杜 相

(中國水利水電第十工程局有限公司，成都 610032)

1 工程背景

某水庫是一座以防洪和供水為主要功能，兼具農(nóng)田灌溉、旅游、養(yǎng)殖等多種功能為一體的小(Ⅰ)型水利工程，設(shè)計(jì)庫容為4 500×104m3，工程建成后不僅可以使下游67.8 km2范圍內(nèi)的防洪標(biāo)準(zhǔn)由20年一遇提高至100年一遇，還可以為周邊地區(qū)提供2 000×104m3的工業(yè)和灌溉用水。水庫大壩為混合壩型設(shè)計(jì)，其中混凝土壩段長42.95 m，土壩段長326.62 m，新建水庫大壩長369.57 m，壩頂高程為50.3 m。

2 壩基防滲帷幕設(shè)計(jì)

水庫新建大壩壩址的地質(zhì)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，沒有明顯的斷層，僅在壩址砂巖中存在X狀分布的兩組剪切節(jié)理。壩址區(qū)地下水比較豐富，上層滯水主要受降水補(bǔ)給，水量的季節(jié)變化較大，孔隙潛水主要分布在河道兩岸的砂礫石層中，高程與河流水位基本一致；承壓水分布在深層裂隙中，為遠(yuǎn)距離補(bǔ)給，沒有排水通道。根據(jù)工程設(shè)計(jì)階段的地質(zhì)調(diào)查資料，壩基表面的覆蓋層主要是沙壤土與堆積的砂礫石。構(gòu)成河谷基底的為白堊紀(jì)砂巖和礫巖，巖體表面風(fēng)化比較嚴(yán)重，其中表層的強(qiáng)風(fēng)化帶厚度為6.5～8.5 m，下部的弱風(fēng)化巖體厚度為18～20 m左右。根據(jù)壓水試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算，壩基部位的年滲漏總量可達(dá)58.6×104m3，并主要集中于上部的漫灘以及階地砂卵石部位。因此，施工中需要清除上層的沙壤土，并對(duì)壩基進(jìn)行防滲帷幕處理，設(shè)計(jì)灌漿線與壩軸線重合，主河床的灌漿長度為265.5 m，防滲帷幕的深度設(shè)計(jì)為基巖面以下18～20 m[1]。

3 試驗(yàn)過程

3.1 選擇試驗(yàn)渠段

關(guān)于帷幕灌漿的參數(shù)，目前并沒有成熟的理論以及可以應(yīng)用于工程實(shí)際的數(shù)學(xué)計(jì)算方法[2]。原因是影響灌漿質(zhì)量的因素較多且不易掌握，而每個(gè)影響因素的變化，均可能對(duì)灌漿質(zhì)量造成顯著的影響。因此，要確定合理的帷幕灌漿參數(shù)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是必不可少的[3]?；诖?，研究選擇樁號(hào)壩 0+125～0+145的壩基結(jié)合槽部位進(jìn)行帷幕灌漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)段總長度為20 m。帷幕灌漿的試驗(yàn)孔為兩排設(shè)計(jì)，分別位于灌漿軸線的兩側(cè)且與軸線等距，并按照3個(gè)次序進(jìn)行注漿試驗(yàn)[4]，具體的布設(shè)示意圖見圖1。

圖1 試驗(yàn)孔位布置示意圖

3.2 灌漿工藝與材料

本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用的是灌漿孔口封閉，自上而下分段循環(huán)灌漿的方式進(jìn)行[5]。同時(shí)，由于試驗(yàn)段長度較短，試驗(yàn)施工區(qū)十分集中，因此所有的灌漿設(shè)備、材料以及試驗(yàn)設(shè)備均安排在距離施工地點(diǎn)10 m的平臺(tái)上。灌漿工藝按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62-2014)要求，并結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際設(shè)計(jì)，具體的流程圖見圖2。

圖2 灌漿工藝流程示意圖

3.2.1 鉆 孔

放線確定試驗(yàn)孔孔位之后，搭建排架固定鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，在鉆機(jī)安裝時(shí)確保牢固平穩(wěn)和主軸方向豎直，鉆孔的直徑為75 mm，孔距誤差控制在10 cm以內(nèi)，孔底偏差值控制在25 cm以內(nèi)。鉆孔的施工順序按照I 序孔、Ⅱ序孔和Ⅲ序孔順序進(jìn)行。

3.2.2 鉆孔沖洗與壓水試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中，裂隙沖洗與固結(jié)灌漿的壓水試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，壓力值設(shè)定為灌漿壓力值的80%[6]。灌漿前需要對(duì)裂隙進(jìn)行沖洗，標(biāo)準(zhǔn)為回水干凈無雜質(zhì)。壓水采用單點(diǎn)法自上而下進(jìn)行，對(duì)遇水性能惡化的地層則不進(jìn)行壓水。

3.2.3 灌漿材料與設(shè)備

灌漿試驗(yàn)用水泥為亞泰建材生產(chǎn)的堅(jiān)霸牌42.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)，該水泥的物理力學(xué)性能完全滿足相關(guān)要求；灌漿試驗(yàn)用水為大壩上游無污染的地表水；灌漿采用的是純水泥漿液，其濃度和開灌水灰比按照相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行。灌漿試驗(yàn)采用的是最大壓力7 MPa、排量為200 L/min的GK-200 型灌漿泵；壓力表安裝在灌漿口進(jìn)漿部位并在使用前標(biāo)定，適應(yīng)GK-312型灌漿自動(dòng)記錄儀對(duì)灌漿參數(shù)進(jìn)行記錄，保證獲得真實(shí)的灌漿參數(shù)信息；灌漿塞采用的是直徑75 mm的擠壓式灌漿塞。

