楊超 廣東水電二局股份有限公司

碾壓混凝土重力壩是二十世紀八十年代以來發(fā)展較快的一種新的筑壩技術(shù)，普遍采用的“金包銀”結(jié)構(gòu)模式，其防滲體系由壩體上游面常態(tài)混凝土防滲結(jié)構(gòu)和碾壓混凝土自身抗?jié)B相結(jié)合組成。混凝土澆筑分縫分塊受溫控要求、澆筑能力及壩體結(jié)構(gòu)等因素影響，壩體混凝土采用全斷面薄層通倉澆筑施工工藝，而碾壓混凝土層間結(jié)合良好與否，對壩體防滲功能至關(guān)重要，影響后期大壩安全運行。

1.工程應(yīng)用概述

川江水利樞紐工程是廣西桂林市防洪及漓江補水工程三點項目之一，位于漓江上游支流川江上，工程地址位于桂林市興安縣溶江鎮(zhèn)，主要水工建筑物有：重力壩、廠房等。其中，碾壓混凝土重力壩共分10個壩段，正常蓄水位為274.0m，壩頂高程為278.0m，最大壩高為83m。

壩體迎水面為1m厚二級配變態(tài)砼（R200，W8，F(xiàn)50），緊接著為2m厚二級配碾壓砼（R200，W8，F(xiàn)50），壩體背面為1m厚三級配變態(tài)砼（R150，W4，F(xiàn)50），壩體內(nèi)部為三級配碾壓砼（R150，W4，F(xiàn)50），壩頂部位1.5m厚為三級配常態(tài)砼（R200，W8，F(xiàn)50）。

此前，攔河壩單位工程已于2013年8月20日通過驗收，并于2014年6月28日正式下閘蓄水。大壩運行初期，混凝土壩體滲漏量滿足設(shè)計要求。隨著使用年限增長，加上受到施工質(zhì)量、環(huán)境變化等因素的影響，壩體出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，滲漏量較大部位主要集中在為3#壩段、4#壩段、5#壩段、7#壩段和8#壩段，滲漏區(qū)域主要集中在235.0m高程以上。壩基排水孔有部分滲漏量較大，主要為3#壩段2個，5#壩段2個，6#壩段3個，8#壩段2個，9#壩段2個，共計11個。

2.滲漏原因分析

經(jīng)測，壩體目前總體滲漏量為9.42L/s。結(jié)合歷次灌漿處理情況及壩內(nèi)滲漏情況，通過現(xiàn)場查勘、分析發(fā)現(xiàn)：壩體滲流量主要來源為施工縫層間水滲漏，其主要原因是施工質(zhì)量存在缺陷，施工縫層間處理不到位，橫縫止水片周邊混凝土振搗不密實，出現(xiàn)蜂窩、麻面等，形成了滲流通道。

3.加固處理方案

據(jù)查，之前已對部分壩段采用普通水泥進行灌漿加固處理，其吸漿量較低，部分孔段甚至出現(xiàn)吸水不吸漿、漿液失水回濃的情況，這種情況的出現(xiàn)，說明壩體內(nèi)部局部滲漏通道裂隙縫寬極小，采用普通水泥灌漿處理效果不佳。

借鑒公司以往類似項目施工經(jīng)驗總結(jié)：普通水泥粒徑較大，最大可達90～100um，針對處理寬度小于0.2mm以下的細微裂隙，可灌性較差，難以達到理想效果，且硬化時伴有析水，固相體積收縮，使硬化結(jié)石與被灌基體的粘結(jié)強度降低。由于壩體內(nèi)部滲漏通道存在細微裂隙，為確保大壩后續(xù)能夠安全、穩(wěn)定運行，經(jīng)咨詢設(shè)計及相關(guān)專家，決定采用濕磨細水泥灌漿施工工藝，對壩體進行抗?jié)B加固處理。該工藝較為成熟，在多個水利工程基礎(chǔ)灌漿中得到應(yīng)用，效果明顯。

