曾凡杜

(中國水利水電第八工程局有限公司,湖南 長沙 410007)

我國現(xiàn)行壩基灌漿處理規(guī)范[1-2]主要是針對混凝土壩、漿砌石壩及土壩壩體填筑前的基礎(chǔ)處理,大量的施工實(shí)踐證明:參照現(xiàn)行規(guī)范實(shí)施的基礎(chǔ)灌漿處理是可行的、有效的。在土石壩施工中先行填筑壩體、后在填筑壩面上進(jìn)行基礎(chǔ)處理的事例鮮有報道,類似的施工工藝僅見于文獻(xiàn)[3-4]。而在南方進(jìn)行土石壩施工時,通常面對基坑基礎(chǔ)處理、壩體填筑、安全度汛三者相互制約的難題,于是出現(xiàn)了基坑開挖完成后先將壩體填筑(或防滲體填筑)到度汛高程再在填筑壩面上進(jìn)行基礎(chǔ)處理的施工工藝。筆者針對南方多雨地區(qū)土壩的施工特點(diǎn),提出了在已填筑壩面采用“埋設(shè)孔口管(穿越已填土層)、土巖接觸段先行單獨(dú)處理、孔口封閉法孔內(nèi)循環(huán)灌漿”的一整套施工方法,既解決了壩體填筑與基礎(chǔ)處理的矛盾,又使工程得以安全度汛,工期得到了保證,可供類似工程參考。

1 工程概況

竹銀水源工程位于珠海市斗門區(qū)白蕉鎮(zhèn)灣村,主要建筑物包括新建竹銀水庫、2條輸水隧洞、1個提水泵站及管線,以及擴(kuò)建月坑水庫。竹銀水庫由 1座主壩、2座副壩、溢洪道及壩下涵管等組成。主壩長 556.5m,最大壩高為66m;1號副壩長435m,最大壩高約56m;2號副壩長210m,最大壩高為48m。3座壩之間山體相隔,壩頂高程均為51.6m。壩頂設(shè)有防浪墻,防浪墻頂高程為52.8m。3座壩均為土石分區(qū)壩,工程等級為Ⅱ級。竹銀水庫主壩標(biāo)準(zhǔn)剖面見圖1。

竹銀水源工程的主要任務(wù)是解決澳門和珠海東區(qū)(主城區(qū))在枯水期珠江咸潮上溯期的應(yīng)急供水問題。工程建成后通過泵站抽水,竹銀水庫汛期抽取淡水存蓄,與珠?，F(xiàn)有的供水系統(tǒng)相結(jié)合向澳門、珠海東區(qū)(主城區(qū))和珠海西區(qū)水廠供水。

圖1 竹銀水庫主壩標(biāo)準(zhǔn)剖面(高程單位:m,尺寸單位:mm)

2 主壩壩址區(qū)工程地質(zhì)條件及主要地質(zhì)問題

壩址兩側(cè)為丘陵山地,左側(cè)山頂高程為89.3m,右側(cè)山頂高程為153.0m,大壩位于河谷部位,谷底地面平坦。根據(jù)地表觀察及鉆孔揭露,壩址區(qū)出露的地層主要有寒武系八群組,侏羅系中上統(tǒng)百足山群下亞群和第四系松散堆積層,以砂巖及含礫石砂巖為主,斷層很少,僅在左壩肩下游側(cè)有一小型構(gòu)造,屬壓扭型斷層,走向約北東 30°,傾向東南,傾角較陡,約75°。壩址區(qū)分布的主要巖類為第四系松散巖類和侏羅系碎屑巖類,由于兩巖類地下水儲存條件不同,形成第四系孔隙含水層和基巖裂隙含水層。壩基覆蓋層為第四系孔隙含水層,地表上部粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土滲透系數(shù)一般均小于1×10-5cm/s,屬弱、微透水層;砂土層為強(qiáng)～中透水層,局部形成承壓水?；鶐r裂隙含水層分布于第四系覆蓋層之下,侏羅系中上統(tǒng)百足山群下亞群的碎屑巖體裂隙及斷裂帶透水性主要取決于裂隙、斷裂發(fā)育程度及其相互連通情況。

壩址區(qū)主要工程地質(zhì)問題是壩基存在厚度為4.25～14.3m的軟土層,其含水量高、壓縮性大、抗剪強(qiáng)度低、承載力低,存在壓縮變形、抗滑穩(wěn)定及地震沉陷等問題,其下的淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層亦存在震動液化問題。壩基的基巖風(fēng)化層滲透性多為中透水,存在滲透穩(wěn)定問題。在長期有壓滲流的作用下,有可能導(dǎo)致壩基集中滲漏加大,產(chǎn)生滲透破壞,危及壩體安全[5-8]。

