劉建光

(衢州市水利水電工程質(zhì)量監(jiān)督站，浙江衢州 324000)

0 引言

衢州市的中小型水庫(kù)和攔河堰壩多建于20世紀(jì)六、七十年代，限于當(dāng)時(shí)缺乏大型的開(kāi)挖、運(yùn)輸及抽排水等機(jī)械設(shè)備、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低和建設(shè)管理不到位等因素，往往存在對(duì)壩基河床原有的砂卵石覆蓋層開(kāi)挖、清理不徹底的情況，造成水庫(kù)、堰壩蓄水后壩基形成滲漏通道，嚴(yán)重的甚至危及大壩安全.在水庫(kù)和堰壩的除險(xiǎn)、改建、加固中，壩基部位的防滲處理成為工程建設(shè)的重點(diǎn)與難點(diǎn).

對(duì)壩基覆蓋層進(jìn)行防滲處理，目前常用的方法主要有帷幕灌漿、高壓噴射灌漿和混凝土防滲墻［1］等.高噴灌漿雖然有適用性強(qiáng)、施工占地少、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，但存在專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，造價(jià)相對(duì)較高、與上部混凝土結(jié)構(gòu)難以連成整體，與下部基巖段帷幕灌漿存在工序銜接等問(wèn)題，且因存在上部結(jié)構(gòu)，造成質(zhì)量檢查方法少、難度大、不夠全面.防滲墻施工需用大型設(shè)備、場(chǎng)地要求高，且工期長(zhǎng)、造價(jià)高，同時(shí)一般也不適用于對(duì)混凝土或砌石體為擋水建筑物的工程進(jìn)行加固和改建.

帷幕灌漿具有適用性強(qiáng)、施工方便、工效高、投資省、防滲效果好等優(yōu)點(diǎn)，施工中有問(wèn)題容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理.本文對(duì)帷幕灌漿在砂卵石壩基防滲加固中的應(yīng)用進(jìn)行了探討.

1 壩基砂卵石覆蓋層基本特點(diǎn)

衢州市獅子口水庫(kù)除險(xiǎn)加固和峽里湖電站攔河堰壩加固改造等工程的勘探和施工過(guò)程中反映出，壩基砂卵石層具有級(jí)配不良，大粒徑組較多、細(xì)粒徑組較少、透水性強(qiáng)的特點(diǎn).

獅子口水庫(kù)攔河壩壩基砂卵石層厚度為0.6～6.2 m，砂卵石最大粒徑 ＞100 mm，含泥量較少，為中等～極強(qiáng)透水性，在帷幕灌漿造孔時(shí)，很多孔段的循環(huán)液損失量較大，大部分甚至全部直接從孔底段的砂卵石層空隙滲漏出去，壓水試驗(yàn)反映，其最大透水率達(dá)815.8 Lu.

峽里湖電站攔河堰壩壩基砂卵石層厚度除左壩肩處為0.7 ～0.9 m，其余地段均超過(guò)2.0 m，最厚處達(dá)8.6 m，堰壩下游出現(xiàn)多處管涌出溢點(diǎn)，在水頭約3.5 m，下游水深約0.5 m時(shí)，管涌擴(kuò)散半徑均在0.3 m以上，最大者超過(guò)0.8 m，涌水處砂粒翻滾明顯，見(jiàn)圖1.灌漿造孔時(shí)，絕大部分孔段沒(méi)有回水.

圖1 堰壩下游管涌出溢點(diǎn)

2 砂卵石層帷幕灌漿的機(jī)理及主要施工工藝

砂卵石層帷幕灌漿的機(jī)理:根據(jù)鉆孔和壓水試驗(yàn)取得砂卵石層透水情況，以適宜的水灰比配制水泥漿液，在合理的灌漿壓力控制下，使?jié){液在一定范圍內(nèi)擴(kuò)散，與砂卵石層凝結(jié)成為防滲體，通過(guò)孔段加深、孔序加密，在壩體的防滲體與巖基間形成防滲帷幕.

壩基防滲的目的:將漏水量控制在一定的范圍內(nèi)，使其不對(duì)壩基造成破壞，確保水庫(kù)能長(zhǎng)期安全運(yùn)行［2］.鑒于多數(shù)工程均為3級(jí)以下低壩，因此，防滲標(biāo)準(zhǔn)通?？纱_定為透水率q≤10 Lu.

仍以獅子口水庫(kù)除險(xiǎn)加固和峽里湖電站攔河堰壩加固改造為例，兩壩均采用了帷幕灌漿進(jìn)行壩基防滲處理.施工中通過(guò)灌漿試驗(yàn)，參照類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，采用了以下主要參數(shù)和施工工藝，取得了預(yù)期效果1)徐武輝.常山縣獅子口水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程壩基防滲施工報(bào)告［R］.浙江弘洲水電工程有限公司.2009.，2).

