王 可,張 曼

(1.湖北華傲水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司,武漢 430070;2.湖北省水利水電科技推廣中心,武漢 430070;3.湖北騰升工程管理有限責(zé)任公司,武漢 430070)

0 引 言

巖溶發(fā)育地區(qū)大壩基巖處理是極為重要的,同時(shí)處理技術(shù)比較復(fù)雜。帷幕灌漿技術(shù)是水工建筑巖體處理中常用的一種重要的工程措施。巖溶地區(qū)帷幕灌漿具有灌注材料量大、防滲帷幕深和施工復(fù)雜的特點(diǎn)。施工前必須探明壩基的地質(zhì)條件,明確滲漏情況和滲流規(guī)律,提出合理的防滲處理措施。在熟悉項(xiàng)目地質(zhì)勘查報(bào)告和設(shè)計(jì)文件的基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步掌握地質(zhì)條件的一般規(guī)律和特殊性,通常采用鉆孔和壓水試驗(yàn)作為補(bǔ)充地質(zhì)勘探的手段。在大壩帷幕灌漿前,為獲得可靠的灌漿參數(shù),必須選擇具有代表性的區(qū)段,制定灌漿試驗(yàn)方案,在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)[1]。

1 工程概況

高關(guān)水庫(kù)位于大洪山復(fù)背斜東南傾伏端與云應(yīng)凹陷北端的交匯處,壩基巖石為白堊系上統(tǒng)公安寨組第三巖性段的礫巖。組成壩基礫巖的礫石成分中,80%～90%由碳酸鹽巖組成,充填物和膠結(jié)物中以碳酸鹽類為主,加之小斷層和構(gòu)造裂隙發(fā)育,所以巖溶發(fā)育。大壩位于大富水河上游,為黏土心墻代料壩,最大壩高45m,是一座以供水和灌溉為主,兼有防洪、發(fā)電、旅游等綜合效益的大(2)型水庫(kù)。

由于主壩局部有明流滲水點(diǎn)和滲漏情況,主壩防滲處理采用心墻抽槽澆筑混凝土防滲墻,壩基進(jìn)行帷幕灌漿的方式。根據(jù)地質(zhì)資料,設(shè)計(jì)單位考慮混凝土防滲墻施工對(duì)壩基的擾動(dòng),主壩帷幕灌漿范圍確定為樁號(hào)0-030～0+340m和1+000～0+220m段,帷幕軸線同壩軸線,孔距1.5m,單排布置;在壩基F6斷層(樁號(hào)范圍0+000～0+050)和F1斷層(樁號(hào)范圍0+100～0+150)內(nèi)增加一排帷幕灌漿,帷幕軸線在壩軸線上游1.5m,孔距1.5m,帷幕底線與壩軸線帷幕相同,并與壩軸線帷幕孔呈梅花形布置,灌漿過(guò)程中先灌下排孔,再灌上排孔。

2 試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)依據(jù)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1)分析巖溶地質(zhì)條件下的灌漿材料及工藝控制要求。

2)得出各段巖層的透水狀況和吸漿狀況,決定最后灌漿深度。

3)查驗(yàn)設(shè)計(jì)給定的灌漿壓力是否合理,是否會(huì)造成壩體的漏漿和抬動(dòng)。

4)通過(guò)分析水泥用量、壓水試驗(yàn)成果,優(yōu)化灌漿工藝及相關(guān)技術(shù)參數(shù),提出合理建議,確保灌漿的有效性和經(jīng)濟(jì)性[2]。

2.2 試驗(yàn)依據(jù)

《大壩基巖灌漿》、《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL/T 62—2020)、《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》(SL 31—2003)、《湖北省高關(guān)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工技術(shù)與安全要求》和施工圖紙等技術(shù)文件。

