葉知暉，冉統(tǒng)軍

(甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

我國河流眾多，水資源時空分布極不均勻，水資源短缺等問題日益突出。水庫建設可有效解決所在地區(qū)城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)灌溉以及防洪發(fā)電等問題，是保障地方經(jīng)濟社會發(fā)展的重要水利基礎設施。隨著《全國中小河流治理和病險水庫除險加固、山洪地質災害防御和綜合治理總體規(guī)劃》的出臺，國家組織開展了大規(guī)模病險水庫除險加固建設，在大壩建造過程中經(jīng)常遇見，堆石壩體不穩(wěn)固、巖體破碎、滲透性強等情況。工程上常常采用體充填灌漿、壩前增設防滲面板和壩基帷幕灌漿等措施來增強壩體穩(wěn)定、提高壩體抗剪、抗滑穩(wěn)定性及抗?jié)B性[1- 4]。朱澤祥[5]在南水北調中線工程中對空區(qū)灌漿提出了灌漿質量評判標準；秦敏[6]對水庫壩體帷幕灌漿和充填灌漿的技術進行闡述，對灌漿施工中的通病進行簡要分析，并對類似水庫壩體灌漿技術提出建議；劉興邦[7]等在湖北陽武干渠中利用充填灌漿對渠道滲漏分析及處理很好到解決了滲漏問題。本文結合工程實例對充填灌漿設計及施工工藝做了研究，實驗表明充填灌漿在處理這類工程問題時是有效可行的。

1 工程概況

陀興水庫大壩由左岸漿砌石重力壩、中部溢流壩、右岸漿砌石重力壩及右岸土壩四部分組成。本次改擴建擬將大壩正常蓄水位由54m抬高至60m，設計洪水位、校核洪水位作相應抬高?？値烊萦?800萬m3增加至1.45億m3。

前期漿砌石壩體鉆進過程中，大多數(shù)鉆孔孔口不返水，多孔多次出現(xiàn)卡鉆、卡栓塞現(xiàn)象，說明漿砌石壩體存在較多、較大的空隙和空洞。另通過鉆孔壓(注)水試驗發(fā)現(xiàn)，漿砌石壩體透水性不均勻，砂漿多呈蜂窩狀，透水率范圍28.8～48.8Lu，壩體透水率平均值40Lu，總體屬于中等～強透水體。為保證水庫改擴建水位抬高后大壩運行安全，根據(jù)改擴建水位抬高后的工況對漿砌石壩段滲流穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定、壩體層間抗剪斷等進行復核計算，需對漿砌石重力壩、溢流壩段采用充填灌漿措施以提高壩體強度及自重[8]。

2 充填灌漿設計

2.1 灌漿工藝

灌漿施工順序為由上下游端向中部施工，充填灌漿施工順序為：抬動變形觀測孔→Ⅰ序孔充填灌漿→Ⅱ序孔充填灌漿→灌后質量檢查及效果測試。施工工藝流程如圖1所示。

2.2 孔位設計

左岸漿砌石非溢流壩充填灌漿共5排，排距3m，孔距3m，梅花狀布設，第一排孔頂位于壩軸線上游1.2m；漿砌石溢流壩壩體充填灌漿共7排，排距3m，孔距3m，梅花狀布設；右岸漿砌石非溢流壩壩體充填灌漿共5排，第一排孔頂位于壩軸線上游1.0m，排距3m，孔距3m，梅花狀布設；間排距布設大樣如圖2所示。灌漿深度均伸入基巖1.0m。灌漿分二序孔進行施工，自砼以下開始自上而下每5m一段進行灌漿，灌漿壓力根據(jù)試驗確定。灌漿先灌上游排，再灌下游排，后灌中間排的施工順序施工。在同一排內(nèi)，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。上游兩排孔采用頂角5°傾斜于上游的斜孔，其它排采用鉛直孔。

圖1 充填灌漿施工工藝流程圖

圖2 充填灌漿孔布設示意圖

2.3 壩體充填灌漿試驗段設計

生產(chǎn)試驗段安排在大壩右岸0+182.46～0+197.46m段進行，充填灌漿試驗采用自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)灌漿方法，段長原則上5m一段，但當鉆孔回水消失，不受段長限制。灌漿壓力：上游第一排1～6m壓力0.1MPa，6～16m壓力0.2MPa，16～26m壓力0.3MPa，26m以下0.4MPa。其它排1～6m壓力0.2MPa，6～16m壓力0.4MPa，16～26m壓力0.6MPa，26m以下0.8MPa。(灌漿長度、灌漿壓力根據(jù)具體實驗來確定，以上數(shù)據(jù)僅供參考)。分Ⅱ序孔逐序施工，在灌漿段最大設計壓力下，當注入率小于1L/min時，繼續(xù)灌注30min，灌漿結束；封孔采用導管將孔內(nèi)余漿置換成為水灰比0.5∶1的濃漿，而后進行純壓式灌漿封孔。灌漿結束14d后，在試驗區(qū)適當位置設置檢查孔，進行鉆孔取芯和壓水試驗檢查。灌漿效果需達到漿砌石內(nèi)空隙充填密實，鉆孔巖心多呈柱狀，膠結要良好，穩(wěn)定漿液結石強度不小于5.0MPa(14d)。