2.1 主要施工參數(shù)

(1)孔深及段長(zhǎng).第一段進(jìn)入砂卵石層1～2 m，以下段段長(zhǎng)控制2～3 m.與基巖接觸段進(jìn)入基巖的段長(zhǎng)為 0.5 m，最大不超過(guò) 2.0 m［3］，可根據(jù)該段包含的砂卵石層的厚度決定.基巖段灌漿按SL 62-94有關(guān)壩基巖石灌漿要求進(jìn)行.

(2)孔距.根據(jù)防滲要求及水泥漿液在砂卵石層的流動(dòng)情況，孔距采用 2.0 m［4］.

(3)排數(shù)及排距.灌漿排數(shù)根據(jù)壩基砂卵石層的厚度、滲透性，通過(guò)試驗(yàn)確定.對(duì)于覆蓋層厚度較大、透水性較強(qiáng)、單排灌漿不能達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，增加排數(shù).排距采用1.5 m.

(4)排序和孔序.雙排帷幕先施工下游側(cè)排，然后施工上游側(cè)排;為避免在灌漿過(guò)程相鄰孔發(fā)生竄漿，每排灌漿分Ⅲ序次鉆灌，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，再施工Ⅲ序孔，前序未結(jié)束，不施工后序.

(5)控制壓力.對(duì)土壩壩基，Ⅰ、Ⅱ序孔灌漿最大全壓力為P=上部蓋重=h×γ［5］，h為孔底深度，m，γ為土體容重，按經(jīng)驗(yàn)值，取19 N/m3.由于心墻底部土質(zhì)較差，接觸段含心墻土、砂卵石兩種介質(zhì)，灌漿需嚴(yán)格控制好壓力，防止造成心墻劈裂，故需根據(jù)先導(dǎo)孔試驗(yàn)情況確定合適灌漿壓力，一般取0.8P［6］.由于經(jīng)過(guò)Ⅰ、Ⅱ序孔的施工，Ⅲ序孔的灌漿壓力可適當(dāng)提高一些，每段灌漿壓力在Ⅰ、Ⅱ序孔灌漿最大全壓力的基礎(chǔ)上增加0.02～0.05 MPa，有利于漿液更好地?cái)U(kuò)散，確保灌漿效果.

對(duì)混凝土或砌石壩壩基，Ⅰ序孔灌漿最大全壓力取最大設(shè)計(jì)水頭值，Ⅱ、Ⅲ序孔的灌漿最大全壓力在Ⅰ序孔壓力的基礎(chǔ)上提高20%左右.

2.2 主要施工工藝

(1)造孔.土壩心墻段造孔采用“干鉆、干打、干取”法，取土后套管及時(shí)跟進(jìn)，起到止水止?jié){作用;砂卵石層造孔采用金剛石鉆頭單管清水鉆進(jìn)，造孔時(shí)進(jìn)水量要小，以減少孔周砂卵石塌落.若發(fā)生塌孔，采用彈簧鉆頭打撈孔內(nèi)掉塊和干鉆造孔，如果多次打撈也未能至設(shè)計(jì)段長(zhǎng)，則對(duì)該段立即進(jìn)行灌漿［5］，并下第二層套管.

(2)洗孔.對(duì)砂卵石層段，有回水情況下，當(dāng)回水清澄后，再洗10 min結(jié)束;無(wú)回水情況下，也沖洗10 min即可結(jié)束.

(3)壓水試驗(yàn).每孔各灌漿段均進(jìn)行20 min的簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，壓力為灌漿壓力的80%.當(dāng)流量大于30 L/(min·m)時(shí)，適當(dāng)縮短測(cè)試時(shí)間.

(4)灌漿方式.采用自上而下、循環(huán)式灌漿.

(5)灌漿材料及漿液變換.為利于水泥漿液的擴(kuò)散和加快凝結(jié)，灌漿使用42.5以上級(jí)普通硅酸鹽水泥，采用 3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1 五個(gè)比級(jí);各孔段根據(jù)壓水試驗(yàn)獲得的透水率選擇適宜的開(kāi)灌水灰比，一般按:透水率 q＞30 Lu，采用1∶1;10 Lu≤q≤30 Lu，采用2∶1;q ＜10 Lu，采用3∶1.

