蒲 洪， 王榮新

(四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

1 工程概況

獅子坪水電站首部樞紐防滲帷幕由混凝土防滲墻下灌漿帷幕、左右岸坡與平洞灌漿帷幕及搭接帷幕組成。

(1)從2 544 m至2 410.5 m高程，左右岸各設(shè)三層灌漿廊道(平洞)，高程分別為2 544 m、2 475 m、2 410.5 m;河床廊道高程為 2 410.5 m。廊道混凝土襯砌厚度為0.5 m，凈斷面尺寸為3.5 m×4 m。

(2)布置了兩排防滲帷幕鉆孔，排距1.5 m，沿壩軸線方向水平孔距2.5 m，孔位為梅花形布置;在保證不破壞止水的前提下，灌漿鉆孔距混凝土板結(jié)構(gòu)縫邊至少30 cm，縫邊鉆孔位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)調(diào)整。

(3)對(duì)于下方有廊道和平洞的防滲帷幕，采用傾向上游、傾角為5°的斜幕(伸至下層平洞底板高程以下5 m)，其余部位為鉛直帷幕。鉛直帷幕與傾斜帷幕的結(jié)合部位采用局部加密灌漿孔逐步過(guò)渡的處理方法。

(4)布置搭接帷幕灌漿孔3排(角度分別為下傾15°、水平、上仰15°)，孔深7 m 左右，縱向孔距2 m，梅花形布置。

(5)帷幕灌漿單孔深5～110.5 m。2 410.5 m高程廊道灌漿孔深度最大，為110.5 m。

2 帷幕灌漿施工工藝

為進(jìn)一步了解巖體的情況，提供設(shè)計(jì)及各方所需的各類參數(shù)，驗(yàn)證機(jī)具的適宜性及工藝的合理性，確定鉆孔布置方式、分序、灌注方法、孔深、灌段長(zhǎng)度、灌漿壓力、開(kāi)灌水灰比、變漿原則、終灌標(biāo)準(zhǔn)等試驗(yàn)參數(shù)，在進(jìn)行正式帷幕灌漿施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)帷幕灌漿試驗(yàn)大綱，監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)方共同選擇了地質(zhì)條件與實(shí)際灌漿區(qū)相似的地段作為灌漿試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行帷幕灌漿試驗(yàn)，并在灌漿過(guò)程中對(duì)一些詳細(xì)控制措施進(jìn)行了一定探索。最后，根據(jù)試驗(yàn)成果確定了本工程帷幕灌漿的施工工藝、參數(shù)及一些詳細(xì)控制的方法。

2.1 帷幕灌漿工藝流程

采用“孔內(nèi)循環(huán)、孔口封閉、自上而下、分段灌漿”進(jìn)行灌漿施工時(shí)，在孔口段(1～2 m左右)進(jìn)行首段灌漿后，埋設(shè)孔口管，而后自上而下分段鉆進(jìn)，其下各段安設(shè)孔口封閉器進(jìn)行灌漿，如此循環(huán)鉆灌直至結(jié)束。

2.2 灌漿孔分序

帷幕灌漿按分序加密的原則進(jìn)行。

(1)搭接灌漿孔布置3排，帷幕灌漿孔布置兩排。

(2)兩排孔帷幕先灌注下游排，后灌注上游排。

(3)灌漿孔分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序。

(4)同排灌漿孔按分序加密的原則施灌，先灌Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔，最后灌Ⅲ序孔。

(5)采用自上而下分段灌漿法或孔口封閉灌漿法進(jìn)行帷幕灌漿時(shí)，同一排相鄰的兩個(gè)次序孔之間以及后序排的第一次序孔與其相鄰部位前序排的最后次序孔之間，在巖石中鉆孔灌漿的高差不小于15 m。

2.3 灌漿孔段的長(zhǎng)度劃分及調(diào)整原則

2.3.1 灌漿段長(zhǎng)度

灌漿段長(zhǎng)度采用2～5 m，見(jiàn)表1～2。

表1 搭接灌漿孔鉆灌段長(zhǎng)初擬值表

表2 帷幕灌漿孔鉆灌段長(zhǎng)初擬值

2.3.2 灌漿段長(zhǎng)度的調(diào)整原則

灌漿段的長(zhǎng)度根據(jù)被灌地層的裂隙發(fā)育程度、孔壁破碎與穩(wěn)定情況、滲透性、鉆孔過(guò)程中巖性的變化情況以及實(shí)際送漿能力等因素綜合確定。