3 第二次灌漿

試驗段施工完成后布設三個檢查孔進行質量檢查，從檢查孔取芯情況可以看出，巖芯較為破碎，塊石巖芯最長20cm；所取巖芯中存在結石狀態(tài)主要為三種：①附著砂漿或者漿砌塊石；②上部或者下部為結石與砂漿結合；③上部或者下部為與漿砌塊石結合。根據(jù)設計要求“穩(wěn)定漿液結石強度不小于5.0MPa”，需取用兩塊或者多塊巖石結合面充填水泥結石的巖芯進行試驗檢測，無可滿足該條件的巖芯，該項檢測無法進行試驗評定[9]。

三個質量檢查孔共進行單點法壓水試驗14段，最大值為129.59Lu，最小值為10.27Lu，平均值為55.97Lu；其中10Lu～100Lu有11段，大于100Lu3段，檢查孔壓水情況為中透水～強透水。檢查孔壓水試驗成果見表1—2。

表1 檢查孔壓水成果表

表2 檢查孔壓水成果統(tǒng)計表

從以上試驗結果看，充填灌漿起到了一定效果，但穩(wěn)定漿液結石強度及透水率均不滿足設計要求。

3.1 第二次灌漿設計優(yōu)化

鑒于第一次試驗段結果不滿足設計要求，遂對壩體充填灌漿漿液濃度、灌漿壓力及質量檢查標準作出調整，進行壩體充填灌漿二次試驗。通過第二次試驗段實施后的灌漿效果，可對第一次試驗段進行補充灌漿和后續(xù)壩體充填灌漿提供可靠的數(shù)據(jù)參數(shù)。

增設壩體充填灌漿試驗段位于右岸漿砌石非溢流壩壩軸線樁號0+197.86～壩軸線樁號0+209.86段之間，共12個充填灌漿孔，孔號R- 3- 5～R- 3- 8、R- 4- 5～R- 4- 8、R- 5- 5～R- 5- 8，共3排，排距3m，孔距3m，梅花狀布設[10，11]。具體位置如圖3所示。

圖3 充填灌漿孔試驗段平面圖

3.2 灌漿參數(shù)及灌漿孔間排距調整

漿液濃度采用1∶1，0.5∶1；灌漿壓力為0.4、0.6MPa。灌漿時先灌下游排R- 5- 5～R- 5- 8和右側R- 4- 8、R- 3- 8孔，再灌剩余孔。下游排R- 5- 5～R- 5- 8和右側R- 4- 8、R- 3- 8孔灌漿壓力自上而下采用0.4MPa一個壓力；剩余孔R- 3- 5～R- 3- 7、R- 4- 5～R- 4- 7上面2段(1～12m)壓力采用0.4MPa，下面段壓力采用0.6MPa。根據(jù)施工現(xiàn)場灌漿吃漿量，及時局部調整灌漿孔間排距。

本試驗段充填灌漿二次試驗孔12個，從充填灌漿二次試驗檢查孔巖芯可以看出，巖芯多為塊狀和段柱狀，水泥結石充填較多，塊石間結石充填裂隙3～5cm。由于砂漿強度較低，取出的砂漿成塊芯樣及少，砂漿芯樣中未見水泥漿液填筑，砂漿的可灌性較差。壓漿試驗和聲波測試結果未達到設計要求。

充填灌漿二次試驗段共布設3個質量檢查孔，進行單點法壓水試驗11段，最大值為22.05Lu，最小值為2.41Lu，平均值為10.67Lu。檢查孔壓水試驗成果統(tǒng)計見表3—4。

表3 檢查孔壓水成果表

從表3—4可以看出：漿砌石壩體的空隙分布雖然沒有規(guī)律，其中個別空隙聯(lián)通長度大于3m，但也有的空腔聯(lián)通長度小于3m，在檢查孔的相鄰孔段壓水出現(xiàn)既了低至有2.41Lu，最高10.05Lu的情況。檢查孔透水率平均值低于10Lu，灌漿效果明顯優(yōu)于第一次試驗，且均低于10Lu屬于合理范圍內(nèi)，說明第二次灌漿滿足設計要求，對比第一二次灌漿實驗的透水率，兩者相差很大，且遠遠低于第一次的透水率，說明設計優(yōu)化滿足要求[12]。

3.3 試驗結果分析

以第一次充填灌漿試驗段為基礎，通過調整灌漿參數(shù)及灌漿間排距，檢查孔壓水試驗透水率急劇下降，效果顯著，滿足壩體滲透性小于10Lu的設計要求[13]。

表4 檢查孔壓水成果統(tǒng)計表

4 結語

漿砌石壩體加固過程中采用充填灌漿措施時：①應根據(jù)實際情況選擇合理的灌漿控制參數(shù)，通過試驗段的灌漿效果反復調整灌漿工藝及灌漿參數(shù)以滿足設計要求；②應根據(jù)試驗段反映出漿砌石壩的孔隙率及連通性現(xiàn)狀調整灌漿孔間排距以達到最終設計要求。

通過對陀興水庫漿砌石壩體充填灌漿試驗段灌漿試驗數(shù)據(jù)分析，在漿砌石壩體充填灌漿過程中有根據(jù)壩體現(xiàn)狀合理調整灌漿參數(shù)及灌漿孔間排距可有效降低壩體滲透率。該技術總結在漿砌石壩充填灌漿工程設計中具有很高的應用價值，可供類似工程參考使用。