王新東

中國葛洲壩集團(tuán)第五工程有限公司

水石門工程拱壩基礎(chǔ)帷幕灌漿試驗(yàn)

王新東

中國葛洲壩集團(tuán)第五工程有限公司

針對水石門水庫工程壩址區(qū)地質(zhì)條件，為減少大壩地基的滲流量、降低滲透壓力，保證地基的滲透穩(wěn)定，設(shè)計(jì)采取帷幕灌漿進(jìn)行基礎(chǔ)處理。根據(jù)技術(shù)規(guī)范有關(guān)要求，為了提供壩基及水墊塘帷幕灌漿合理的施工程序及有關(guān)的技術(shù)參數(shù)，根據(jù)帷幕灌漿試驗(yàn)施工技術(shù)要求進(jìn)行現(xiàn)場帷幕灌漿試驗(yàn)，進(jìn)一步取得相關(guān)的地質(zhì)資料，探索、提供合理的灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝，指導(dǎo)以后的帷幕灌漿施工。同時(shí)為了加快施工進(jìn)度，節(jié)約投資，擬將試驗(yàn)與相應(yīng)部位帷幕灌漿施工相結(jié)合，進(jìn)行生產(chǎn)性帷幕灌漿試驗(yàn)施工，獲得技術(shù)數(shù)據(jù)，分析試驗(yàn)結(jié)果，為壩基帷幕灌漿提供合理的施工程序及有關(guān)的技術(shù)參數(shù)。

拱壩技術(shù)；帷幕灌漿；試驗(yàn)

1 工程地質(zhì)條件

鄖西縣水石門水庫水源工程庫區(qū)分布的主要是白云巖，為弱巖溶化巖組，但是庫區(qū)寒武系中統(tǒng)岳家坪組下部地層和燈影組(Z2dn3)第三段上部地層為滑脫斷層接觸，因此巖溶較發(fā)育，庫區(qū)謝家河段右岸魚洞子暗河上、中游段沿?cái)鄬咏佑|帶發(fā)育，下游則沿?zé)粲敖M第三段上部地層沿層面發(fā)育。庫下游近壩處河灣段左、右岸分布燈影組(Z2dn3)第三段的第一至第二亞段，為中厚和厚層白云巖，屬弱巖溶化巖組，巖溶不發(fā)育。勘探資料表明，巖石的透水率微弱，左、右岸河灣地帶不存在巖溶管道式滲漏。北東向蕎麥地?cái)嗔亚懈顜靺^(qū)，并延伸到下游庫外，但是該斷裂為壓扭性斷裂，鉆孔資料證實(shí)，斷裂帶不透水?？傊?，庫區(qū)雖然廣布碳酸鹽巖，但均屬弱巖溶化巖組，巖溶不發(fā)育，具備了水庫的成庫條件。

2 灌漿試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

為減少大壩地基的滲流量、降低滲透壓力，保證地基的滲透穩(wěn)定，設(shè)計(jì)采取帷幕灌漿進(jìn)行基礎(chǔ)處理。根據(jù)技術(shù)規(guī)范有關(guān)要求，為了提供壩基帷幕灌漿合理的施工程序及有關(guān)的技術(shù)參數(shù)，根據(jù)帷幕灌漿試驗(yàn)施工技術(shù)要求進(jìn)行現(xiàn)場帷幕灌漿試驗(yàn)，進(jìn)一步取得相關(guān)的地質(zhì)資料，探索、提供合理的灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝，指導(dǎo)以后的帷幕灌漿施工。

3 試驗(yàn)場地選擇與灌漿布置

根據(jù)規(guī)范要求，灌漿試驗(yàn)的地點(diǎn)應(yīng)具有代表性，綜合考慮各種施工條件，擬選定于左岸413m高程灌漿平洞內(nèi)0+23.5～0+37.5段進(jìn)行試驗(yàn)，并根據(jù)左岸試驗(yàn)結(jié)果在右岸413m高程灌漿平洞內(nèi)0+24.1～0+36.4段再進(jìn)行一組對比試驗(yàn)。

試驗(yàn)區(qū)采用雙排布孔，上下游各設(shè)一排，排距1.25m，孔距2.5m，呈梅花形布置，分三序施工。帷幕采用接地式，深入地基以下相對不透水層。