3 壩基處理方案

3.1 設(shè)計處理方案

根據(jù)壩基存在的主要工程地質(zhì)問題,首先考慮將淤泥質(zhì)土及含泥中細(xì)砂層全部挖除;其次對全風(fēng)化層以下中透水層進(jìn)行帷幕灌漿處理,以基巖透水率q≤3 Lu下 2～3m作為下限,灌漿深度 9.5～45.10m,灌漿帷幕平均深約30m。沿壩基帷幕灌漿軸線開挖灌漿齒槽,齒槽底寬 6.0m,開挖坡比1∶1,以全風(fēng)化下限作為開挖灌漿齒槽底線。

3.2 工期安排

珠海地區(qū)每年 4月下旬至 9月底為雨季,雨季中太平洋及南海生成的熱帶氣旋帶來大量水汽,形成強(qiáng)風(fēng)暴雨,5—6月雨量較大,占全年總雨量的30%以上,對土壩施工非常不利,特別是主壩基坑最大開挖深度達(dá)-14.5m,需要在主汛來臨之前將壩體(防滲區(qū))填出水面,防止基坑被暴雨淹沒。

主壩基坑計劃于2008年12月25日開始開挖,第2年2月12日開挖完成;基坑開挖完成后進(jìn)行壓漿板混凝土澆筑(上下游壩體開始填筑施工),安排固結(jié)灌漿、帷幕灌漿施工,基坑部位帷幕灌漿基礎(chǔ)處理于第2年5月13日完成;第2年5月底,壩體全斷面填筑至5.0m高程。

3.3 實(shí)際施工進(jìn)展情況

由于前期移民征地等原因,主壩于2009年10月15日才開始開挖施工,期間因基坑淤泥深厚開挖困難,導(dǎo)致開挖方案屢次調(diào)整,直至 2010年 3月13日主壩基坑淤泥及中細(xì)砂層才基本開挖完成。還需要完成基坑灌漿齒槽開挖、混凝土壓漿板、固結(jié)灌漿、帷幕灌漿等工作,至少需要50d以上才能開始基坑填筑施工,此時距汛期僅剩余不到40d,按正常程序填筑施工主壩將無法達(dá)到度汛目標(biāo)高程,基坑面臨被暴雨淹沒的危險。

3.4 壩基處理調(diào)整方案

為確保工程度汛安全,參建各方經(jīng)充分討論,提出如下方案:取消壩基部位灌漿齒槽開挖、混凝土壓漿板及固結(jié)灌漿;基坑清基達(dá)到設(shè)計要求后即進(jìn)行防滲體填筑,力爭在主汛前防滲體填出地面高程,以免被洪水淹沒。壩基帷幕灌漿在防滲體地面以上的壩面上進(jìn)行,灌漿期間同時進(jìn)行兩側(cè)壩體填筑。調(diào)整后的壩基處理斷面見圖2。

4 壩基帷幕灌漿施工

根據(jù)土壩壩基基礎(chǔ)處理“上截下排”的原則,為確保大壩安全和水庫正常運(yùn)行,對壩基透水地層進(jìn)行全面帷幕灌漿防滲處理,從壩體至接觸面、基礎(chǔ)形成完整的立體防滲體系,壩體與壩基接觸面灌漿施工效果是防滲體系成敗的關(guān)鍵[9]。

圖2 調(diào)整后的竹銀水庫主壩壩基處理斷面(高程單位:m,尺寸單位:mm)

4.1 幕體布置

防滲灌漿布置的原則為:通過帷幕灌漿使土壩防滲體與基礎(chǔ)連接成整體,并與兩岸有壓漿板及固結(jié)灌漿的岸坡帷幕灌漿形成壩基統(tǒng)一防滲軸線。相應(yīng)的壩基防滲軸線長度為319.5 m,防滲面積為13682.33m2,防滲灌漿鉆孔總進(jìn)尺為8563.52m,基巖灌漿進(jìn)尺為6850m。

4.2 施工工藝及主要技術(shù)參數(shù)

為達(dá)到設(shè)計的幕體防滲效果,灌漿鉆孔必須穿越最大深度達(dá)18m的已填防滲壩體及壩下的強(qiáng)風(fēng)化土層,帷幕灌漿大部分處于強(qiáng)風(fēng)化層;穿越壩體鉆孔、灌漿對施工工藝要求非常高,如施工工藝不當(dāng)則不僅影響灌漿質(zhì)量,且影響壩體質(zhì)量。灌漿土層鉆孔易塌孔,如何使接觸段灌漿達(dá)到預(yù)期防滲幕體完整結(jié)合的效果及確定合理的施工參數(shù)是施工前必須解決的3個難題。通過施工前進(jìn)行專項論證及現(xiàn)場工藝性試驗(yàn)確定主要施工工藝及技術(shù)參數(shù)。