此次滲漏處理方案分兩個階段進行，采用帷幕灌漿進行封堵。第一階段先處理滲漏量偏大的3#壩段、4#壩段、5#壩段、7#壩段、8#壩段，以及滲漏量偏大的壩基排水孔；第二階段處理1#壩段、2#壩段、6#壩段、9#壩段、10#壩段。

滲漏處理的目標為控制壩體總體滲漏量不超過8L/s。若第一階段處理完成后，壩體滲漏總量明顯降低，且穩(wěn)定維持在8L/s以下，則不進行第二階段處理；若第一階段處理完成后，壩體總體滲漏量仍然大于8L/s，則需進行第二階段處理。

本次灌漿施工分兩個工作面同步進行，分別在壩頂和▽213廊道處施鉆，灌注純水泥漿，

局部缺陷表面或有特殊要求部位處理采用化學(xué)灌漿，與灌注純水泥漿相結(jié)合，達到防滲目的。由于此次壩體加固采用GSW臥式水泥濕磨機進行帷幕灌漿，其施工關(guān)鍵技術(shù)在于對水泥顆粒細度的控制，利用NSKC-1型光透射式粒度測定儀進行磨細檢測，提高漿液的穩(wěn)定性和可灌性。

3.1 壩頂灌漿

壩頂帷幕灌漿處理設(shè)計為單排孔布置，孔距為1.5 m，孔口高程278.0 m（5#壩段孔頂高程261.0m），孔底高程235.0m，岸坡壩段孔底入巖2m，孔軸線距離壩頂上游邊線3m。

3.2 ▽213廊道灌漿

壩基排水孔處理方案為在▽213廊道在對應(yīng)孔位上游原帷幕軸線上布置3個帷幕灌漿孔，孔間距1.5m，入巖深度25m。

3.3 局部化學(xué)灌漿

化學(xué)灌漿主要針對廊道、電梯井等部位混凝土表面缺陷處理，作為此次壩體加固處理施工輔助手段。

本次壩體防滲加固灌漿布置圖如圖1所示。

圖1 壩體防滲加固灌漿布置圖

4.方案實施

施工工藝流程見圖2。

圖2 細微裂隙地層灌漿施工工藝流程圖

4.1 鉆孔

本次灌漿鉆孔地層主要是混凝土層和微風(fēng)化石灰?guī)r層，根據(jù)鉆孔深度、灌漿方法及施鉆地層特性，選用300型地質(zhì)鉆機進行造孔，采用自上而下灌漿法，鉆孔開孔孔徑為φ89mm，終孔孔徑不小于φ56mm，灌漿孔底應(yīng)穿越設(shè)計孔底高程，岸坡壩段及壩基處灌漿孔滿足入巖要求，鉆孔孔位偏差、孔斜率、孔深及孔內(nèi)沉渣厚度均應(yīng)滿足規(guī)范要求。

鉆孔孔底的偏差不得大于表1的規(guī)定。

表1 帷幕灌漿孔孔底允許偏差

4.2 沖洗

為將殘留在孔底或孔壁處的巖粉，以及裂隙處的充填物沖出孔外，提高后續(xù)灌漿施工質(zhì)量，在灌漿前必須進行鉆孔沖洗和裂隙沖洗，以高壓水作為沖洗介質(zhì)，采用脈沖沖洗方法，反復(fù)沖洗，直至回水潔凈后，再延續(xù)10～20min為止，沖洗壓力為本段灌漿壓力值的80%。

4.3 壓水試驗

灌漿孔沖洗施工結(jié)束后，立即對灌漿段進行壓水試驗，通過壓水試驗結(jié)果，初步獲取待灌地層滲透特性，確定開灌漿液水灰比。

由于本次壩體加固處理方案設(shè)計為單排孔帷幕，先行施工Ⅰ序孔，然后施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。根據(jù)施工需要，選取10個先行施工的Ⅰ序孔按先導(dǎo)孔要求施工，先導(dǎo)孔壓水試驗采用單點法，其壓力取灌漿壓力值的80%，除先導(dǎo)孔外，其它普通灌漿孔均做簡易壓水。通過壓水試驗，也可以比較各灌孔隨孔序變化單位吸水量的變化情況，初步了解灌漿質(zhì)量。壓水試驗孔數(shù)取總孔數(shù)的10%，其成果以透水率q表示。具體施工參數(shù)見表2。

