賀茉莉，郭澤洋，趙鐵軍，楊東升

（湖南宏禹工程集團有限公司，湖南 長沙410007）

全世界用于開發(fā)水資源的大壩工程已有10多萬座，對人類的生產生活起到了至關重要的作用[1]。根據(jù)國際大壩委員會2011年的統(tǒng)計，全球土石壩總數(shù)為25 094座，占已注冊大壩總數(shù)的2/3[2]。水利建設在我國是從1958年開始興起，截止2020年，我國已建成9.8萬余座大小水庫，其中8.6萬余座是土石壩水庫，絕大多數(shù)建成于1958—1980年間[3]。受限于當時落后的經濟技術條件以及運營期間維護不到位，諸多土石壩工程存在先天不足和年老失修等問題，造成壩體滲水產生滲透破壞，嚴重時引起潰壩，給人民群眾的生命財產安全帶來了重大威脅[4]。

本文以珠海市竹銀水庫防滲處理工程為依托，論述了一種脈動灌漿的壩體灌漿施工技術。該技術成功解決了竹銀水庫壩體滲漏的問題，相關施工工藝、材料和成果可以為類似的工程提供借鑒。

1 工程概況

竹銀水源工程位于珠海市北部的斗門區(qū)六鄉(xiāng)鎮(zhèn)，是珠海目前新建最大的對澳門供水水庫，主要建筑物包括1座主壩、2座副壩、溢洪道，主、副壩分別布置在庫區(qū)的3個山口處，壩型為土石分區(qū)壩，主壩壩頂高程51.6 m，壩頂寬度8.0 m，壩頂長度為556.5 m，最大壩高66 m，總庫容4 500×104m3。主壩壩體段中等透水帶主要分布在孔深5～71 m；1#副壩壩體段中等透水帶主要分布在孔深5.5～26 m；主壩及1#副壩的巖土接觸段均為中等透水帶，也是本工程的重點處理段。當竹銀水庫水位高于30 m高程時，存在局部滲漏現(xiàn)象，當水庫水位在48 m以上時，主壩和1#副壩滲漏量偏大。由于滲漏導致大壩土質浸泡松軟，部分滲漏位置還曾出現(xiàn)濁水甚至有泥沙帶出，對大壩的安全運行存在一定的安全隱患。

通過對“壩體防滲墻+壩基礎帷幕灌漿”、“壩體脈動可控膏漿灌漿+壩基礎帷幕灌漿”等多種方案的比選，確定采用“壩體脈動可控膏漿灌漿+壩基礎帷幕灌漿”方案處理竹銀水庫滲漏問題。

2 施工方案與灌漿試驗

2.1 施工方案

1）壩基壩肩巖體采用灌注純水泥漿液進行帷幕灌漿減滲處理，幕底以伸入相對不透水層（q<5 Lu）以下3 m進行控制。具體采用“基巖面封閉、自上而下分段，孔內循環(huán)灌漿法”工藝。

2）壩體采用脈動可控灌漿進行帷幕灌漿處理，可控灌漿控制底線至全風化下限。脈動可控灌漿為“可控復合膏漿高壓脈動灌漿”的簡稱，即采用“可控復合膏漿高壓脈動灌漿工藝”，實施鉆孔內漿體阻塞、自下而上、分小段純壓式灌注粘土水泥膏漿。

3）土體與壩基之間的巖土結合部位（2～3 m）范圍采用花管灌注可控膏漿。

2.2 灌漿試驗

根據(jù)主、副壩減滲施工重點、難點，生產性試驗設置2組，試驗目的如下：

1）驗證壩體、壩基減滲注漿的可行性；

2）檢驗帷幕注漿方法、鉆探工藝和注漿工藝的有效性；

3）檢驗壩體、壩基注漿參數(shù)的可靠性；

4）確定合適的材料、設備、注漿工藝、參數(shù)。

第一組試驗

灌漿順序：按先施工土體與巖體之間的巖土結合部進行接觸段膏漿灌漿，后施工基巖帷幕灌漿（水泥漿液），最后施工壩體可控灌漿（膏漿）的順序進行。

單孔施工程序：施工準備→鉆孔放樣→鉆機定位安裝→開孔鉆進→鉆進至可控灌漿底線→下套管至隔離壩體→下入注漿管→采用可控膏漿灌注結束（土體與巖體之間的巖土結合部灌漿）→待凝鉆進至帷幕灌漿第一段高程（基巖5 m一段）→鉆孔沖洗及卡塞壓水→帷幕灌漿→待凝→第二段鉆孔→鉆孔沖洗及壓水→帷幕灌漿→循環(huán)直至終孔段帷幕灌漿結束→自下而上壩體可控灌漿→封孔→單孔資料整理提交。

