□劉英豪（內(nèi)鄉(xiāng)縣水利技術(shù)指導(dǎo)站）

碾壓混凝土大壩帷幕灌漿試驗(yàn)方案研究

□劉英豪（內(nèi)鄉(xiāng)縣水利技術(shù)指導(dǎo)站）

文章結(jié)合河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣打磨崗灌區(qū)煙草水源工程雲(yún)露湖水庫(kù)碾壓混凝土大壩帷幕灌漿施工，在有代表性的廊道地段進(jìn)行帷幕灌漿試驗(yàn)，采用自下而上的灌漿施工方法，提出孔深、孔距、漿液方式、灌漿壓力、灌漿配比等技術(shù)參數(shù)，來(lái)論證帷幕灌漿試驗(yàn)方案和施工參數(shù)在技術(shù)上的可行性、施工效果的可靠性、經(jīng)濟(jì)上的合理性，以指導(dǎo)全段帷幕灌漿施工，確保其滿足設(shè)計(jì)要求。

碾壓混凝土大壩；帷幕灌漿；試驗(yàn)方案

1 工程概況

河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣打磨崗灌區(qū)煙草水源工程是中國(guó)煙草總公司援助河南省項(xiàng)目，總投資17464.83萬(wàn)元。主要內(nèi)容包括：雲(yún)露湖水庫(kù)、打磨崗灌區(qū)引水工程及灌區(qū)骨干工程。工程建成后每年可從雲(yún)露湖水庫(kù)調(diào)水1100萬(wàn)m3至打磨崗水庫(kù)，使打磨崗灌區(qū)灌溉面積由3413.33hm2擴(kuò)大到7853.33hm2。

雲(yún)露湖水庫(kù)位于南陽(yáng)市內(nèi)鄉(xiāng)縣馬山口鎮(zhèn)杜洛莊村外坡自然村上游約400m處的青山河上，壩址控制流域面積112.30km2，水庫(kù)總庫(kù)容983.30萬(wàn)m3，興利庫(kù)容562.00萬(wàn)m3，大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高47.50m，壩頂長(zhǎng)度234.00m，其中溢流壩段總寬100.00m，凈寬90.40m，共5孔，是一座以灌溉供水為主要任務(wù)的?、判退こ?。

為保證大壩安全，設(shè)計(jì)對(duì)大壩壩基及左右岸山體進(jìn)行帷幕灌漿。帷幕灌漿范圍包括大壩樁號(hào)0-007.60m至0+268.40m段及庫(kù)區(qū)左岸樁號(hào)0+001m至上0+133m段，處理范圍總長(zhǎng)度408m，灌漿孔孔數(shù)206孔，總進(jìn)尺5188.20m。灌漿孔分三序加密，一序孔孔間距8m，二序孔孔間距4m，三序孔孔間距4m，終孔孔間距2m。灌漿孔進(jìn)入基巖中等透水下限值為5m，透水率≤5Lu。

2 帷幕灌漿試驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)

依據(jù)《內(nèi)鄉(xiāng)縣打磨崗灌區(qū)煙草水源工程設(shè)計(jì)圖紙》、《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》和《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》等，編制試驗(yàn)方案，并通過在有代表性的廊道地段進(jìn)行帷幕灌漿試驗(yàn)和檢查孔的壓水試驗(yàn)，檢驗(yàn)透水率是否滿足設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)≤5Lu；根據(jù)施工記錄，提出鉆孔深度、鉆孔間距、灌漿方式、漿液壓力、灌漿配合比等技術(shù)參數(shù)，來(lái)論證帷幕灌漿試驗(yàn)方案和施工參數(shù)在技術(shù)上的可行性、施工效果的可靠性、經(jīng)濟(jì)上的合理性，以指導(dǎo)全段帷幕灌漿施工，確保其滿足設(shè)計(jì)要求。