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 試驗(yàn)孔布置

本次試驗(yàn)選擇主壩樁號(hào)0+46.50～0+69.00(52號(hào)孔～67號(hào)孔)段實(shí)施,共計(jì)布置了16個(gè)試驗(yàn)孔,其中Ⅰ序孔4個(gè),Ⅱ序孔4個(gè),Ⅲ序孔8個(gè)。并在61號(hào)孔和62號(hào)孔中間布置一個(gè)灌漿檢查孔,在62號(hào)孔和63號(hào)孔中間布置一個(gè)抬動(dòng)觀測(cè)孔,對(duì)灌漿效果進(jìn)行檢查。試驗(yàn)孔孔深按設(shè)計(jì)的帷幕底線控制,先導(dǎo)孔比帷幕底線低5m,檢查孔孔深比帷幕底線低0.5m,孔位布置見(jiàn)圖1。

圖1 帷幕灌漿試驗(yàn)段孔位布置圖

3.2 試驗(yàn)要求

1)孔深應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的底線高程,終孔段遇性狀較差斷層、夾層等地質(zhì)缺陷時(shí),應(yīng)加深鉆孔至穿過(guò)該地質(zhì)缺陷5m以上。

2)壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法。

3)灌漿孔采用“孔內(nèi)阻塞灌漿法”進(jìn)行灌漿,混凝土與基巖接觸段應(yīng)先進(jìn)行單獨(dú)灌注并待凝24h。

4)帷幕孔灌漿壓力第一段取1.2倍壩前靜水頭,以下各段可逐漸增加,孔底段≥2倍壩前靜水頭,灌漿壓力以回漿管壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)。

5)灌漿孔灌漿第一段(接觸段)為2m,其余灌漿段長(zhǎng)為5m。

6)溶洞充填用砂采用質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔、級(jí)配良好的天然細(xì)砂,粒徑最大≤1.5mm。

3.3 施工過(guò)程

鉆孔深度按設(shè)計(jì)的灌漿深度進(jìn)行鉆進(jìn),先導(dǎo)孔孔深較帷幕設(shè)計(jì)孔深5m。鉆孔施工過(guò)程中如果遇到最后1段的滲透系數(shù)>5Lu時(shí),在設(shè)計(jì)帷幕底線繼續(xù)向下鉆 5m,直到滲透系數(shù)<5Lu。當(dāng)在孔底遇到溶洞、溶槽時(shí),將溶洞、溶槽充填灌漿后,再進(jìn)行該部位的帷幕灌漿,并自溶洞底向下繼續(xù)鉆進(jìn)5m,且壓水試驗(yàn)檢查的滲透系數(shù)須<5Lu。

灌漿時(shí),先導(dǎo)孔采用循環(huán)式自上而下分段灌漿法,其他試驗(yàn)孔采用循環(huán)式自下而上分段灌漿法,灌漿時(shí)其射漿管距孔底≤50cm。第一段(接觸段)灌漿采用“孔內(nèi)阻塞灌漿法”進(jìn)行灌漿,灌漿時(shí)阻漿塞宜跨越混凝土與基巖接觸面安放,以下各段灌漿塞應(yīng)安放在灌漿段段頂以上50cm處。除第一段(接觸段)灌漿應(yīng)先進(jìn)行單獨(dú)灌注并待凝,待凝時(shí)間≥24h,其余灌漿段灌漿結(jié)束后可無(wú)特殊情況均不待凝,灌完后直接進(jìn)行下一段次施工。

4 試驗(yàn)成果分析

4.1 灌漿試驗(yàn)成果

帷幕灌漿試驗(yàn)記錄見(jiàn)表1。

表1 帷幕灌漿試驗(yàn)記錄表

在58#孔發(fā)現(xiàn)了溶槽,補(bǔ)充了溶槽充填灌漿和填充后的帷幕灌漿試驗(yàn),進(jìn)一步研究溶洞、溶槽充填灌漿后的帷幕灌漿效果。從先導(dǎo)孔的鉆孔取芯狀況看, 該地區(qū)巖石為鈣質(zhì)膠結(jié)礫巖,膠結(jié)體較為密實(shí),但強(qiáng)度不高,鉆取的巖芯比較破碎,有掉塊現(xiàn)象。