第二組試驗

灌漿順序：采用先巖土結合部位可控灌漿，后壩體可控灌漿（巖土結合部位與壩體可控灌漿采用自下而上連續(xù)施工），再壩基帷幕的順序。

單孔施工程序：施工準備—→鉆孔放樣—→鉆機定位安裝—→開孔鉆進—→鉆進至可控灌漿底線（進入巖體內2 m）—→下入注漿管—→采用可控膏漿自下而上灌注至段頂結束—→待凝—→掃孔鉆進至壩基帷幕灌漿第一段設計高程—→鉆孔沖洗—→裂隙沖洗—→簡易壓水—→第二段及以下段循環(huán)鉆孔、壓水試驗—→鉆孔至設計孔深—→自下而上分段灌漿—→終孔段灌漿結束—→灌漿封孔—→單孔資料整理。

2.3 生產性試驗結果分析

第一組試驗鉆進困難，需要反復進行掃孔鉆進，發(fā)生鉆孔坍塌，卡鉆埋鉆，甚至發(fā)生注漿管斷管的事故，如圖1所示，需要花費大量的人力、物力和時間對事故進行處理，由于鉆孔坍塌和卡鉆埋鉆造成試驗區(qū)域反復注漿，材料耗費嚴重。

圖1 孔內斷管事故

第二組試驗基本沒有發(fā)生塌孔、卡鉆、埋鉆、斷管等孔內事故，大大節(jié)約了成本和工期。試驗區(qū)段灌漿結束后的檢查孔取芯完整，有明顯的膏漿結石體，如圖2所示。注水試驗滲透系數(shù)滿足設計要求K≤5×10-5cm/s，各段壓水試驗滲透系數(shù)均滿足設計要求q≤5 Lu。由此證明本次灌漿試驗，第二組灌漿試驗采用的施工工藝及參數(shù)可以滿足質量要求。

圖2 第二組試驗檢查孔取芯

3 脈動灌漿施工

3.1 施工場地布置

主壩和1#副壩沿壩軸線布置1排膏漿灌漿孔，膏漿灌漿總長約1 220 m，其中主壩可控膏漿灌漿范圍0+55.5 m～0+610.5 m，1#副壩可控膏漿灌漿范圍0+55.3 m～0+429.3 m。施工現(xiàn)場共布置6套膏漿制/灌漿系統(tǒng)，另有2臺水泥漿制漿系統(tǒng)供給水泥漿，滿足現(xiàn)場膏漿灌漿的需要。

按照設計要求，可控膏漿灌漿孔孔距為2 m，先導孔孔間距為32 m，所有灌漿孔按照三序施工，其中：先導孔優(yōu)先施工，然后施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。施工后按照每10個孔劃分一個單元布置檢查孔。

3.2 施工流程

通過對比，選擇第二組試驗所對應的施工方法進行單孔施工。

3.3 施工參數(shù)

1）先導孔施工。先導孔施工重點是要保證全孔有效取芯和壓、注水準確性，采用分段套管護壁，分層取樣、分層做壓、注水，先導孔需進入強風化地層，且終孔壓水試驗的透水率≤5 lu。

2）脈動膏漿灌漿材料配合比為：水∶水泥∶膨潤土∶外加劑=3∶1∶3∶0.01，單位：kg。

3）脈動灌漿的提升間隔為0.5 m，采用灌漿壓力和灌入量雙參數(shù)控制，每段結束標準所涉及的灌漿壓力和灌漿量如表1所示。

表1 灌漿結束標準

①達到最大設計壓力、最小注入量，結束本段灌漿上提；

②達到最大注入量、最小設計壓力，結束本段灌漿上提；

③吸漿量較大的段，注入率達到擬定控制注入量無法提升至設計壓力下限者，加大注入量至設計的1.5倍時，可結束本段灌漿。

4）水泥帷幕灌漿變漿標準和結束標準：

①當灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或當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。

②當某一比級漿液注入量已達300 L以上，或灌注時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，應換濃一級水灰比漿液灌注；當注入率大于30 L/min時，根據(jù)施工具體情況，可越級變濃。

③帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿時，在最大設計壓力下，當注入率不大于1 L/min后，延續(xù)灌注時間不少于30 min，灌漿即可結束。

④若最后連續(xù)3個注入率讀數(shù)均大于1 L/min時，則不能結束灌漿；當長期達不到結束標準時，報請監(jiān)理人共同研究處理措施。

3.4 具體施工方法

1）鉆孔定位放樣。施工時，確保開孔位置與設計位置偏差不大于10 cm，按照2 m的孔間距布置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔。

2）鉆孔施工。采用HGY-200C型地質鉆機鉆進，開孔直徑為Φ110～130 mm，壩體孔徑一般不小于91 mm，壩基巖石不小于56 mm。

各組試驗鉆孔施工順序為：先導孔—→Ⅰ序灌漿孔—→Ⅱ序灌漿孔—→Ⅲ序灌漿孔—→質量檢查孔

3）灌漿施工。漿液必須攪拌均勻并測定漿液密度，漿液在使用前應過篩，從制漿到用完的時間宜小于4 h。

連接灌漿設備、灌漿管路、拔管機、壓力表等設備，配置灌漿用的膏狀漿液，漿液配合比為：水∶水泥∶膨潤土∶HY-1=3∶1∶3∶0.01。水泥要求經80μm方篩篩余量不大于5%，膨潤土要求經75μm方篩篩余量不大于4%。

4）分段提升注漿管，按照0.5 m/段的速度自下而上對壩體灌注膏狀漿液，灌漿參數(shù)要按照技術要求執(zhí)行。

5）壩體段膏漿灌漿結束后進行漿液待凝處理。

6）重新掃孔，掃孔至可控灌漿底線，逐段鉆進、逐段做簡易壓水至設計孔深，然后自下而上灌注水泥漿液，直至終孔段灌漿結束。

7）灌漿封孔，完成單孔資料。

4 效果檢驗

竹銀水庫項目采用可控膏漿的灌漿方法對主壩和1#副壩進行灌漿處理，施工前后經過業(yè)主檢查并委托第三方檢測機構進行檢測，合格標準及結果如下：

1）檢查孔壓注水：灌漿前對地層進行了透水率的檢測，原狀土滲透系數(shù)為：10-4≤K＜10-2cm/s和10-5≤K＜10-4cm/s，合格要求各段滲透系數(shù)K≤5×10-5cm/s且合格率在90%以上，不合格段不集中。檢查結果表明，各段注水試驗滲透系數(shù)均滿足設計要求K≤5×10-5cm/s，由此證明灌漿處理后的壩體滲透率得到降低。

2）量水堰：在水庫蓄水到49.1 m過程中，對量水堰進行了持續(xù)的觀察和統(tǒng)計，在庫水位達到49.1 m后，主壩下游量水堰流量為13.9 L/s，1#副壩下游量水堰流量為13.24 L/s，分別小于合同要求的26 L/s和28 L/s。水庫水位達到49.1 m后進行了持續(xù)的觀察，量水堰流量基本保持不變，滿足合同要求，如圖3所示，是竹銀水庫主/1#副壩灌漿施工前后量水堰隨庫水位的變化。

3）壩后出滲現(xiàn)象：實施壩體灌漿施工之前，主壩和1#副壩下游存在出滲現(xiàn)象，坡面和坡腳一些位置有浸濕問題，地面泥濘；實施壩體灌漿施工之后，壩體出滲現(xiàn)象消失，出滲點位置的地面干燥，處理效果明顯，如圖4所示。

5 結論

本文以珠海市竹銀水庫防滲處理工程為依托，論述了一種脈動膏漿的壩體灌漿施工技術，得到以下結論：

圖3 竹銀水庫主/1#副壩灌漿施工前后量水堰對比

圖4 壩后出滲點灌漿前后對比

1）采用脈動灌漿技術對竹銀壩體實施膏漿灌漿，漿體能夠在壩體中形成充填固結，形成整體密實的效果。

2）通過實施可控膏漿灌漿技術，壩體滲透各段系數(shù)符合標準，量水堰流量滿足要求，壩后原出滲點消失。

3）脈動膏漿的壩體灌漿施工技術成功地解決了竹銀水庫壩體滲漏的問題，相關施工工藝、材料和成果可以為類似的工程提供借鑒。