在灌漿壓力不變，單位進(jìn)漿量不變或增大，開(kāi)灌水灰比的漿液累計(jì)注入300 L左右時(shí)，第一次變濃一級(jí)，以后要變濃一級(jí)，須在上述條件下待灌入量達(dá)到上一級(jí)灌入量1.25倍后進(jìn)行.當(dāng)單位進(jìn)漿量超過(guò)每米灌段30 L/(min·m)時(shí)，可越級(jí)變濃.

當(dāng)吸漿量大時(shí)采取降壓限流、縮短初凝時(shí)間、灌灌停停、濃漿待凝等措施，防止水泥漿液擴(kuò)散半徑過(guò)大，以保證灌漿質(zhì)量.

(6)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)、待凝.各灌漿段在設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)單位進(jìn)漿量≤0.4 L/min時(shí)續(xù)灌60 min結(jié)束;灌漿結(jié)束后，須進(jìn)行閉漿操作，直至壓力表壓力為零，時(shí)間至少應(yīng) 0.5 h 以上.終孔段灌漿，以0.5∶1濃漿置換孔內(nèi)稀漿，保證孔內(nèi)壩基水泥形成結(jié)石.各灌漿段均應(yīng)待凝12 h以上.

(7)封孔.全孔灌漿完成、待凝結(jié)束后淘盡孔內(nèi)積水，基巖及混凝土用濃水泥漿，粘土心墻用粘土進(jìn)行封孔.

3 灌漿效果分析

帷幕灌漿的效果，綜合采用對(duì)各排和各序孔的灌漿前透水率和灌漿材料注入量的統(tǒng)計(jì)、檢查孔壓水試驗(yàn)、蓄水后壩基滲漏情況進(jìn)行分析、評(píng)判.下面以采用上述灌漿方法進(jìn)行壩基防滲加固處理的獅子口水庫(kù)除險(xiǎn)加固和峽里湖電站攔河堰壩加固改造工程為例，對(duì)灌漿效果進(jìn)行分析.

3.1 獅子口水庫(kù)壩基帷幕灌漿效果分析

常山縣獅子口水庫(kù)總庫(kù)容1 483萬(wàn)m3，主壩為粘土心墻砂殼壩，壩高16.8 m，壩頂長(zhǎng)280 m.壩體防滲加固采用套井回填粘土.因壩基存在透水性較強(qiáng)的砂卵石層，套井施工時(shí)底部出現(xiàn)大量涌水并導(dǎo)致塌孔，套井無(wú)法入巖與巖基形成防滲閉合圈，故控制套井底端至砂卵石層頂面以上0.5～0.8 m處，套井以下及壩基砂卵石層采用帷幕灌漿進(jìn)行防滲，堵口段(樁號(hào)0+190-0+252)帷幕灌漿為兩排，其余壩段(樁號(hào)0+029-0+255)及兩岸山體為一排.單排帷幕灌漿及雙排帷幕灌漿的上游排位于上游排套井軸線處.

該工程帷幕灌漿共完成146只孔，其中下游排32只(樁號(hào)0+190-0+252)，上游排114只(樁號(hào)0+029-0+255)，砂卵石層共灌漿319 m，基巖段灌漿757 m，總灌漿段次425段.

(1)單位水泥注入量統(tǒng)計(jì)分析

該工程共灌入水泥411 581 kg，平均單耗382.5 kg/m.各排、各序次孔的單位水泥注入量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，從該統(tǒng)計(jì)表反映出，帷幕灌漿隨著排序、孔序的增加和孔距的加密，上游排較下游排各序次孔單位水泥注入量相應(yīng)減少，說(shuō)明在進(jìn)行了下游排灌漿后防滲效果明顯;各序次孔單位水泥注入量均呈遞減趨勢(shì)，檢查孔單位水泥注入量明顯減少，符合灌漿規(guī)律.

表1 各排、各序次孔的單位水泥注入量統(tǒng)計(jì)表

(2)平均透水率統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)425段灌漿前和21段檢查孔壓水試驗(yàn)取得的透水率結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表2，從該統(tǒng)計(jì)表反映出，帷幕灌漿隨著排序、孔序的增加和孔距的加密，上游排較下游排各序次孔平均透水率相應(yīng)減少，說(shuō)明在進(jìn)行了下游排施工后灌漿效果明顯;各序次平均透水率均呈遞減趨勢(shì)，檢查孔平均透水率明顯減少，符合灌漿規(guī)律.

表2 各排、各序次孔的平均透水率統(tǒng)計(jì)表

(3)檢查孔成果分析

該工程共布置12個(gè)壓水試驗(yàn)檢查孔，砂卵石層共試驗(yàn)21段，其中，堵口段雙排孔的檢查孔布置在雙排之間.最大試驗(yàn)壓力按 P=1.5H0確定為0.25 MPa，試驗(yàn)采用單點(diǎn)法進(jìn)行.