3 帷幕灌漿試驗(yàn)場(chǎng)地的選擇和布孔

3.1 工程地質(zhì)條件

大壩庫(kù)區(qū)處于伏牛山南坡、五朵山南麓中低山區(qū)域，山脈總體走向呈NE-SW，地勢(shì)北東高南西低，山體自然坡度35～65°之間，海拔多在480～610m，個(gè)別地段地勢(shì)險(xiǎn)峻，呈懸崖峭壁。分布于庫(kù)區(qū)的地層較單一，主要為西期花崗巖，少量的下元古界黑云母石英片巖、大理巖，第四系零星發(fā)育沖洪積、殘坡積地層及人工堆積層。

3.2 試驗(yàn)場(chǎng)地的選擇及試驗(yàn)檢查孔的布置

在廊道內(nèi)樁號(hào)0+100.40m至0+124.40m段作為灌漿試驗(yàn)段，其孔號(hào)為W55～W67，共計(jì)13個(gè)孔。根據(jù)實(shí)際灌漿情況及監(jiān)理要求，在W56#與W57#之間布置檢查孔SW-J-4，在W61#與W62#之間布置檢查孔SW-J-5，在W65#與W66#之間布置檢查孔SW-J-6。

3.3 試驗(yàn)孔施工條件

本次廊道內(nèi)試驗(yàn)孔在大壩高度上升至290.00m后進(jìn)行，壩體上升高度＞20m，且壩體混凝土強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。上游河床水位260.00m，廊道內(nèi)試驗(yàn)孔孔口高程為263.30m，孔口高程高于上游水位。試驗(yàn)區(qū)的固結(jié)灌漿已全部完成并檢查合格。試驗(yàn)孔的施工條件符合要求。

4 帷幕灌漿試驗(yàn)

4.1 帷幕灌漿試驗(yàn)參數(shù)的選擇

孔深：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鉆入弱透水層≥5m?？讖剑洪_孔孔徑75mm，終孔孔徑75mm。灌漿壓力見表1。漿液配合比灌漿漿液水灰比采用5：1，3：1，2：1，1：1，0.80：1，0.60：1，0.50：1，7個(gè)比級(jí)，開灌漿液水灰比5：1。

4.2 帷幕灌漿試驗(yàn)工藝

測(cè)量-布孔-鉆孔-沖洗-壓水試驗(yàn)-制漿-灌漿-封孔-檢查。試驗(yàn)孔灌漿完成14d后進(jìn)行施工質(zhì)量檢查。

表1 各階段灌漿壓力表

4.3 灌漿投入的機(jī)械及設(shè)備

2臺(tái)GJ-150A型地質(zhì)鉆機(jī)，2臺(tái)SNS150/3.5A型灌漿泵，2臺(tái)HBW50/1.5型灌漿機(jī)組，2臺(tái)YJ-340型灰漿攪拌機(jī)。

4.4 人員組織投入

投入13人，其中管理人員3人，鉆機(jī)工2人，灌漿工2人，輔助工人6人。

5 帷幕灌漿孔施工

5.1 試驗(yàn)段代表孔選擇

選用廊道內(nèi)0+100.40m至0+124.40m段作為本工程廊道及壩頂灌漿試驗(yàn)段，其孔號(hào)為W55-W67。

5.2 鉆孔工藝及流程圖

鉆孔工藝及流程圖為：鉆機(jī)定位→開始鉆孔→鉆孔施工→沖洗鉆孔→最底端壓水試驗(yàn)→基巖灌漿→下一段灌漿→壓力封閉孔口→本孔鉆孔及灌漿結(jié)束→移動(dòng)鉆機(jī)

5.3 灌漿孔沖洗及壓水試驗(yàn)

5.3.1 鉆孔施工結(jié)束后，鉆具下到孔底，注入大流量水流，從孔內(nèi)向孔外沖洗，直至回清水10min以上，保證孔底沉淀厚度＜20cm。對(duì)回水達(dá)不到澄清要求的孔段，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行沖洗，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。

5.3.2 灌漿開始前，首先進(jìn)行基巖裂隙沖洗（沖洗壓力為灌漿壓力值的80%，且≤1MPa），然后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，對(duì)于先導(dǎo)孔，應(yīng)自上而下分段進(jìn)行壓水，其他灌漿孔在灌漿開始前進(jìn)行孔底段簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)的壓力值為灌漿壓力值的80%。