各序次孔灌前透水率分布情況見(jiàn)表2。

表2 各次序孔灌漿前透水率分布表

從表2分析得出: I序孔灌前平均透水率22.49Lu, Ⅱ序孔灌前透水率較I序孔小,平均透水率13.70Lu,遞減39.08%,Ⅲ序孔灌前透水率較小,平均透水率7.15Lu,遞減率為47.81%。在灌漿孔逐漸加密的過(guò)程中,基巖中的裂隙、漏水和滲水通道逐漸被水泥漿液充填,裂隙中的充填物獲得了擠密,這使得基巖的防滲能力逐漸的獲得提升,Ⅲ序孔平均透水遞減較大,防滲能力大幅提升,達(dá)到灌漿效果。

灌漿孔第1段的透水率都很大,結(jié)合先導(dǎo)孔的壓水試驗(yàn),部分孔段不能起壓,是大壩帷幕灌漿處理的主要部位,故需在開(kāi)孔時(shí)先對(duì)第1段進(jìn)行低壓初灌,并在全孔灌漿過(guò)程中對(duì)第1段進(jìn)行復(fù)灌。

4.2 水泥注入量成果分析

1)通過(guò)表1對(duì)水泥注入量遞減關(guān)系分析得出各序次孔單位注入量,見(jiàn)表3。

表3 各序次孔單位注入量分析表

由表3可知,I序孔的單耗為427.00L/m;Ⅱ序孔單耗為273.18L/m,對(duì)比I序孔遞減36.02%; Ⅲ序孔單耗為209.71L/m,對(duì)比Ⅱ序孔遞減23.23%。反應(yīng)出隨著孔序的增加,水泥注入量有漸漸降低的趨向,符合灌漿的遞減規(guī)律,在一定程度上反應(yīng)了灌漿的效果較好。

2)通過(guò)對(duì)水泥漿注入量情況分析,得出各序次孔單位注入量分布情況,見(jiàn)表4。

表4 各次序孔單位注入量分布表

由表4可知,隨著孔序的增加,水泥單位注入量有漸漸降低的趨向,即低單位注入量區(qū)間頻次增加,大單位注入量區(qū)間頻次減小,符合灌漿的遞減規(guī)律,在一定程度上反應(yīng)了灌漿的效果較好。

各灌漿孔第1段初灌的吸漿量很大,且隨著孔序的增加,單位注入量漸漸降低,復(fù)灌時(shí),提高了灌漿壓力,吸漿量很小,但還有少量吸漿,吸漿量也隨著孔序的增加而逐漸降低,說(shuō)明采取復(fù)灌的方式是有必要的。

4.3 較大耗灰孔段分析

本試區(qū)共灌漿139段,共灌入水泥量53319.05kg,平均單耗為93.76kg/m。較大耗灰量孔段段數(shù)及水泥量占比情況見(jiàn)表5,較大耗灰量孔段分布情況見(jiàn)表6。

表5 較大耗灰量孔段段數(shù)及水泥量占比統(tǒng)計(jì)表

表6 較大耗灰量孔段分布統(tǒng)計(jì)表

2)單耗在100～500k之間的,I序孔16段占I序孔的45.71%,II序孔6段占Ⅱ序孔的17.65%,Ⅲ序孔4段占III序孔的5.71%;

3)第1段(接觸帶)16個(gè)孔有5個(gè)孔注灰量>100kg～500kg,占第1段總數(shù)的31.25%;有5個(gè)孔注灰量>500kg/m,占第一段總數(shù)的31.25%。

由表5和表6可知:耗灰量較大孔段數(shù)占比22.3%,但水泥消耗量占比61.73%。單耗>500kg/m的孔段全部在I、Ⅱ序孔的第1段,其中I序孔4段,Ⅱ序孔1段。說(shuō)明第1段(防滲墻接觸帶)下面存在滲漏通道,也是水泥消耗量的關(guān)鍵所在,該部位應(yīng)先進(jìn)行單獨(dú)初灌、待凝,待全孔鉆灌完成,再對(duì)該段進(jìn)行復(fù)灌,并且在灌漿中主要采用低壓限量循環(huán)灌漿,可越級(jí)變濃。