3.2.4 灌漿方法

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的帷幕灌漿采取自上而下分段灌漿的方法。其中，混凝土和壩基基巖接觸段的灌漿段長為2.0 m，其余部位的灌漿段段長為5.0 m。前5段的注漿壓力分別為0.4，0.8，1.2，1.6和2.0 MPa，以下各段的灌漿壓力均采用2.0 MPa。在注漿過程中，接觸段應(yīng)該單獨(dú)灌注并待凝不少于24 h，其余各段不需要待凝。此外，先導(dǎo)孔的各個(gè)孔段在壓水試驗(yàn)完畢后應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行灌漿。

3.2.5 漿液變換

灌漿試驗(yàn)采用循環(huán)灌漿模式，灌漿的漿液濃度也應(yīng)該適時(shí)逐級(jí)變換，其基本原則如下：當(dāng)單孔注漿量大于等于30 L/min時(shí)，考慮越級(jí)變換濃漿液；在灌漿壓力不變的情況下，漿液的注入率不斷減少或注入率不變的情況下注漿壓力不斷升高時(shí)，應(yīng)保持漿液級(jí)別不變；當(dāng)灌漿實(shí)踐達(dá)到30 min或注漿量達(dá)到300 L時(shí)，如果注漿壓力和注入量沒有明顯變化，應(yīng)該將漿液的濃度提高一級(jí)繼續(xù)注漿。

3.2.6 結(jié)束灌漿及封孔

當(dāng)灌漿孔的注入率低于0.4 L/min或者在2.0 MPa的注漿壓力下灌注30 min后結(jié)束灌漿[7]。達(dá)到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后結(jié)束灌漿并封孔，在全部灌漿結(jié)束后要進(jìn)行驗(yàn)收，然后進(jìn)行封堵。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

在灌漿之前對(duì)各個(gè)試驗(yàn)孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)，基于原始透水能力和各序列孔的單位吸水量的分析，對(duì)壩基的防滲能力進(jìn)行評(píng)價(jià)[8]。壓水試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 壓水試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知，在I次序孔中，有30%注漿段的單位吸水量大于10 L/MPa·m·min；有10%注漿段的單位吸水量大于1 L/MPa·m·min；其余注漿段的單位吸水量均大于0.1L/MPa·m·min。在III次序孔中，所有注漿段的單位吸水量均小于1L/MPa·m·min?？梢姡瑔挝晃繒?huì)隨著灌漿次序的增加而降低，這說明注漿效果相對(duì)較好。同時(shí)，在灌漿試驗(yàn)結(jié)束之后，再次進(jìn)行壓水試驗(yàn)。結(jié)果顯示，僅有一個(gè)注漿段的單位吸水量大于2.5 L/MPa·m·min，其余各個(gè)試驗(yàn)段的單位吸水量均小于1 L/MPa·m·min。由此可見，在注漿之后，所有的單位均滿足小于3 L/MPa·m·min的單位吸水量要求。對(duì)灌漿孔進(jìn)行鉆芯檢驗(yàn)，結(jié)果顯示巖層裂隙內(nèi)充滿了水泥漿填充物，顯示注漿效果良好。

根據(jù)注漿孔間距為1.5,2.0和2.5 m共3種不同試驗(yàn)工況下的注漿后檢查孔壓水試驗(yàn)結(jié)果，注漿孔間距為1.5 m時(shí)，各段的透水率均在5 Lu以下，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。注漿孔間距為2.0 m時(shí)，后3段透水率均在5 Lu以下，而前5段的透水率均大于5 Lu，不滿足設(shè)計(jì)要求；注漿孔間距為2.5 m時(shí)，后2段透水率在5 Lu以下，而前6段的透水率均大于5 Lu，不滿足設(shè)計(jì)要求。因此，注漿孔的間距應(yīng)該設(shè)定為1.5 m。

5 結(jié)論與建議

本次研究針對(duì)某水庫新建大壩壩基帷幕灌漿施工，利用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法對(duì)灌漿施工工藝和參數(shù)進(jìn)行研究。結(jié)果顯示，單點(diǎn)壓水試驗(yàn)方法和自下而上的分段灌漿工藝是合適的，可以滿足大壩壩基的防滲設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果可以對(duì)本工程以及具有相似地質(zhì)特征的類似工程施工提供借鑒。根據(jù)試驗(yàn)成果，對(duì)該水庫新建大壩壩基帷幕灌漿施工提出如下建議：

1) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果，同時(shí)考慮施工的經(jīng)濟(jì)性要求，建議采用1.5 m的灌漿孔間距。

2) 在灌漿深度方面，可以深入透水率小于5 Lu后再鉆進(jìn)一段終孔。

3) 建議采取自下而上的分段灌漿方式，混凝土和壩基基巖接觸段的灌漿段長為2.0 m，其余部位的灌漿段段長為5.0 m。前5段的注漿壓力分別為0.4，0.8，1.2，1.6和2.0 MPa，以下各段的灌漿壓力均采用2.0 MPa。