(1)地層的透水性和吸漿率愈大，灌漿段長(zhǎng)度愈短;反之，則可適當(dāng)加長(zhǎng)。

(2)在保證設(shè)備的供漿能力大于全灌漿段的吸漿率并可使灌漿很快達(dá)到要求壓力的條件下，灌漿段可適當(dāng)加長(zhǎng)。

(3)在鉆遇大裂隙及嚴(yán)重不返水地段時(shí)，立即停止鉆進(jìn)并作為一段進(jìn)行灌漿。

(4)灌漿段巖體盡量為同一巖性。

(5)根據(jù)地質(zhì)體滲透性進(jìn)行調(diào)整:①弱透水性(＜5 Lu)巖層，段長(zhǎng)5～8 m，不大于10 m;②中等透水性(5～10 Lu)巖層，段長(zhǎng)5 m;③透水性較大(＞10 Lu)巖層，段長(zhǎng)＜5 m。

2.4 灌漿壓力

2.4.1 灌漿壓力的影響

灌漿壓力是注漿擴(kuò)散能量的來(lái)源，亦是控制灌漿質(zhì)量的重要因素。

(1)對(duì)于孔隙發(fā)育、可灌性較好的地層配套適宜的灌漿壓力，其作用為:①將漿液壓入地層孔隙并使其在壓力連續(xù)作用下，結(jié)石充填飽滿、密實(shí)。②漿液獲得較大的擴(kuò)散半徑，可使孔距增大、孔數(shù)減少，期望達(dá)到減少工程量的目的。

(2)對(duì)于由細(xì)小孔隙組成的可灌性差的地層，使用水灰比較大的漿液及較高的灌漿壓力，期望在地層中產(chǎn)生下列效應(yīng):①孔隙被擴(kuò)寬，使細(xì)小的巖縫也能灌入顆粒狀材料并可使其滲入到較遠(yuǎn)的距離，從而有效防滲。②可灌性不好的地層受劈裂作用產(chǎn)生了一些新的孔隙，可接受更多的漿液，獲得更好一些的灌漿效果。③水灰比較大的漿液能在孔隙內(nèi)擴(kuò)散，形成強(qiáng)度較高的結(jié)石體。④使地層獲得一定程度的預(yù)加應(yīng)力，此應(yīng)力可以抵消一部分荷載，增強(qiáng)地層的抗剪強(qiáng)度，有助于漿液的排水固結(jié)和結(jié)石密實(shí)。

(3)灌漿壓力過(guò)大的危害:①使?jié){液擴(kuò)散半徑過(guò)大，造成浪費(fèi)。②超過(guò)地層的臨界灌漿壓力，使地層發(fā)生過(guò)量抬動(dòng)，破壞地層原生結(jié)構(gòu)。③對(duì)于可灌性差的巖體，高壓力的水泥灌漿并不一定形成有效的防滲體系。

2.4.2 灌漿壓力選擇原則

(1)適宜的灌漿壓力既要大到使地層孔隙得到充分的灌注，又不致給地層帶來(lái)不利影響。

(2)選擇合適的灌漿壓力，使之既取得好的灌漿技術(shù)效果，又能獲得合理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2.4.3 灌漿壓力采用值

根據(jù)上述分析，結(jié)合本工程大壩水頭影響情況，選取的帷幕灌漿孔灌漿壓力值見(jiàn)表3。

2.4.4 灌漿壓力的調(diào)整

在灌漿過(guò)程中，應(yīng)盡量盡快采用大的灌漿壓力并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

表3 帷幕灌漿灌漿壓力表

(1)結(jié)合被灌地質(zhì)體結(jié)構(gòu)、埋深、透水性進(jìn)行調(diào)整。灌漿深度并不完全決定灌漿壓力。深部巖體漿力劈裂與否決定于鉆孔周圍的巖體強(qiáng)度，而巖體強(qiáng)度與巖體埋藏深度無(wú)關(guān)，因此，灌漿壓力隨灌漿深度增加并不一定切合實(shí)際。

(2)根據(jù)地層抬動(dòng)情況進(jìn)行調(diào)整。

(3)結(jié)合漿液水灰比進(jìn)行調(diào)整。

(4)后次序孔的灌漿壓力可較前序孔依次提高10%～15%左右。

2.5 灌漿壓力與注入率的協(xié)調(diào)控制

灌漿過(guò)程中，選用適宜的漿液、適時(shí)地變換漿液配合比、合理地控制灌漿壓力并使它們之間很好地配合是保證灌漿質(zhì)量的重要因素。

2.5.1 灌漿壓力與注漿率是互相關(guān)聯(lián)、互為因果的兩個(gè)參數(shù)

(1)一般規(guī)律為:灌漿壓力越高，注漿率越大;當(dāng)壓力升高到超過(guò)巖石強(qiáng)度或突破軟弱充填物時(shí)，會(huì)出現(xiàn)注漿率異常增大或壓力突降。

