(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

目前我國(guó)正處在新一輪的城鎮(zhèn)化建設(shè)中，隨著城市的不斷擴(kuò)張，人口的快速增長(zhǎng)，帶來(lái)了日益突出的城市飲水問(wèn)題。大力開(kāi)發(fā)中小型水庫(kù)為解決城市供水問(wèn)題提供了出路，因此中小型水利工程的建設(shè)必將作為未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)建設(shè)的重點(diǎn)方向。

1 工程概況

廣安鄰水向陽(yáng)橋水庫(kù)工程是《全國(guó)中型水庫(kù)建設(shè)總體安排意見(jiàn)(2013-2017年)》、《西南五省重點(diǎn)水源工程近期建設(shè)規(guī)劃》和《四川省“十二五”水利發(fā)展規(guī)劃》中規(guī)劃建設(shè)的工程之一，是一座兼具防洪、農(nóng)業(yè)灌溉、城鎮(zhèn)及農(nóng)村飲水、區(qū)域水生態(tài)文明建設(shè)等綜合效益的中型水庫(kù)。水庫(kù)位于廣安市鄰水縣西南部的丹水灘河上游，壩址位于西天鄉(xiāng)政府下游1km，壩址控制流域面積19.1km2，水庫(kù)總庫(kù)容為1644萬(wàn)m3。樞紐永久性主要建筑物包括擋水大壩、泄洪建筑物、放空(取水)建筑物、充水渠道等，此外工程還包括灌區(qū)輸水管道及縣城輸水管線等配套工程。

向陽(yáng)橋水庫(kù)兩岸壩肩壩頂高程以上及庫(kù)區(qū)防滲軸線地表均為第四系殘坡積堆積物及強(qiáng)風(fēng)化巖層，且地表高程普遍在365m～368m之間，受地形地質(zhì)條件限制，如果設(shè)置灌漿平硐將會(huì)面對(duì)成洞條件差、軸線長(zhǎng)的問(wèn)題，不僅施工安全風(fēng)險(xiǎn)大而且建設(shè)投資成本高，因此設(shè)計(jì)考慮直接從地表覆蓋層鉆孔進(jìn)行正常蓄水位(346m)以下防滲帷幕灌漿施工。

2 主要施工難點(diǎn)

在傳統(tǒng)的水利水電工程基巖帷幕灌漿施工中，防滲帷幕的鉆孔灌漿需先清除地表覆蓋層或者設(shè)置灌漿平硐，然后在裸露的基巖或平硐底板上設(shè)置混凝土蓋重，并在蓋重達(dá)到一定設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可實(shí)施鉆孔及帷幕灌漿施工。

然而，向陽(yáng)橋水庫(kù)工程中防滲帷幕既不設(shè)置平硐、不清除覆蓋層，也不澆筑混凝土蓋重，而是直接從地表覆蓋層中鉆孔進(jìn)行正常蓄水位(346m)以下灌漿施工。施工現(xiàn)場(chǎng)在原始地面與帷幕灌漿頂線(高程346m)之間有將近20余米的孔段內(nèi)不進(jìn)行灌漿，經(jīng)前期地質(zhì)勘查，帷幕灌漿施工區(qū)域?yàn)樯皫r與泥巖互層地質(zhì)，巖石節(jié)理裂隙極為發(fā)育、地質(zhì)條件較差，地層結(jié)構(gòu)如圖1所示。如果采取常規(guī)灌漿方法貿(mào)然進(jìn)行帷幕施工，極易在施灌過(guò)程中發(fā)生塌孔、繞塞返漿，甚至廢孔等一系列問(wèn)題，不僅造成帷幕灌漿質(zhì)量無(wú)法保障，同時(shí)可能造成施工工期大大延長(zhǎng)、成本大幅增加。

針對(duì)上述特點(diǎn)，如何在無(wú)蓋重條件下進(jìn)行覆蓋層下部帷幕灌漿成為擺在施工技術(shù)人員面前的一道難題。

3 施工方法

3.1 技術(shù)方案比較

由于灌漿頂高程346.00m以上為覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化砂/泥巖結(jié)構(gòu)，直接鉆孔至設(shè)計(jì)高程灌漿極易在上部覆蓋層發(fā)生塌孔或非灌段基巖繞塞返漿等現(xiàn)象，最終造成廢孔事故發(fā)生。針對(duì)這種特殊的帷幕灌漿結(jié)構(gòu)型式，通過(guò)查找資料，常規(guī)的施工解決方法有兩種：

方案一：采用跟管鉆孔灌漿的施工方法，即采用液壓跟管鉆機(jī)和擴(kuò)孔鉆頭，套管護(hù)壁自上而下進(jìn)行鉆孔，并在鉆孔全部完成后在套管內(nèi)放入灌漿塞。灌漿過(guò)程中，將灌漿塞安放在套管底端，采用拔管機(jī)分段提升護(hù)壁套管和灌漿塞，自下而上分段進(jìn)行帷幕灌漿，直至全孔灌漿完成。