表2 帷幕灌漿壓力值表

4.4 水泥漿的制備及磨細

本次灌漿原材選用細度通過80 um 篩且篩余量不大于5%的PO42.5Mpa普通硅酸鹽水泥。由于壩體內(nèi)部滲漏通道為細微縫隙，為確保漿液的可灌性，正式開灌前，需要確定灌漿漿液水泥粒徑，同時對不同水灰比的水泥漿進行濕磨試驗，以確定不同水灰比漿液中水泥粒徑達到要求的濕磨時間。

水泥漿對裂隙的可灌度與被灌縫寬和水泥粒徑關(guān)系如下：M=b/D≥3(式中：b為被灌縫寬；D為水泥粒徑）。

經(jīng)濕磨后的漿液，定期用NSKC-1型光透射式粒度測定儀檢測，其細度達到45um以下的顆粒占95%以上后經(jīng)過灌漿泵進行帷幕灌漿。灌漿作業(yè)時，發(fā)現(xiàn)偏差，及時查找原因，對水泥顆粒細度的控制，可以通過以下手段實現(xiàn)：

（1）調(diào)整磨齒間隙大小，即調(diào)節(jié)細度調(diào)節(jié)盤。

（2）在磨齒間隙調(diào)好的情況下，通過循環(huán)回路中三通閥控制水泥液的受磨時間，亦可控制濕磨水泥細度。水泥顆粒細度與受磨時間的關(guān)系參考圖3。

圖3 水泥顆粒細度與受磨時間的關(guān)系

4.5 灌漿

帷幕灌漿孔劃分為三序，施工按分序加密原則進行。灌漿前提前將壩體排水孔封堵，防止?jié){液從排水孔流出。

（1）灌漿方法。本次壩體加固灌漿采用自上而下分段灌漿，灌漿段長參數(shù)設(shè)置詳見表2。灌漿孔口處設(shè)置孔口封閉器，操作步驟簡便，孔段封閉效果滿足要求。

混凝土與基巖接觸段應(yīng)先行單獨灌注并待凝，其待凝時間不宜少于24h，其余灌漿段灌漿結(jié)束后可不待凝。

（2）漿液變換。采用多級水灰比漿液灌注，遵循由稀到濃，逐級變換的原則，視漿液流動狀態(tài)，可適量摻入外加劑，以提高灌漿施工質(zhì)量。根據(jù)室內(nèi)漿池試驗和現(xiàn)場灌漿試驗確定此次灌漿漿液水灰比分為四級：3:1、2:1、1:1、0.5:1。

（3）灌漿結(jié)束標準。在設(shè)計壓力下時，如灌漿段吸漿量小于1.0L/min，繼續(xù)灌注30min，即可結(jié)束灌漿。灌漿過程中，應(yīng)每隔一定時間測定漿液的比重，如出現(xiàn)吸水不吸漿情況，應(yīng)加水稀漿，如再出現(xiàn)同樣情況，也可結(jié)束灌漿。

（4）封孔。第一階段灌漿時，灌漿孔每段灌漿結(jié)束后進行掃孔，以備后續(xù)灌漿使用。全孔段灌漿施工完成后，及時做好封孔工作，封孔采用機械封孔，封孔材料為水灰比0.5:1的水泥漿。

4.6 質(zhì)量監(jiān)控

施工質(zhì)量監(jiān)控設(shè)備（俗稱灌漿自動記錄儀）是由超高壓流量計和計算機信息處理系統(tǒng)構(gòu)成，超高壓流量計將采集到的漿液壓力、流量、濃度和對應(yīng)的時間參數(shù)等信息傳給計算機信息處理系統(tǒng)，并由計算機信息處理系統(tǒng)判定灌漿過程中是否滿足灌漿規(guī)范及設(shè)計要求。