(2)灌漿壓力與注漿率的匹配原則:①當(dāng)?shù)貙映詽{量很大、注入率很高時(shí)，采用低壓或“無(wú)壓”灌注，并及時(shí)調(diào)整漿液水灰比;②當(dāng)?shù)貙映詽{量較小、注入率較低時(shí)，盡快將壓力升到最大值，并適時(shí)調(diào)整漿液水灰比。

2.5.2 灌漿過(guò)程中灌漿壓力和注入率的協(xié)調(diào)控制方法

灌漿壓力與注入率的協(xié)調(diào)關(guān)系見(jiàn)表4。

表4 灌漿壓力與注入率關(guān)系表

(1)地層吸漿量較小(注入率≤10 L/min)。

盡快將灌漿壓力升到規(guī)定值，在規(guī)定的灌漿壓力下灌注。①灌漿開(kāi)始時(shí)，將壓力盡快升到規(guī)定壓力，單位吸漿量不限，在規(guī)定的壓力下按規(guī)范要求變換漿液水灰比，逐級(jí)加濃，直至達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。②此法用于透水性不大、孔隙不甚發(fā)育地層;但對(duì)于由多組細(xì)小孔隙組成的地層和透水率較大的地層，在試驗(yàn)過(guò)程中也采用該法。

(2)地層吸漿量較大(10 L/min＜注入率≤30 L/min)。

將灌漿壓力分為幾個(gè)階段，逐級(jí)升高到規(guī)定的壓力值并嚴(yán)格控制升壓速度。①灌漿開(kāi)始，如果吸漿量大，使用最低一級(jí)的壓力灌注;②當(dāng)注入率減少到一定限度(20 L/min)，則將壓力升高一級(jí);③當(dāng)注入率減少到10 L/min，再升高一級(jí)壓力;④如此進(jìn)行，直到在規(guī)定壓力下灌至注入率減少到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)即可結(jié)束灌漿;⑤此法擬用于孔隙發(fā)育等透水率較大地層。在使用此法過(guò)程中，避免過(guò)快變換漿液水灰比，以增強(qiáng)灌漿效果的可靠性。

(3)地層吸漿量很大(注入率＞30 L/min)。

采用低壓或“無(wú)壓”灌注較濃漿液，控制注入率≤20 L/min，單延米耗灰在一定數(shù)量時(shí)開(kāi)始間歇或待凝。

2.5.3 灌漿時(shí)地表出現(xiàn)抬動(dòng)時(shí)的處理措施

當(dāng)?shù)乇戆l(fā)生抬動(dòng)時(shí)，及時(shí)分析引起抬動(dòng)的原因(如灌漿壓力過(guò)高或注漿量過(guò)大)，采取降低灌漿壓力、降低注漿率等措施。

2.6 漿液比級(jí)的選擇及變換

2.6.1 漿液及比級(jí)

漿液水灰比初步選用 5 ∶1、3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1、0.8 ∶1、0.6 ∶1(或 0.5 ∶1)六個(gè)比級(jí)(重量比級(jí))。

2.6.2 開(kāi)灌水灰比

開(kāi)灌水灰比的大小對(duì)灌漿效果、灌漿成本有很大的影響。開(kāi)灌水灰比過(guò)大，將使大量稀漿流到設(shè)計(jì)帷幕以外很遠(yuǎn)的地方而造成浪費(fèi);開(kāi)灌水灰比過(guò)小，將使裂隙過(guò)早被堵塞，導(dǎo)致灌漿達(dá)不到理想效果。開(kāi)灌水灰比根據(jù)灌前簡(jiǎn)易壓水值確定，設(shè)計(jì)的基本原則為:

(1)當(dāng)?shù)貙觪≤5 Lu時(shí)，采用水灰比為5∶1的漿液開(kāi)灌。

(2)當(dāng)?shù)貙?＜q≤10 Lu時(shí)，選擇水灰比為2∶1的漿液開(kāi)灌。

(3)當(dāng)?shù)貙觪≥10 Lu時(shí)，選擇水灰比為1∶1的漿液開(kāi)灌。

實(shí)際開(kāi)灌水灰比根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

2.6.3 漿液變換

合理的漿液變換有利于提高灌漿質(zhì)量。過(guò)早地使用濃漿，常易將細(xì)小裂縫進(jìn)口堵塞，從而影響灌漿效果;灌注稀漿過(guò)多，也易延長(zhǎng)灌注時(shí)間，導(dǎo)致漿液過(guò)度擴(kuò)散，造成材料的浪費(fèi)，而且稀漿形成的水泥結(jié)石耐久性差。

灌漿漿液由稀至濃逐級(jí)變換，其變換原則為:

(1)當(dāng)灌漿壓力保持不變、注入率持續(xù)減少時(shí)，或注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)不得改變水灰比。