壓水試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，砂卵石層的透水率為4.65 ～9.86 Lu，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求(＜10 Lu).

表3 帷幕灌漿質(zhì)量檢查孔壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

3.2 峽里湖堰壩壩基帷幕灌漿效果分析

江山市峽里湖電站利用已有的長(zhǎng)為78 m的混凝土堰壩，通過(guò)加厚，其上加建2.0 m高的水力自控翻板門(mén)抬高水位進(jìn)行攔蓄水.因壩基存在砂卵石層，管涌嚴(yán)重，影響堰體穩(wěn)定，見(jiàn)圖1.經(jīng)采用帷幕灌漿防滲，消除了管涌、滲漏等隱患，在增加2 m水頭的情況下，蓄水后，原涌水處水面平靜，無(wú)砂粒翻滾現(xiàn)象，見(jiàn)圖2.

該工程共進(jìn)行鉆孔灌漿47孔，布置檢查孔5個(gè)，壓水試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，砂卵石層的透水率為2.33～9.5 Lu，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求(＜10 Lu).

圖2 灌漿后的下游河床

表4 帷幕灌漿質(zhì)量檢查孔壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

4 壩基砂卵石層灌漿應(yīng)注意的問(wèn)題

(1)防滲加固施工宜安排在枯水季節(jié)，灌漿施工期間，尤其Ⅰ、Ⅱ序孔施工時(shí)，水庫(kù)水位應(yīng)盡可能保持低水位，以降低上下游水位差，降低壩基透水層的水流流速，以減少漿液流動(dòng)對(duì)灌漿效果的影響.

(2)段長(zhǎng)的控制應(yīng)根據(jù)鉆孔情況及時(shí)適當(dāng)調(diào)整.在鉆孔中發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)循環(huán)液大量漏失、塌孔較多難以成孔或大量涌水時(shí)，應(yīng)停止鉆進(jìn)，進(jìn)行灌漿;若只有少量滲漏，可適當(dāng)延長(zhǎng)灌漿段長(zhǎng)度;若鉆孔順暢、滲漏極少，可作全孔一次灌漿，以便把主要精力和時(shí)間放在尋找強(qiáng)滲漏地點(diǎn)上.

(3)為利于水泥漿液的擴(kuò)散和加快凝結(jié)，灌漿宜使用42.5級(jí)以上的水泥，必要時(shí)應(yīng)采用地勘水泥、超細(xì)水泥等［6-7］，以及摻用水玻璃等材料.

同一帷幕中，根據(jù)透水性不同，也可采用地勘水泥、普通硅酸鹽水泥和超細(xì)水泥等不同水泥組合灌漿.但在灌漿前，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行各種水泥等灌漿材料之間的對(duì)接試驗(yàn)，確認(rèn)其膠結(jié)可靠，強(qiáng)度符合要求，從而防止因水泥之間脫開(kāi)而造成滲漏通道［6］.

(4)砂卵石層灌漿不能采用過(guò)高的壓力，否則控制不了漿液流失，達(dá)不到預(yù)期效果;也不宜采用過(guò)低的壓力，否則砂卵石層大多數(shù)孔隙難以進(jìn)漿，導(dǎo)致擴(kuò)散半徑過(guò)小，同樣達(dá)不到預(yù)期效果.由于這些原因，帷幕灌漿后，砂卵石層仍有許多孔隙不能進(jìn)漿，留下較多的可透水孔隙［2］.因此，應(yīng)在保證工程安全運(yùn)行的前提下，合理確定防滲標(biāo)準(zhǔn).

5 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)土壩多建于上世紀(jì)六、七十年代，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，往往存在壩基覆蓋層清理不徹底的情況，造成水庫(kù)蓄水后產(chǎn)生滲漏通道，嚴(yán)重的甚至危及大壩安全.與采用混凝土防滲墻、高壓噴射截滲墻等方法相比，采用帷幕灌漿解決壩基砂卵石層的滲漏，體現(xiàn)出造價(jià)低、速度快、對(duì)壩體結(jié)構(gòu)影響小、與壩基基巖灌漿容易結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，在衢州市近年的水庫(kù)除險(xiǎn)加固中均取得了較好效果，值得推廣和采用.

［1］韓文忠，吳立興.土石壩防滲補(bǔ)強(qiáng)若干方法之我見(jiàn)［C］//中國(guó)水利學(xué)會(huì)地基與基礎(chǔ)工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì).水工建筑物水泥灌漿與邊坡支護(hù)技術(shù).北京:中國(guó)水利水電出版社，2007:53-64.

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