當(dāng)單位時間內(nèi)實施的高壓灌漿的漿液壓力與灌漿流量滿足設(shè)定值時，計算機信息處理系統(tǒng)會做出施工符合要求的判斷結(jié)果;當(dāng)單位時間內(nèi)實施的高壓灌漿的漿液壓力大于設(shè)定值，且灌漿流量小于設(shè)定值時，計算機信息處理系統(tǒng)會做出施工漿液輸送受阻的判斷結(jié)果:當(dāng)單位時間內(nèi)實施的高壓灌漿的漿液壓力小于設(shè)定值，且灌漿流量滿足設(shè)定值時，計算機信息處理系統(tǒng)會做出高壓泵磨損或漿液輸送過程泄漏的判斷結(jié)果。工作人員依據(jù)上述的判斷及時采取相應(yīng)的措施，調(diào)整灌漿參數(shù)以保證灌漿質(zhì)量。

為進一步保證灌漿施工質(zhì)量，灌漿自動記錄儀正式啟用前，必須通過國家權(quán)威機構(gòu)檢測標定合格后，方可投入使用。

5.施工總結(jié)及分析

5.1 施工參數(shù)

本工程帷幕灌漿相關(guān)施工參數(shù)見表2。

5.2 磨細水泥的性能

5.2.1 水泥細度

施工過程中，除定期用細度檢測儀檢測水泥粒徑，還邀請第三方檢測機構(gòu)進行對比檢測，其檢測結(jié)果滿足要求，具體見圖4所示。

圖4 濕磨細水泥細度檢測結(jié)果

5.2.2 工作性能

壩體抗?jié)B加固施工安排在枯水期進行，期間，外界環(huán)境氣溫較低，有利于灌漿施工。經(jīng)濕磨后的水泥，由于顆粒變小，對細微裂隙可灌性加強，漿液的穩(wěn)定性也大大提高，但流動性會有所降低，施工過程中，可摻入適量的外加劑，使得漿液流動性得到顯著改善。漿液拌制人員必須實時觀測普通水泥漿液及磨細水泥漿液狀態(tài)，為提高濕磨細水泥的性能，濕磨前必須采用高速攪拌機進行分散，濕磨后的水泥應(yīng)儲存于低速攪拌機中備用。

5.3 效果分析

該工程濕磨細水泥灌漿施工效果見表3和圖5。

表3 桂林川江水庫壩體采用濕磨機進行帷幕灌漿的效果

圖5 壩體防滲加固灌漿施工綜合剖面圖

從表3和圖5可知，采用濕磨細水泥灌漿大大提高了吸漿量，保證了灌漿施工質(zhì)量。此次壩體加固處理已于2022年4月底完工，現(xiàn)已進入汛期，大壩運行管理單位對壩體總體滲漏量進行實時監(jiān)測，據(jù)統(tǒng)計，正常蓄水位時壩體最大滲漏量為4.72L/s，經(jīng)加固處理后的壩體滲漏總量明顯降低，滿足大壩運行安全允許滲漏量。

5.4 效益分析

濕磨細水泥灌漿技術(shù)關(guān)鍵是在于對水泥顆粒細度的控制，根據(jù)基體裂隙的特性，選擇適合的粒徑范圍，打破普通水泥灌漿適用限制，改善可灌性，提高灌漿質(zhì)量，同時，也降低施工成本，減少了粉塵及地表污染，經(jīng)濟效益與社會效益顯著。

6.結(jié)語

采用濕磨機對漿液進行磨細后再進行細微裂隙灌漿具有灌漿質(zhì)量好，材料消耗少等特點，是一種比較理想針對可灌性差的地層或混凝土裂縫進行灌漿處理的工藝。目前，濕磨細水泥灌漿技術(shù)基本用于水利水電工程建設(shè)，在市政、公路、房屋建筑等工程領(lǐng)域尚未涉及，值得廣大工程技術(shù)人員借鑒及推廣應(yīng)用，更好地服務(wù)于社會發(fā)展。