4.4 抬動(dòng)觀測(cè)剖析

本試驗(yàn)段共布設(shè)1個(gè)抬動(dòng)孔,施工過(guò)程中,抬動(dòng)觀測(cè)裝置安排專人進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并隨時(shí)進(jìn)行記錄。根據(jù)抬動(dòng)觀測(cè)記錄,全部孔段壓水和灌漿過(guò)程中產(chǎn)生的抬動(dòng)均<200μm,符合設(shè)計(jì)的要求,說(shuō)明本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)壓力是在合理范圍內(nèi)的,且孔口管的埋設(shè)深度符合灌漿的要求。

5 質(zhì)量檢查

5.1 檢查方法

質(zhì)量檢查在灌漿結(jié)束14d后進(jìn)行,采用自上而下分段阻塞單點(diǎn)法壓水試驗(yàn),壓水試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)為透水率<5Lu。檢查孔進(jìn)行取芯,對(duì)采取的巖芯進(jìn)行檢查,查看有無(wú)水泥結(jié)石。灌漿質(zhì)量以檢查孔壓水試驗(yàn)成果和芯樣為主,結(jié)合考慮抬動(dòng)觀測(cè)情況以及其他資料進(jìn)行分析。

5.2 檢查孔壓水試驗(yàn)成果分析

檢查孔壓水試驗(yàn)成果見(jiàn)表7。

表7 檢查孔壓水試驗(yàn)成果表

由表7可知,檢查孔壓水8段,此中有4段透水率為1～3Lu, 4段透水率為3～5Lu,均滿足設(shè)計(jì)要求,且透水率適中,反映灌漿參數(shù)具有較好的有效性和經(jīng)濟(jì)性。

5.3 檢查孔取芯分析

經(jīng)檢查孔全孔取芯,取芯率均達(dá)91.2%,并發(fā)現(xiàn)有水泥結(jié)石,水泥結(jié)石和巖石膠結(jié)較好。從取芯的狀況能夠看出,采用灌漿試驗(yàn)參數(shù)可以有效滿足防滲的要求。

6 試驗(yàn)結(jié)論

本試驗(yàn)段地質(zhì)條件較為復(fù)雜,裂隙、溶槽及溶洞大量存在,且分布不規(guī)律,滲漏較大的部位主要是接觸帶處,建議按照以下試驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行施工,可取得較好的灌漿有效性和經(jīng)濟(jì)性。

1)當(dāng)溶洞、溶槽或裂隙發(fā)育的孔段出現(xiàn)在設(shè)計(jì)帷幕底線處,可先進(jìn)行充填灌漿,然后帷幕底線需從溶洞底線再向下鉆5m,當(dāng)灌前壓水試驗(yàn)的滲透系數(shù)>5Lu,需繼續(xù)向下鉆5m,直到灌前滲透系數(shù)<5Lu。

2)接觸帶基巖破碎或裂隙發(fā)育造成第1段(接觸帶)壓水試驗(yàn)部分孔位不起壓,應(yīng)采用低壓、濃漿灌漿,待凝24h后再?gòu)?fù)灌,然后再進(jìn)行以下各段施工,且無(wú)需待凝。

3)先導(dǎo)孔和檢查孔應(yīng)按自上而下的順序鉆孔、沖洗、壓水灌漿。其他灌漿孔按第1段2m、第2段及以下每段5m自上而下逐段鉆孔、逐段壓水試驗(yàn),直至設(shè)計(jì)孔深,然后全段沖洗,再自下而上逐段灌漿的順序進(jìn)行施工。

4)鑒于溶洞、溶槽和裂隙分布不規(guī)律,先導(dǎo)孔不能完全真實(shí)地反映現(xiàn)狀水文地質(zhì)條件,發(fā)現(xiàn)溶洞、溶槽時(shí),須適量增加鉆孔,找出溶洞、溶槽范圍,并在溶洞范圍的上、下游適當(dāng)增加1排灌漿孔。