方案二：根據(jù)覆蓋層及非灌段基巖情況，采取預(yù)固結(jié)的方式，先對(duì)上部覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，然后采用正常的帷幕灌漿程序，從灌漿頂346m開(kāi)始自上而下分段對(duì)基巖進(jìn)行帷幕灌漿施工，直至全孔灌漿完成。

兩種技術(shù)方案均能夠解決灌漿施工中容易出現(xiàn)的塌孔和繞塞返漿等問(wèn)題，但也存在諸多缺點(diǎn)和不足，具體分析如表1。

表1 帷幕灌漿施工技術(shù)方案比較

3.2 改進(jìn)后的具體施工方法

鑒于上述兩種技術(shù)方案存在的缺點(diǎn)和不足，通過(guò)分析比較，考慮結(jié)合兩種方案各自的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)研究決定在地表覆蓋層段設(shè)置鋼套管，防止孔口及覆蓋層段塌孔；在基巖非灌漿段采用泥漿護(hù)壁，并在灌漿段頂部一定范圍內(nèi)進(jìn)行水泥預(yù)固結(jié)灌漿。確保在無(wú)蓋重條件下覆蓋層下部的砂巖地層帷幕灌漿施工質(zhì)量。

3.2.1 施工工藝流程

無(wú)蓋重條件下覆蓋層下部砂巖地層帷幕灌漿施工流程如圖2所示。

圖2 無(wú)蓋重覆蓋層下部砂巖地層帷幕灌漿施工流程

3.2.2 施工具體要求

(1)對(duì)于灌漿孔穿覆蓋層段，為確保成孔并防止后期施工鉆孔灌漿過(guò)程塌孔造成事故，采用薄壁鋼管進(jìn)行護(hù)壁。其中，覆蓋層段鉆孔孔徑φ91mm，采用φ89mm、δ=2.0mm的焊接鋼管進(jìn)行護(hù)壁，并保證鋼管護(hù)壁段深入強(qiáng)風(fēng)化線1.0m以下，同時(shí)采用水泥漿對(duì)鋼套管進(jìn)行嵌固，待凝24h。

(2)帷幕灌漿頂高程以上非灌段由于基巖裂隙的存在，為防止發(fā)生塌孔和繞塞返漿的問(wèn)題，采取如下處理措施：

①對(duì)灌漿段頂高程以上4.0m范圍以外的部位進(jìn)行泥漿護(hù)壁，即在鉆進(jìn)過(guò)程中，采用泥漿泵向孔內(nèi)循環(huán)注入泥漿的方式，對(duì)鉆孔孔壁進(jìn)行防護(hù)。為確保護(hù)壁效果，可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況在泥漿中適當(dāng)添加膨潤(rùn)土等外加劑，同時(shí)也可根據(jù)非灌段基巖裂隙大小和具體情況采用孔口封閉加壓等方式，確保護(hù)壁效果。

②對(duì)灌漿段頂高程以上4.0m范圍內(nèi)進(jìn)行水泥預(yù)固結(jié)，具體要求如下：

A.采用1∶1中等濃度水泥漿進(jìn)行施灌；

B.根據(jù)壓水試驗(yàn)過(guò)程中的返水情況，預(yù)固結(jié)段可自上而下分兩次施灌(灌漿壓力分別為0.2MPa、0.4MPa)，也可一次性全段施灌(灌漿壓力0.2MPa)；

C.預(yù)固結(jié)段灌漿根據(jù)實(shí)際情況控制灌漿量，對(duì)于吃漿量較大的部位，為降低施工成本，單耗可按50kg/延米控制，灌漿總量達(dá)到200kg后灌漿結(jié)束；對(duì)于吃漿量較小的部位，該灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注30min，即可結(jié)束。預(yù)固結(jié)灌漿結(jié)束后，隨即進(jìn)行待凝，待凝不得小于24h；

D.預(yù)固結(jié)段完成待凝后重新掃孔至346.00m帷幕灌漿頂高程，至此非灌段預(yù)固結(jié)工作全部完成。

具體灌漿辦法及分段情況如圖3所示。

(3)庫(kù)區(qū)346.00m高程以下灌漿段在施灌過(guò)程中按照設(shè)計(jì)分段及灌漿壓力要求進(jìn)行：

①所有灌漿孔第一段段長(zhǎng)均按3m(即346.00m～343.00m)控制，其中Ⅰ序孔及先導(dǎo)孔第一段灌漿壓力為0.6MPa，Ⅱ、Ⅲ序孔灌漿壓力為0.8MPa；

圖3 無(wú)蓋重覆蓋層下部帷幕灌漿結(jié)構(gòu)示意

②除第一段外，灌漿孔段長(zhǎng)宜按5m控制，且終孔段段長(zhǎng)不得超過(guò)8m。各段灌漿壓力：Ⅰ序孔及先導(dǎo)孔灌漿壓力為1.0MPa，Ⅱ、Ⅲ序孔灌漿壓力為1.2MPa；