針對已填防滲體土層鉆孔易塌孔的問題,考慮了埋設(shè)孔口管、加PVC保護(hù)管、土層鉆孔水泥漿護(hù)壁等施工方法,通過方案比較并結(jié)合類似地層施工經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),埋設(shè)孔口管可以最大程度地減少灌漿對壩體的擾動、確保鉆孔精度及提高灌漿效率。最后采用?120mm埋設(shè)孔口管穿越已填土層,深入基巖2m(接觸段)解決了土層鉆孔易塌孔的難題。這2m接觸段是壩基立體防滲體系的紐帶,按分序加密的原則對接觸段重點(diǎn)灌漿,以每孔有效的漿液擴(kuò)散范圍做到孔孔相連,水平方向接觸段通過漿液擴(kuò)散也達(dá)到了基面的整體性,接觸段灌漿對以下各段灌漿形成了一個壓重,壓重可提高以下各段的灌漿壓力并避免漿液劈裂已填土體。接觸段Ⅲ序全部施工完成后,采用孔口封閉法分序?qū)佑|段以下各段自上而下分段灌漿,上段灌漿結(jié)束后不待凝立即進(jìn)行下段鉆灌,反復(fù)灌注,使各灌漿段形成密實(shí)防滲幕體[10-11]。

通過現(xiàn)場工藝性試驗(yàn),確定主要施工參數(shù)如下:①灌漿孔排距:根據(jù)工程地質(zhì)條件,考慮布置單排孔,孔距2.0m。②灌漿深度:根據(jù)基巖的透水性、庫水位及基巖風(fēng)化破碎程度,灌漿深度為深入相對不透水層頂板線以下3～5m。③灌漿壓力:以灌漿壓力不小于1.5倍水頭為原則。為確保已填土體質(zhì)量及灌漿效果,第1段(2m接觸段)第Ⅰ序、第Ⅱ序灌漿壓力為0.2～0.25MPa,第Ⅲ序?yàn)?.3MPa;第2段(3m)及以下各段每增加1m孔深,灌漿壓力增加0.02MPa。

4.3 施工程序

先對接觸段分序灌漿、鑲鑄孔口管,形成接觸段壓重;再按孔口封閉法對接觸段以下各段自上而下分段灌漿,分序加密。每單元至少1個第Ⅰ序孔作為先導(dǎo)孔[8],取芯描述并復(fù)核地下水位及地層巖性。

4.4 重要工序施工要點(diǎn)

a.灌漿材料選用:壩基主要灌漿地層以中透水地層為主,根據(jù)前期地質(zhì)勘探地層滲透系數(shù),選用425號普通硅酸鹽水泥。

b.鉆孔:由于帷幕軸線布置在防滲體內(nèi),因此土層及2m接觸段鉆孔采用干鉆,鉆?120mm孔,下放?110mm套管護(hù)壁;鉆接觸段以下地層時按一般要求進(jìn)行施工,鉆?76mm孔。

c.鑲鑄孔口管:2m接觸段沖洗及壓水試驗(yàn)后,下灌漿塞卡在土體與基巖接觸面50 cm處,灌漿時采用循環(huán)式栓塞,射漿尾管距孔底不大于0.5m,進(jìn)行孔內(nèi)循環(huán)式灌漿,直至達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。第1段灌漿接觸后,取出孔內(nèi)灌漿塞,通過鉆桿向孔內(nèi)注入0.5∶1(質(zhì)量比)的濃漿置換孔內(nèi)稀漿,然后放入上端車有連接絲、管徑為110mm的已預(yù)加工的無縫鋼管,孔口管根據(jù)現(xiàn)場情況和埋入深度分節(jié)制作,在孔口用對接接頭連接,直至下入孔底,導(dǎo)正孔口管?？卓诠苌隙烁叱龅孛?.1m?？卓诠芟氯搿⒐潭ê蟛坏门鲎?待凝72h以上可進(jìn)行掃孔,掃孔結(jié)束經(jīng)檢查孔口管合格后進(jìn)行第2段鉆灌。

d.灌漿:為加快施工進(jìn)度,在孔口管段分序灌漿的同時鑲鑄孔口管。采用自上而下分段灌漿,第1段(接觸段)長2m,第2段長3m,第3段以下按5m考慮,最長不得超過8m。

e.漿液配比變換:灌漿漿液由稀到濃逐級變換,當(dāng)灌漿壓力保持不變而注入率逐漸減少時,或注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時不得改變水灰比。當(dāng)某一級水灰比漿液注入量已達(dá)300L以上或持續(xù)灌注時間已達(dá)30min,而灌漿壓力或注入率均無明顯改變時,變濃一級水灰比。當(dāng)注入率大于30L/min時根據(jù)具體情況采用越級變濃。