帷幕灌漿壓入漿液流量穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)：在穩(wěn)定的壓力下每隔3-5min測(cè)讀一次壓入流量值，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%，或最大值與最小值之差＜1L/min時(shí)，本階段灌漿試驗(yàn)即可結(jié)束，取最終值為計(jì)算值。根據(jù)最終流量值讀數(shù)作為計(jì)算流量值，按以下公式計(jì)算單位吸水率。（1）

式中：q─試驗(yàn)段透水率，lu；Q─壓力流量值，L/min；P─作用于試驗(yàn)段的全壓力值，Mpa；L─試驗(yàn)段長(zhǎng)度，m；

5.4 灌漿

5.4.1 制備漿液

采用PO42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥細(xì)度為通過80цm方孔篩的篩余量≤5%。水采用潔凈水。制備漿液時(shí)，水泥和水必須稱量，稱量誤差＜5%；漿液采用高速攪拌機(jī)攪拌均勻，攪拌時(shí)間＞30s，漿液從制備到用完，時(shí)間≤4h；寒冷季節(jié)施工應(yīng)做好機(jī)械設(shè)備和灌漿用管路的防寒及保暖工作，保持漿液溫度控制在5～400℃之間。漿液在開始使用前應(yīng)當(dāng)過篩。

5.4.2 灌漿段長(zhǎng)度

灌漿段長(zhǎng)度一般為5～6m，當(dāng)巖石為比較完整的巖石時(shí)，灌漿段應(yīng)適當(dāng)增加長(zhǎng)度，但最長(zhǎng)≤10m；當(dāng)巖體破碎且孔壁不穩(wěn)定時(shí)，灌漿段長(zhǎng)度應(yīng)適當(dāng)縮短?；炷梁突鶐r接觸處的灌漿段長(zhǎng)度為2～3m。灌漿時(shí)灌漿塞阻應(yīng)設(shè)在各灌漿段段頂0.50m處，防止漏灌。

5.4.3 灌漿漿液及壓力變換

灌漿時(shí)自上而下應(yīng)逐段增加壓力，灌漿壓力要盡快達(dá)到設(shè)計(jì)值，但在注入率大時(shí)應(yīng)當(dāng)分級(jí)升壓，漿液濃度要由稀至濃逐級(jí)進(jìn)行變換,漿液共分為5：1、3：1、2：1、1：1、0.80：1、0.60：1、0.50：1七個(gè)比級(jí)，開始灌漿時(shí)水灰比采用比級(jí)為5：1?？卓跓o(wú)涌水的孔段，灌漿結(jié)束后可不待凝，但在斷層、破碎帶等地質(zhì)條件復(fù)雜地層則宜待凝，但待凝時(shí)間應(yīng)當(dāng)根據(jù)地質(zhì)條件和工程設(shè)計(jì)要求確定。

當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不準(zhǔn)改變水灰比。

當(dāng)某一比級(jí)漿液注入量＞300L以上，或灌注時(shí)間＞30 min，但灌漿壓力和注入率均沒有顯著的改變時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)調(diào)換成濃一級(jí)水灰比漿液進(jìn)行灌注。

當(dāng)注入率＞30L/min時(shí)，要注意根據(jù)施工的具體情況，也可越級(jí)變濃。

5.4.4 灌漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)

在最大設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率≤1L/min時(shí)，再繼續(xù)灌注30min后，灌漿即可以結(jié)束。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件比較復(fù)雜，地下水流速較大、漿液注入量較大、灌漿壓力較低時(shí)，持續(xù)灌注的時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)；當(dāng)巖體比較完整、漿液注入量較小時(shí)，持續(xù)灌注時(shí)間可適當(dāng)縮短。當(dāng)灌漿長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的要求時(shí)，應(yīng)立即報(bào)請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師進(jìn)行研究處理。

5.5 灌漿封孔要求

一個(gè)試驗(yàn)孔灌漿完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后，必須對(duì)鉆孔進(jìn)行封孔處理。封孔采用全孔灌漿封孔法，全孔灌漿完畢后，灌注水灰比為0.50：1的濃漿，將灌漿塞塞在孔口，進(jìn)行純壓式灌漿封孔，封孔壓力為2MPa，灌漿時(shí)間≥1h。待孔內(nèi)水泥漿凝固后，灌漿孔上部空余部分＞3m時(shí)，應(yīng)繼續(xù)按照上述方法進(jìn)行封孔；＜3m時(shí)，采用干硬性M10水泥砂漿進(jìn)行人工封孔，封孔時(shí)要求振搗密實(shí)。