(4)庫(kù)區(qū)346.00m高程以下造孔及灌漿過(guò)程中如遇較大裂隙(鉆孔期間不返水、壓水過(guò)程不起壓等)，則采用無(wú)壓濃漿反復(fù)施灌、待凝的方式進(jìn)行處理，必要時(shí)考慮在孔口適當(dāng)加砂處理，單次注漿量可由監(jiān)理根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整以確保灌漿效果，每次待凝時(shí)間不得小于24h。

(5)帷幕灌漿完成后，對(duì)相應(yīng)的灌漿孔進(jìn)行封孔處理，封孔具體要求如下：

①封孔高程按灌漿頂高程以上2m控制，即348.00m高程；

②封孔壓力采用1.2MPa；

③348.00m高程以上封孔采用人工回填土料的形式進(jìn)行。

(6)對(duì)于終孔段壓水試驗(yàn)呂榮值大于5的孔段，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加深處理。

(7)大壩左、右岸帷幕灌漿延伸線以及涉及覆蓋層造孔灌漿的部位，參考上述辦法進(jìn)行施工。

通過(guò)采用上述施工方案，向陽(yáng)橋水庫(kù)庫(kù)區(qū)及壩肩帷幕灌漿施工取得了較好的效果。在灌漿施工過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)塌孔及繞塞返漿等現(xiàn)象，后期檢查孔取芯過(guò)程中，可見(jiàn)水泥結(jié)石，壓水檢測(cè)結(jié)果(見(jiàn)表2)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范相關(guān)要求。

表2 庫(kù)區(qū)帷幕灌漿壓水檢測(cè)對(duì)比

通過(guò)對(duì)比分析灌漿前后相關(guān)部位的透水率，基巖的透水性明顯降低，隨機(jī)抽取的檢查孔透水率全部低于設(shè)計(jì)規(guī)定的5Lu，無(wú)蓋重覆蓋層下部帷幕灌漿取得了較好的防滲效果。

3.3 施工注意事項(xiàng)

(1)合理規(guī)劃施工現(xiàn)場(chǎng)，做好場(chǎng)地排水系統(tǒng)、泥漿池、施工材料及設(shè)備堆放場(chǎng)地布置。

(2)覆蓋層造孔過(guò)程中要注意根據(jù)鉆孔情況判斷覆蓋層具體厚度，并安裝配套長(zhǎng)度的護(hù)壁鋼套管，確保鋼套管深入基巖不少于1m。覆蓋層較淺時(shí)，鋼套管可采用薄壁焊管。

(3)覆蓋層造孔應(yīng)適當(dāng)增大孔徑，放入鋼套管后，采用水泥漿進(jìn)行填充，并待凝24h，確保鋼管與覆蓋層孔壁嵌固牢靠。

(4)非灌段鉆孔過(guò)程中應(yīng)確保泥漿池和配套泥漿泵運(yùn)行良好，泥漿比重需根據(jù)具體情況配備，確保鉆孔過(guò)程中泥漿護(hù)壁效果。

(5)非灌段鉆孔完成后，采用孔內(nèi)下灌漿塞，循環(huán)式灌漿的方法對(duì)預(yù)固結(jié)段進(jìn)行施灌。

(6)水泥預(yù)固結(jié)段按耗灰量進(jìn)行控制，施灌過(guò)程中可根據(jù)吃漿量適當(dāng)調(diào)整灌漿壓力。

(7)水泥預(yù)固結(jié)灌漿施工結(jié)束后，必須按不小于24h進(jìn)行待凝，確保固結(jié)效果，同時(shí)起到帷幕灌漿蓋重和防止繞滲的作用。

(8)灌漿段內(nèi)采用水泥漿進(jìn)行封孔，上部基巖和覆蓋層等非灌段采用人工回填土料進(jìn)行封堵。

(9)及時(shí)清理水泥廢漿、盡可能拆除覆蓋層內(nèi)鋼套管，進(jìn)行場(chǎng)地恢復(fù)，方便后期復(fù)耕。

4 結(jié)語(yǔ)

水利水電工程中帷幕灌漿對(duì)減小水庫(kù)滲流、降低壩體揚(yáng)壓力，確保工程安全運(yùn)行方面具有十分重要的意義。無(wú)蓋重覆蓋層下部砂巖地層帷幕灌漿施工技術(shù)在廣安鄰水向陽(yáng)橋水庫(kù)工程帷幕灌漿施工過(guò)程中的成功應(yīng)用，解決了無(wú)蓋重條件下覆蓋層下部帷幕灌漿易廢孔、成本高、進(jìn)度慢、帷幕質(zhì)量難以保障等一系列施工難題。不僅保證了大壩帷幕灌漿的施工質(zhì)量，同時(shí)加快了施工進(jìn)度，確保目標(biāo)工期的順利實(shí)現(xiàn)。在降低施工成本的同時(shí)，滿足了安全、進(jìn)度、質(zhì)量、技術(shù)等各方面的要求，該技術(shù)方案得到建設(shè)單位、設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位的一致認(rèn)可，為工程度汛和按期蓄水奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為類似工程施工提供了參考經(jīng)驗(yàn)，具有顯著的社會(huì)效益。