(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

目前我國正處在新一輪的城鎮(zhèn)化建設中，隨著城市的不斷擴張，人口的快速增長，帶來了日益突出的城市飲水問題。大力開發(fā)中小型水庫為解決城市供水問題提供了出路，因此中小型水利工程的建設必將作為未來一段時間內國內開發(fā)建設的重點方向。

1 工程概況

廣安鄰水向陽橋水庫工程是《全國中型水庫建設總體安排意見(2013-2017年)》、《西南五省重點水源工程近期建設規(guī)劃》和《四川省“十二五”水利發(fā)展規(guī)劃》中規(guī)劃建設的工程之一，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)文明建設等綜合效益的中型水庫。水庫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，水庫總庫容為1644萬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。

向陽橋水庫兩岸壩肩壩頂高程以上及庫區(qū)防滲軸線地表均為第四系殘坡積堆積物及強風化巖層，且地表高程普遍在365m～368m之間，受地形地質條件限制，如果設置灌漿平硐將會面對成洞條件差、軸線長的問題，不僅施工安全風險大而且建設投資成本高，因此設計考慮直接從地表覆蓋層鉆孔進行正常蓄水位(346m)以下防滲帷幕灌漿施工。

2 主要施工難點

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置灌漿平硐，然后在裸露的基巖或平硐底板上設置混凝土蓋重，并在蓋重達到一定設計強度后方可實施鉆孔及帷幕灌漿施工。

然而，向陽橋水庫工程中防滲帷幕既不設置平硐、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行正常蓄水位(346m)以下灌漿施工。施工現(xiàn)場在原始地面與帷幕灌漿頂線(高程346m)之間有將近20余米的孔段內不進行灌漿，經(jīng)前期地質勘查，帷幕灌漿施工區(qū)域為砂巖與泥巖互層地質，巖石節(jié)理裂隙極為發(fā)育、地質條件較差，地層結構如圖1所示。如果采取常規(guī)灌漿方法貿然進行帷幕施工，極易在施灌過程中發(fā)生塌孔、繞塞返漿，甚至廢孔等一系列問題，不僅造成帷幕灌漿質量無法保障，同時可能造成施工工期大大延長、成本大幅增加。

針對上述特點，如何在無蓋重條件下進行覆蓋層下部帷幕灌漿成為擺在施工技術人員面前的一道難題。

3 施工方法

3.1 技術方案比較

由于灌漿頂高程346.00m以上為覆蓋層及強風化～弱風化砂/泥巖結構，直接鉆孔至設計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。針對這種特殊的帷幕灌漿結構型式，通過查找資料，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和擴孔鉆頭，套管護壁自上而下進行鉆孔，并在鉆孔全部完成后在套管內放入灌漿塞。灌漿過程中，將灌漿塞安放在套管底端，采用拔管機分段提升護壁套管和灌漿塞，自下而上分段進行帷幕灌漿，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，采取預固結的方式，先對上部覆蓋層及強風化基巖進行固結灌漿，然后采用正常的帷幕灌漿程序，從灌漿頂346m開始自上而下分段對基巖進行帷幕灌漿施工，直至全孔灌漿完成。

兩種技術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題，但也存在諸多缺點和不足，具體分析如表1。

表1 帷幕灌漿施工技術方案比較

3.2 改進后的具體施工方法

鑒于上述兩種技術方案存在的缺點和不足，通過分析比較，考慮結合兩種方案各自的優(yōu)點。經(jīng)過研究決定在地表覆蓋層段設置鋼套管，防止孔口及覆蓋層段塌孔；在基巖非灌漿段采用泥漿護壁，并在灌漿段頂部一定范圍內進行水泥預固結灌漿。確保在無蓋重條件下覆蓋層下部的砂巖地層帷幕灌漿施工質量。