f.灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):灌漿段在最大設(shè)計壓力下注入率不大于 0.4 L/min后,繼續(xù)灌注 60 min結(jié)束灌漿,或注入率不大于1L/min后繼續(xù)灌注90min結(jié)束灌漿。

g.封孔:帷幕孔全孔灌漿結(jié)束并經(jīng)監(jiān)理工程師單孔驗(yàn)收合格之后按“置換和壓力灌漿封孔法”完成巖層封孔,再分層邊拔出土層套管邊向孔內(nèi)填入由黏土料做成的黏土球,黏土球直徑 2～3cm,呈可塑狀,用鉆桿反復(fù)搗實(shí)直至填滿整個土層鉆孔,最后用泥漿封堵孔口并夯實(shí)。

h.質(zhì)量檢查:帷幕灌漿質(zhì)量檢查孔的數(shù)量為灌漿孔數(shù)的10%。孔壓水檢查的合格標(biāo)準(zhǔn)為透水率小于或等于5Lu?；鶐r接觸段及第2段合格率應(yīng)為100%,以下各段的合格率不小于90%。不合格試段的透水率不超過設(shè)計規(guī)定的150%,且不集中,灌漿質(zhì)量可認(rèn)為合格。

5 灌漿效果

竹銀水庫壩基河床部分長319.5m,共布置了162個灌漿孔(包括與岸坡搭接段各加密 1個 Ⅲ序孔)。通過對灌漿數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),灌前各段簡易壓水試驗(yàn)得出透水率在2～14Lu之間,其中接觸段透水率普遍在8～12Lu之間,個別孔最大達(dá)14Lu,估計原因?yàn)榛泳植恐屑?xì)砂層未清理干凈。

灌后壓水檢查發(fā)現(xiàn),各段透水率大部分在3 Lu以下,少數(shù)在3～5Lu之間。此外,建設(shè)單位獨(dú)立委托第三方對壩基部位帷幕灌漿進(jìn)行了3個檢查孔壓水試驗(yàn),各段透水率均小于3Lu,說明灌漿取得了成功。

6 結(jié) 語

竹銀水庫主壩工程通過將壩基處理調(diào)整至填筑壩面,獲得了主汛前壩體填筑的黃金時間(45d),完成了壩體填筑(主要為防滲體填筑)47萬m3,壩體于2010年5月20日填筑至1.0m度汛高程,避免了暴雨淹沒基坑的風(fēng)險。壩基帷幕灌漿施工于2010年7月26日在 3.5m高程壩面開始,9月30日灌漿質(zhì)量檢查完成,實(shí)現(xiàn)了壩體填筑進(jìn)入枯水期全斷面施工的階段目標(biāo),為竹銀水庫主壩在2011年4月初填筑完成并初期蓄水打下了堅實(shí)基礎(chǔ)。這表明在壩面進(jìn)行壩基帷幕灌漿處理在技術(shù)上是可行的,在最大壩體填筑高度達(dá)18m的條件下,鉆孔灌漿采取的埋設(shè)孔口管穿越土層、先對接觸段分序灌漿形成壓重、再按孔口封閉法灌漿的施工工藝是合適的,不會對已填筑壩體產(chǎn)生有害影響。

在竹銀水庫主壩的施工過程中,也出現(xiàn)了灌前壓水試驗(yàn)局部段次透水率突變的情況,經(jīng)現(xiàn)場查勘及比對地質(zhì)資料確定為壩基存在局部隔層風(fēng)化現(xiàn)象導(dǎo)致,灌漿過程中采用濃漿、速凝水泥漿對此進(jìn)行了特殊處理。

:

[1]SL62—1994 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]DL/T5148—2001 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]羅長軍.帷幕灌漿技術(shù)在既有土壩可溶巖壩基中的應(yīng)用[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報,2004,23(22):3910-3916.

[4]葉鋒,阮雪茵,柯紅革.大壩基礎(chǔ)灌漿在臺州市水庫除險加固工程中的應(yīng)用[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報,2009,21(2):81-84.

[5]SL274—2001 碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范[S].

[6]DL/T5129—2001 碾壓式土石壩施工規(guī)范[S].

[7]林昭.碾壓式土石壩設(shè)計[M].鄭州:黃河水利出版社,2003.

[8]付元初.地基與基礎(chǔ)工程[M].北京:中國電力出版社,2004.

[9]劉瑞懿,涂健.土壩壩基滲漏基礎(chǔ)處理實(shí)例[C]//土石壩技術(shù)2007年論文集.北京:中國電力出版社,2007:264-268.

[10]張景秀.壩基防滲與灌漿技術(shù)[M].2版.北京:中國水利水電出版社,2002.

[11]郭斯良.淺談除險加固工程土壩壩基帷幕灌漿的特點(diǎn)[J].廣東水利水電,2002(5):46-47.