葉知暉，冉統(tǒng)軍

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

我國(guó)河流眾多，水資源時(shí)空分布極不均勻，水資源短缺等問題日益突出。水庫建設(shè)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(jì)社會(huì)發(fā)展的重要水利基礎(chǔ)設(shè)施。隨著《全國(guó)中小河流治理和病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固、山洪地質(zhì)災(zāi)害防御和綜合治理總體規(guī)劃》的出臺(tái)，國(guó)家組織開展了大規(guī)模病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固建設(shè)，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(qiáng)等情況。工程上常常采用體充填灌漿、壩前增設(shè)防滲面板和壩基帷幕灌漿等措施來增強(qiáng)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(diào)中線工程中對(duì)空區(qū)灌漿提出了灌漿質(zhì)量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)；秦敏[6]對(duì)水庫壩體帷幕灌漿和充填灌漿的技術(shù)進(jìn)行闡述，對(duì)灌漿施工中的通病進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并對(duì)類似水庫壩體灌漿技術(shù)提出建議；劉興邦[7]等在湖北陽武干渠中利用充填灌漿對(duì)渠道滲漏分析及處理很好到解決了滲漏問題。本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)充填灌漿設(shè)計(jì)及施工工藝做了研究，實(shí)驗(yàn)表明充填灌漿在處理這類工程問題時(shí)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(kuò)建擬將大壩正常蓄水位由54m抬高至60m，設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位作相應(yīng)抬高?？値烊萦?800萬m3增加至1.45億m3。

前期漿砌石壩體鉆進(jìn)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(yàn)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(qiáng)透水體。為保證水庫改擴(kuò)建水位抬高后大壩運(yùn)行安全，根據(jù)改擴(kuò)建水位抬高后的工況對(duì)漿砌石壩段滲流穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定、壩體層間抗剪斷等進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，需對(duì)漿砌石重力壩、溢流壩段采用充填灌漿措施以提高壩體強(qiáng)度及自重[8]。

2 充填灌漿設(shè)計(jì)

2.1 灌漿工藝

灌漿施工順序?yàn)橛缮舷掠味讼蛑胁渴┕ぃ涮罟酀{施工順序?yàn)椋禾?dòng)變形觀測(cè)孔→Ⅰ序孔充填灌漿→Ⅱ序孔充填灌漿→灌后質(zhì)量檢查及效果測(cè)試。施工工藝流程如圖1所示。

2.2 孔位設(shè)計(jì)

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(shè)，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(shè)；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(shè)；間排距布設(shè)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(jìn)行施工，自砼以下開始自上而下每5m一段進(jìn)行灌漿，灌漿壓力根據(jù)試驗(yàn)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(shè)示意圖

2.3 壩體充填灌漿試驗(yàn)段設(shè)計(jì)

生產(chǎn)試驗(yàn)段安排在大壩右岸0+182.46～0+197.46m段進(jìn)行，充填灌漿試驗(yàn)采用自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)灌漿方法，段長(zhǎng)原則上5m一段，但當(dāng)鉆孔回水消失，不受段長(zhǎng)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(zhǎng)度、灌漿壓力根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率小于1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注30min，灌漿結(jié)束；封孔采用導(dǎo)管將孔內(nèi)余漿置換成為水灰比0.5∶1的濃漿，而后進(jìn)行純壓式灌漿封孔。灌漿結(jié)束14d后，在試驗(yàn)區(qū)適當(dāng)位置設(shè)置檢查孔，進(jìn)行鉆孔取芯和壓水試驗(yàn)檢查。灌漿效果需達(dá)到漿砌石內(nèi)空隙充填密實(shí)，鉆孔巖心多呈柱狀，膠結(jié)要良好，穩(wěn)定漿液結(jié)石強(qiáng)度不小于5.0MPa(14d)。

3 第二次灌漿

試驗(yàn)段施工完成后布設(shè)三個(gè)檢查孔進(jìn)行質(zhì)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(zhǎng)20cm；所取巖芯中存在結(jié)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(jié)石與砂漿結(jié)合；③上部或者下部為與漿砌塊石結(jié)合。根據(jù)設(shè)計(jì)要求“穩(wěn)定漿液結(jié)石強(qiáng)度不小于5.0MPa”，需取用兩塊或者多塊巖石結(jié)合面充填水泥結(jié)石的巖芯進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，無可滿足該條件的巖芯，該項(xiàng)檢測(cè)無法進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)定[9]。

三個(gè)質(zhì)量檢查孔共進(jìn)行單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)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(qiáng)透水。檢查孔壓水試驗(yàn)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(jì)表

從以上試驗(yàn)結(jié)果看，充填灌漿起到了一定效果，但穩(wěn)定漿液結(jié)石強(qiáng)度及透水率均不滿足設(shè)計(jì)要求。

3.1 第二次灌漿設(shè)計(jì)優(yōu)化

鑒于第一次試驗(yàn)段結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)要求，遂對(duì)壩體充填灌漿漿液濃度、灌漿壓力及質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)作出調(diào)整，進(jìn)行壩體充填灌漿二次試驗(yàn)。通過第二次試驗(yàn)段實(shí)施后的灌漿效果，可對(duì)第一次試驗(yàn)段進(jìn)行補(bǔ)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(shè)壩體充填灌漿試驗(yàn)段位于右岸漿砌石非溢流壩壩軸線樁號(hào)0+197.86～壩軸線樁號(hào)0+209.86段之間，共12個(gè)充填灌漿孔，孔號(hào)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(shè)[10，11]。具體位置如圖3所示。

圖3 充填灌漿孔試驗(yàn)段平面圖

3.2 灌漿參數(shù)及灌漿孔間排距調(diào)整

漿液濃度采用1∶1，0.5∶1；灌漿壓力為0.4、0.6MPa。灌漿時(shí)先灌下游排R- 5- 5～R- 5- 8和右側(cè)R- 4- 8、R- 3- 8孔，再灌剩余孔。下游排R- 5- 5～R- 5- 8和右側(cè)R- 4- 8、R- 3- 8孔灌漿壓力自上而下采用0.4MPa一個(gè)壓力；剩余孔R(shí)- 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(chǎng)灌漿吃漿量，及時(shí)局部調(diào)整灌漿孔間排距。

本試驗(yàn)段充填灌漿二次試驗(yàn)孔12個(gè)，從充填灌漿二次試驗(yàn)檢查孔巖芯可以看出，巖芯多為塊狀和段柱狀，水泥結(jié)石充填較多，塊石間結(jié)石充填裂隙3～5cm。由于砂漿強(qiáng)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(yàn)和聲波測(cè)試結(jié)果未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

充填灌漿二次試驗(yàn)段共布設(shè)3個(gè)質(zhì)量檢查孔，進(jìn)行單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)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(yàn)成果統(tǒng)計(jì)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(gè)別空隙聯(lián)通長(zhǎng)度大于3m，但也有的空腔聯(lián)通長(zhǎng)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(yàn)，且均低于10Lu屬于合理范圍內(nèi)，說明第二次灌漿滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)比第一二次灌漿實(shí)驗(yàn)的透水率，兩者相差很大，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于第一次的透水率，說明設(shè)計(jì)優(yōu)化滿足要求[12]。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

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

表4 檢查孔壓水成果統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語

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

通過對(duì)陀興水庫漿砌石壩體充填灌漿試驗(yàn)段灌漿試驗(yàn)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(diào)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(shù)總結(jié)在漿砌石壩充填灌漿工程設(shè)計(jì)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值，可供類似工程參考使用。