試驗(yàn)區(qū)帷幕孔布置見圖1。

4 施工技術(shù)要求

4.1 鉆孔方向

鉆孔全部采用鉛直孔，幕孔孔底允許偏差按照要求控制，施工中每鉆5米測斜一次。

4.2 鉆孔深度

最終孔深以深入至透水率不大于1Lu的孔段以下5米控制。

4.3 鉆孔孔徑

開孔孔徑采用Φ91mm，孔口管采用Φ75mm無縫鋼管嵌埋，正式灌漿采用Φ60mm，檢查孔采用Φ91mm鉆孔。

4.4 灌漿材料

采用符合規(guī)范要求的水泥漿。

4.5 灌漿壓力

按初定最大灌漿壓力4.0Mpa施工，以抬動(dòng)觀測值進(jìn)行控制。

4.6 最大允許抬動(dòng)變形值：300μm。

5 施工設(shè)備機(jī)具

施工采用YQ100、XY-2鉆機(jī)鉆機(jī)及兩種機(jī)型進(jìn)行鉆孔作業(yè)，并據(jù)此做工效分析及機(jī)械適用性選擇。

6 鉆孔灌漿施工

帷幕試驗(yàn)前先進(jìn)行平洞底板襯砌，混凝土齡期達(dá)到28天以上。帷幕灌漿施工采用“小口徑鉆孔、孔口封閉、自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)灌漿”的工藝，各孔采用自上而下逐段鉆孔、壓水和灌漿。

6.1 施工程序

先鉆設(shè)抬動(dòng)監(jiān)測孔埋設(shè)監(jiān)測裝置，待凝14天，并能進(jìn)行正常的觀測工作方可鉆灌。灌漿孔順序是先下游排孔，后上游排孔，全部完成后進(jìn)行整體帷幕檢查。

6.2 抬動(dòng)變形觀測

抬動(dòng)觀測孔用金剛石鉆Φ91mm深入基巖2m，鉆孔完畢后，向孔底注入0.5：1的水泥漿液約0.5m深后及時(shí)下入Φ20mm內(nèi)管至孔底，再下入Φ50mm外管罩護(hù)，外管與孔壁間沖黃油。在地面安裝千分表，從內(nèi)管與混凝土蓋板相對值的變化，可及時(shí)反映巖體抬動(dòng)變形大小。(見表1)

6.3 鉆孔施工

6.3.1 鉆孔與分段

接觸段開孔孔徑采用Φ91mm，以下各段為Φ61mm， 所有鉆孔均取芯、編錄并進(jìn)行素描。

帷幕鉆孔段長，首段深入基巖2m，第二段長1m，第三段2m，第四段極其以下各段一般均為5m，最大不超過6m。

6.3.2 鉆孔沖洗與壓水試驗(yàn)

每段鉆孔結(jié)束后采用大流量壓力水從孔底向外敞開沖洗沖洗，至回水澄清后10min止，且孔底殘?jiān)怀^20cm。

表1 帷幕灌漿試驗(yàn)抬動(dòng)觀測孔綜合成果

表2 灌漿壓力控制值

表3

灌漿前均進(jìn)行單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，壓力要考慮抬動(dòng)變形值。在穩(wěn)定的壓力下，每3～5min測讀一次壓入流量，連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%時(shí)即結(jié)束，取最終值作為計(jì)算值。壓水壓力控制在不大于1.0Mpa。II、III序孔做簡易壓水試驗(yàn)。

6.4 灌漿施工

6.4.1 灌漿方法

(1)接觸段灌漿及埋管

接觸段按照常規(guī)方法灌漿，灌漿塞阻塞在基巖面上混凝土內(nèi)0.5m，進(jìn)行孔內(nèi)循環(huán)式灌漿，注漿管距孔底距離不大于50cm。灌漿結(jié)束后即下入Φ75mm孔口無縫鋼管至孔底，注入0.5：1的水泥漿液，將孔內(nèi)稀漿擠出，待凝3d后進(jìn)行下段作業(yè)。