6 特殊情況處理措施

本實(shí)驗(yàn)段施工中，對(duì)吸漿量較大的試驗(yàn)孔，報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師到場(chǎng)研究，采取及時(shí)調(diào)換漿液配合比，換成濃漿，并適當(dāng)降低壓力等處理措施進(jìn)行灌注，取得了較好的灌漿效果。

7 質(zhì)量檢查

檢查孔壓水試驗(yàn)可以在該部位灌漿結(jié)束后14d進(jìn)行。質(zhì)量檢查要以分析檢查孔壓水試驗(yàn)的成果為主，結(jié)合鉆孔時(shí)間、檢查孔鉆取的芯樣資料、灌漿施工記錄數(shù)值以及測(cè)量試驗(yàn)成果等資料數(shù)值，評(píng)定其灌漿質(zhì)量。

8 試驗(yàn)成果分析

8.1 試驗(yàn)成果資料分析

試驗(yàn)段施工歷時(shí)30d，完成試驗(yàn)孔13個(gè)，鉆孔長(zhǎng)度290.90m，灌漿長(zhǎng)度223.70m，注入水泥9005.30kg，平均消耗水泥40.30kg/m。試驗(yàn)段灌漿各次序成果匯總見表2。

表2 試驗(yàn)孔分序成果匯總表

該試驗(yàn)段檢查孔共布置3個(gè)孔，歷時(shí)6d。試驗(yàn)檢查孔壓水成果見表3：

表3 檢查孔壓水試驗(yàn)成果匯總表

經(jīng)對(duì)試驗(yàn)檢查孔壓水實(shí)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，試驗(yàn)檢查透水率頻率分布見表4。

表4 試驗(yàn)段檢查孔透水率頻率分布統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)各灌漿孔的透水率及單位吸漿量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)灌漿后，檢查孔透水率及吸漿量明顯減小，說明灌漿效果較好，檢查試驗(yàn)區(qū)滿足設(shè)計(jì)要求。因此可以將灌漿試驗(yàn)區(qū)內(nèi)所進(jìn)行的試驗(yàn)性灌漿作為將來(lái)正式帷幕灌漿的一個(gè)組成部分，試驗(yàn)段不再進(jìn)行二次灌漿。

8.2 抬動(dòng)觀測(cè)分析

抬動(dòng)觀測(cè)是在灌漿過程中進(jìn)行的。根據(jù)灌漿前后的觀測(cè)評(píng)價(jià)，抬動(dòng)觀測(cè)值為0，沒有出現(xiàn)抬動(dòng)觀測(cè)變形現(xiàn)象，不會(huì)影響后續(xù)施工，因此灌漿壓力數(shù)值可以作為后期灌漿施工時(shí)的依據(jù)。

9 結(jié)語(yǔ)

帷幕灌漿試驗(yàn)采用自下而上的方式進(jìn)行灌漿，灌漿水泥使用P.O42.5水泥，帷幕灌漿分三個(gè)序孔進(jìn)行施工，一序孔孔間距為8m，二序孔孔間距為8m，三序孔孔間距為4m，終孔孔間距為2m，鉆孔直徑為75mm，鉆孔深度為設(shè)計(jì)孔深值，灌漿段長(zhǎng)度為5～6m，灌漿壓力數(shù)值自上而下分別為0.40MPa、0.60Mpa、0.80MPa、1.00MPa，最大壓力值為1MPa，灌漿漿液比為5：1、3：1、2：1、1：1、0.80：1、0.60：1、0.50：1，7個(gè)比級(jí)。從灌漿試驗(yàn)成果分析看，本次帷幕灌漿效果較好，試驗(yàn)成果均能滿足設(shè)計(jì)要求，因此上述施工參數(shù)可以作為下一步全壩段正式帷幕灌漿的依據(jù)。

（責(zé)任編輯：左英勇）

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2016-04-25