埋設(shè)的基礎(chǔ)上，再下護(hù)壁套管，兩管用正反絲連接，套管深入基巖不小于1.0 m，以便于在基巖鉆進(jìn)和灌漿時對壩體土層進(jìn)行保護(hù)。

3.2 灌漿壓力及漿液變換控制

灌漿壓力是影響灌漿質(zhì)量的重要參數(shù)[2]，水泥漿液又是強(qiáng)化密實帷幕的重要材料。在高水位運(yùn)行下的土壩與基巖、充填與帷幕二元結(jié)合的加固灌漿中，如何對灌漿過程中漿液和壓力進(jìn)行合理調(diào)整和應(yīng)用，對大壩安全和灌漿效果影響較大?？刂频脑瓌t按帷幕灌漿水灰比與灌漿壓力參數(shù)執(zhí)行，見表1。

表1 帷幕灌漿水灰比與灌漿壓力參數(shù)

灌漿過程中，水灰比不變的情況:當(dāng)灌漿壓力不變，注入率持續(xù)減少時，或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時，水灰比不變。越級變濃的情況:當(dāng)某一比級漿液注入量已達(dá)300 L以上，灌注時間已達(dá)30 min以上，而灌漿壓力和注入率均無明顯變化時，改濃一級施灌。當(dāng)注入率已達(dá)30 L/min，又無壓力時，漿液越級變濃。

以K91灌漿孔為例，灌注壓力達(dá)最大設(shè)計灌漿壓力Pmax=3MPa，開灌比5∶1的水泥漿液稀漿開路，注入率＞30 L/min時，漿液越級變濃，2∶1、1∶1施灌直至灌漿結(jié)束。該段施灌適中，控制到位，因此 G（p）=F（t）曲線反應(yīng)正常，注入量小。通過灌漿，設(shè)計的施工參數(shù)符合實際。保證了帷幕灌漿的順利進(jìn)行。

3.3 冒漿情況

灌漿孔注入量大，灌漿過程出現(xiàn)冒漿，灌漿難于結(jié)束時，如K77孔第三段，采用了稠漿封堵、間歇待凝后，再掃孔復(fù)灌。

3.4 串漿情況

灌漿過程中多處出現(xiàn)串漿，對串漿孔具備灌漿條件的采用同時灌漿處理；否則，采用將串漿孔用橡膠活塞塞住，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，再對串漿孔進(jìn)行掃孔、沖洗，而后鉆灌處理。

3.5 吃漿量大、不起壓的情況

如K81孔第一段、K74孔的第8段，單耗超過500 kg/m，采用了越級至0.5∶1的濃漿灌注，加速凝劑、低壓、限流、間歇、待凝后掃孔復(fù)灌，如試2孔灌注水泥砂漿或水泥漿液，限量1000 kg/段，少灌多復(fù)，復(fù)灌次數(shù)達(dá)3次。

3.6 孔口有涌水的灌漿孔段

在灌漿前記錄涌水壓力和涌水量，根據(jù)涌水情況，分別采用自上而下分段灌漿、縮短段長、屏漿、閉漿、速凝、待凝（12 h～24 h）及濃漿結(jié)束等綜合處理。

3.7 灌漿中斷

灌漿必修連續(xù)進(jìn)行，若因故中斷，如K91孔第11段采用了沖孔-掃孔-復(fù)灌，漿液逐級加濃繼續(xù)灌注直至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

4 灌漿效果分析

4.1 灌漿資料成果分析

灌漿成果資料分析顯示，大壩充填固結(jié)灌漿進(jìn)尺2670 m，平均灌注粘土水泥混合漿量185.3 kg/m，Ⅱ序較Ⅰ序平均單位注灰量遞減13.7%，Ⅲ較Ⅱ序遞減68.1%；基巖帷幕灌漿進(jìn)尺6362 m，平均單位注灰量91.1 kg/m，第五分部第四單元Ⅰ、Ⅱ序遞減規(guī)律較差，Ⅲ序較Ⅱ序遞減35%，Ⅲ序較Ⅰ序遞減23%，其他按三序加密原則，序間單位注灰量遞減規(guī)律正常。因此，按序施灌平均單位注灰量在逐漸減少，總體符合灌漿的基本規(guī)律和規(guī)范要求，達(dá)到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，取得了較好的效果。

4.2 灌漿質(zhì)量測評

4.2.1 壓水試驗

在帷幕灌漿結(jié)束14天后，布置11個檢查孔進(jìn)行壓水試驗、巖芯采集。壓水試驗透水率呂榮值除第五分部第六單元第四段大于3.0 Lu標(biāo)準(zhǔn)外，其他灌漿檢查孔壓水試驗成果、呂榮值均＜3.0 Lu，滿足設(shè)計要求帷幕灌漿技術(shù)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。檢查孔壓水試驗成果見表2。

4.2.2 水泥結(jié)石

從檢查孔采集的水泥巖芯檢測情況來看，水泥結(jié)石巖芯獲取率大于85%，結(jié)石成形、完整密實，從K77孔深34 m處獲取0.4 m長的水泥結(jié)石巖芯。

從收集的水文資料來看，對大壩灌漿前后壩后滲流量和地下水位進(jìn)行對比分析，平均滲漏量減少了1.5 L/s，地下觀測孔水位降低了3.8 m，以及馮家山水庫除險加固后期，泄洪洞（泄洪洞位于大壩右岸）回填固結(jié)灌漿過程中不吃漿，注入量小，驗 證了本次灌漿效果佳，防滲性能強(qiáng)。

表2 灌漿檢查孔壓水試驗成果統(tǒng)計

5 結(jié)語

馮家山水庫大壩加固灌漿是在高水位、充水情況下的二元結(jié)合補(bǔ)強(qiáng)灌漿，是技術(shù)含量高的隱蔽工程，也是一項按照設(shè)計意圖并結(jié)合壩體地質(zhì)結(jié)構(gòu)實際，不斷研究、不斷調(diào)整、不斷創(chuàng)新的工藝技術(shù)[3]。因此，只有在熟練掌握鉆灌施工工藝，嚴(yán)格控制灌注施工參數(shù)，靈活處置孔內(nèi)異?；蛲话l(fā)問題，才能確保大壩安全和灌漿效果。通過本文的一些介紹尤其是特殊情況下的技術(shù)處理，對類似的灌漿工程施工有一定的參考價值。