3.2.1 施工工藝流程

無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程塌孔造成事故，采用薄壁鋼管進行護壁。其中，覆蓋層段鉆孔孔徑φ91mm，采用φ89mm、δ=2.0mm的焊接鋼管進行護壁，并保證鋼管護壁段深入強風化線1.0m以下，同時采用水泥漿對鋼套管進行嵌固，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題，采取如下處理措施：

①對灌漿段頂高程以上4.0m范圍以外的部位進行泥漿護壁，即在鉆進過程中，采用泥漿泵向孔內循環(huán)注入泥漿的方式，對鉆孔孔壁進行防護。為確保護壁效果，可根據(jù)施工現(xiàn)場具體情況在泥漿中適當添加膨潤土等外加劑，同時也可根據(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，確保護壁效果。

②對灌漿段頂高程以上4.0m范圍內進行水泥預固結，具體要求如下：

A.采用1∶1中等濃度水泥漿進行施灌；

B.根據(jù)壓水試驗過程中的返水情況，預固結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.預固結段灌漿根據(jù)實際情況控制灌漿量，對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，灌漿總量達到200kg后灌漿結束；對于吃漿量較小的部位，該灌漿段在最大設計壓力下，當注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注30min，即可結束。預固結灌漿結束后，隨即進行待凝，待凝不得小于24h；

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

具體灌漿辦法及分段情況如圖3所示。

(3)庫區(qū)346.00m高程以下灌漿段在施灌過程中按照設計分段及灌漿壓力要求進行：

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

圖3 無蓋重覆蓋層下部帷幕灌漿結構示意

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

(4)庫區(qū)346.00m高程以下造孔及灌漿過程中如遇較大裂隙(鉆孔期間不返水、壓水過程不起壓等)，則采用無壓濃漿反復施灌、待凝的方式進行處理，必要時考慮在孔口適當加砂處理，單次注漿量可由監(jiān)理根據(jù)現(xiàn)場實際情況及時調整以確保灌漿效果，每次待凝時間不得小于24h。

(5)帷幕灌漿完成后，對相應的灌漿孔進行封孔處理，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行。

(6)對于終孔段壓水試驗呂榮值大于5的孔段，根據(jù)實際情況適當加深處理。

(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，參考上述辦法進行施工。

通過采用上述施工方案，向陽橋水庫庫區(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，后期檢查孔取芯過程中，可見水泥結石，壓水檢測結果(見表2)均滿足設計及規(guī)范相關要求。

表2 庫區(qū)帷幕灌漿壓水檢測對比

通過對比分析灌漿前后相關部位的透水率，基巖的透水性明顯降低，隨機抽取的檢查孔透水率全部低于設計規(guī)定的5Lu，無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

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

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

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

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

(5)非灌段鉆孔完成后，采用孔內下灌漿塞，循環(huán)式灌漿的方法對預固結段進行施灌。

(6)水泥預固結段按耗灰量進行控制，施灌過程中可根據(jù)吃漿量適當調整灌漿壓力。

(7)水泥預固結灌漿施工結束后，必須按不小于24h進行待凝，確保固結效果，同時起到帷幕灌漿蓋重和防止繞滲的作用。

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

(9)及時清理水泥廢漿、盡可能拆除覆蓋層內鋼套管，進行場地恢復，方便后期復耕。

4 結語

水利水電工程中帷幕灌漿對減小水庫滲流、降低壩體揚壓力，確保工程安全運行方面具有十分重要的意義。無蓋重覆蓋層下部砂巖地層帷幕灌漿施工技術在廣安鄰水向陽橋水庫工程帷幕灌漿施工過程中的成功應用，解決了無蓋重條件下覆蓋層下部帷幕灌漿易廢孔、成本高、進度慢、帷幕質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量，同時加快了施工進度，確保目標工期的順利實現(xiàn)。在降低施工成本的同時，滿足了安全、進度、質量、技術等各方面的要求，該技術方案得到建設單位、設計及監(jiān)理單位的一致認可，為工程度汛和按期蓄水奠定了堅實基礎，也為類似工程施工提供了參考經(jīng)驗，具有顯著的社會效益。