(2)當(dāng)某一比級(jí)漿液注入量已達(dá)300 L以上、或灌注時(shí)間已達(dá)30 min，而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不顯著時(shí)，改濃一級(jí)水灰比。

(3)當(dāng)注入率大于30 L/min時(shí)，可根據(jù)具體情況越級(jí)變濃。

(4)灌漿過(guò)程中，灌漿壓力或注入率突然改變較大時(shí)，應(yīng)立即查明原因，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。

2.7 回漿量控制

灌漿過(guò)程中，經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)并上下活動(dòng)灌漿管，且保持回漿量大于15 L/min，以防止灌漿管在孔內(nèi)被水泥凝住，造成灌漿中斷。

2.8 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

帷幕灌漿各灌漿段的結(jié)束條件為:

帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法時(shí)，灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下、注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注60 min后可結(jié)束灌漿。

2.9 特殊情況處理

2.9.1 冒漿、漏漿

灌漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時(shí)，根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限量、間歇灌漿等方法進(jìn)行處理。

2.9.2 串 漿

灌漿過(guò)程中發(fā)生串漿時(shí)，如串漿孔具備灌漿條件，可一泵一孔同時(shí)進(jìn)行灌漿。否則，塞住串漿孔，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，再對(duì)串漿孔進(jìn)行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進(jìn)或灌漿。

2.9.3 灌漿中斷

灌漿須連續(xù)進(jìn)行。若因故中斷，按下述原則處理:

(1)盡快恢復(fù)灌漿，否則立即沖洗鉆孔，而后恢復(fù)灌漿。若無(wú)法沖洗或沖洗無(wú)效則掃孔后復(fù)灌。

(2)恢復(fù)灌漿時(shí)，使用開(kāi)灌比級(jí)的水泥漿灌注。若注入率與中斷前的相近，采用中斷前的比級(jí)水泥漿灌注，如注入率較中斷前減少較多，則逐級(jí)加濃漿繼續(xù)灌注;如注入率較中斷前減少很多，且在短時(shí)間內(nèi)停止吸漿，則采取補(bǔ)救措施。

(3)涌水孔段。對(duì)于孔口有涌水的灌漿孔段，灌漿前測(cè)記涌水壓力和涌水量，根據(jù)涌水情況，綜合選用純壓式灌漿、提高灌漿壓力、濃漿、閉漿、待凝等措施進(jìn)行處理。

(4)灌漿段注入量大而難以結(jié)束時(shí)，可采用下列措施進(jìn)行處理:①低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿;②加速凝劑。

(5)灌漿孔段遇特殊情況時(shí)，無(wú)論采用何種措施進(jìn)行處理，其復(fù)灌前都應(yīng)進(jìn)行掃孔，復(fù)灌后都應(yīng)達(dá)到規(guī)定的結(jié)束條件。

2.10 封 孔

灌漿孔灌漿結(jié)束后，采用“全孔灌漿封孔法”封孔。

(1)全孔灌漿完畢，先采用灌漿管將孔內(nèi)余漿置換成水灰比為0.5∶1的濃漿，而后將灌漿塞塞在孔口，繼續(xù)使用這種濃漿進(jìn)行純壓式灌漿封孔。封孔灌漿的壓力可使用該孔最大灌漿壓力，灌漿持續(xù)時(shí)間不小于1 h。

(2)待孔內(nèi)水泥漿液凝固后，對(duì)鉆孔空余部位使用干硬性水泥砂漿封填密實(shí)。

3 結(jié)語(yǔ)

作為地下隱蔽工程，帷幕灌漿的質(zhì)量控制一直以來(lái)都較為困難。本工程監(jiān)理工程師主要采用編制質(zhì)量控制點(diǎn)和全過(guò)程旁站的監(jiān)理方法進(jìn)行質(zhì)量控制。

對(duì)于孔位、孔徑、孔斜、孔深、分序分段、裂隙沖洗、灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)、封孔等必須進(jìn)行嚴(yán)格量化或有明確標(biāo)準(zhǔn)的控制項(xiàng)目，嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行控制;對(duì)于灌漿中需要靈活控制的如灌漿初始?jí)毫?升壓控制)、初始漿液選擇和變換、注入率控制、注入率與壓力的協(xié)調(diào)控制、灌漿間歇或待凝時(shí)間選擇、特殊情況處理等，原則上均按上述參數(shù)確定的原則進(jìn)行控制。

通過(guò)帷幕灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)檢查、取芯以及大壩的初期蓄水檢驗(yàn)，獅子坪水電站大壩帷幕灌漿效果明顯，無(wú)滲漏，達(dá)到了大壩防滲的設(shè)計(jì)要求，論證了獅子坪水電站帷幕灌漿所采用的施工工藝、灌漿參數(shù)是合理的，工程質(zhì)量控制達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。