(2)接觸段以下各段灌漿采用小口徑、自上而下分段鉆灌、不待凝、并利用孔口封閉(不下塞)孔內(nèi)循環(huán)式水泥灌漿工藝，射漿管距孔底不大于50cm。

6.4.2 灌漿壓力

帷幕灌漿壓力由抬動(dòng)觀測值(小于0.3mm)確定，施工時(shí)進(jìn)行升壓試驗(yàn)，分級升壓，一般每級0.5Mpa。如發(fā)現(xiàn)吸漿量猛增或抬動(dòng)值增大則立即降壓。各段灌漿壓力按照規(guī)范控制。施工過程中嚴(yán)格控制灌漿壓力進(jìn)、回漿管均安裝壓力表。

6.4.3 漿液變換

灌漿材料采用P.O42.5水泥。漿液配比按要求采用5、2、1、0.8、0.5等5個(gè)比級由稀至濃逐級變換。

6.4.4 灌漿結(jié)束與封孔

灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下注入率不大于1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60min灌漿即可結(jié)束。

封孔采用“分段壓力灌漿法”，用0.5：1的濃漿復(fù)灌全孔，排除孔內(nèi)稀漿，待回漿打同級漿比重后，提起灌漿管，用該孔最大灌漿壓力純壓灌注不小于120min，而后閉漿24h，取掉封閉帽和閉漿器?？變?nèi)凝結(jié)體頂部漿液析水凹陷處采用濃漿進(jìn)行二次回填。

7 資料成果分析

試驗(yàn)綜合成果見表2

灌漿試驗(yàn)共計(jì)完成10孔，灌漿段長300.5米，單位注入量196.06Kg/m，表明壩基巖層的可灌性良好，灌漿效果明顯。下游排單位注入量為214.85Kg/m，上游排單位注入量為173.91Kg/m，遞減率為19%。按照I、II、III序孔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，單位注入量也呈遞減趨勢，且減幅度較大，符合灌漿一般規(guī)律。

灌漿試驗(yàn)進(jìn)一步說明壩址基巖的透水性與其它灰?guī)r地區(qū)相比確屬較小，巖溶不發(fā)育，且風(fēng)化不深，巖石較完整。通過帷幕灌漿，可以更好的減少基礎(chǔ)滲漏，降低滲流壓力，增強(qiáng)基礎(chǔ)穩(wěn)定，確保大壩及工程安全。

8 灌漿效果檢查

在灌漿結(jié)束后根據(jù)成果資料由監(jiān)理工程師布置2個(gè)灌后檢查孔進(jìn)行取芯及自上而下分段進(jìn)行壓水試驗(yàn)和灌漿。

8.1 孔位布置 見表3)

8.2 檢查目的

J1孔：ML-1孔是試驗(yàn)孔中水泥漿注入量最大的孔，且終孔時(shí)巖層透水率大于設(shè)計(jì)防滲要求而加深兩段才符合要求。

J2孔：ML-5為I序孔，相應(yīng)巖層的透水率和水泥漿注入量均較大，同樣是加深兩段才符合要求，了解幕體的巖層透水情況。

8.3 檢查孔施工

檢查孔自上而下分段阻塞進(jìn)行單點(diǎn)壓水試驗(yàn)，孔段長首段段2m，第二段3m，以下各段為5m，終孔段不超過6m。壓水壓力第一段為0.8MPa，第二段及以下為1.0MPa。J1孔孔深46.8m，分10段；J2孔孔深39.6m，分9段，壓水試驗(yàn)結(jié)束后，按照灌漿要求，用2.0MPa的壓力進(jìn)行一次全孔的孔內(nèi)循環(huán)灌漿并封孔，兩孔共計(jì)灌注水泥量1.03t。說明灌漿成果良好。

9 結(jié)束語

通過試驗(yàn)表明，大壩基礎(chǔ)巖層結(jié)構(gòu)簡單，巖性單一，沒有較強(qiáng)的透水帶，巖層可灌性良好。灌漿過程通過布置的抬動(dòng)觀測裝置進(jìn)行監(jiān)測，均為發(fā)現(xiàn)抬動(dòng)現(xiàn)象，在大壩基礎(chǔ)帷幕灌漿施工時(shí)最大灌漿壓力可以提高到4.5MPa，且試驗(yàn)中確定的排距1.25m和孔距2.5m能夠滿足壩基防滲要求。

施工采用“小口徑鉆孔、孔口封閉、自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)灌漿”的工藝是合理的，并為后期的大壩帷幕灌漿提了設(shè)計(jì)依據(jù)。

[1] 《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL 62—94)

[2] 水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊 北京：中國水利水電出版社，2001.