袁曉楠 袁宗洪

摘要：在水庫大壩施工中，對壩基進行帷幕灌漿是防滲處理的主要措施。概述了夾巖水利樞紐工程在泥質(zhì)粉砂巖地層中進行帷幕灌漿施工試驗的技術(shù)要求、孔位布置、灌漿材料、施工工藝、特殊情況處理，對試驗成果進行了分析，提出了設(shè)計方案和施工參數(shù)優(yōu)化建議，為后期壩段其他部位的灌漿施工提供了有效參數(shù)。

關(guān)鍵詞：壩基防滲;帷幕灌漿;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號：TV543.5文獻標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.018

Abstract： Curtain grouting that stops leakages in the dam foundation is a major anti-seepage technique， which is often employed in the construction of reservoir dam. This paper briefly describes the geological， hydrological and meteorological conditions of the dam site area of the Jiayan Hydro-complex Project， and introduces the technical requirements， layout of the drilling holes， grouting materials，construction technologies， special cases treatments and experiment results analysis， puts forward curtain grouting design scheme and suggestions on optimizing construction parameters. The analyzing results provide useful parameters for the grouting of other parts of the dam section.

Key words： dam foundation anti-seepage; curtain grouting; Jiayan Hydro-complex project; Guizhou Province

1 研究背景

1.1 工程概況

夾巖水利樞紐及黔西北供水工程（以下簡稱“夾巖工程”）包括水源樞紐工程、畢大供水工程、灌區(qū)骨干輸水工程3個部分。水庫大壩壩址位于貴州省畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)與納雍縣交界的烏江支流六沖河中游河段上，水庫集水面積4 312 km2。大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 328 m，最大壩高154 m。水庫正常蓄水位1 323 m，死水位1 305 m，水庫總庫容13.23億m3，灌溉面積6萬hm2（90.03萬畝），電站裝機容量90 MW。

水源樞紐工程總體布置為：在河床布置混凝土面板堆石壩;左岸布置開敞式溢洪道、泄洪洞和放空洞;右岸布置發(fā)電引水系統(tǒng)和壩后電站廠房。為解決大壩防滲問題，沿大壩趾板布置防滲帷幕，并向兩巖山體延伸約250 m。

1.2 地質(zhì)條件

壩址區(qū)兩岸地形呈“V”字形，基巖裸露，地形坡度36°～42°。地質(zhì)巖性主要為T1f2—3—3紫紅色泥質(zhì)粉砂巖和T1f2—3—2中厚層細砂巖。巖層產(chǎn)狀300°～306°∠26°～31°，強風(fēng)化巖體深度10～15 m，節(jié)理裂隙較發(fā)育，強風(fēng)化巖體結(jié)構(gòu)以碎裂狀為主，完整性差，巖體壓水透水率在10～33 Lu之間，局部達50 Lu，屬強至中等透水層;弱風(fēng)化巖體深度16～20 m，巖體結(jié)構(gòu)以中厚層夾薄層狀為主，透水率多在3 Lu以下，埋深在基巖面16～20 m以下。趾板線高程1 315 m發(fā)育f12壓性斷層，根據(jù)平硐及地表公路開挖揭露，斷層破碎帶寬度0.3～0.5 m，影響帶1～5 m，破碎帶及影響帶巖體較破碎，為碎裂狀巖體[1]。

1.3 水文和氣象條件

壩址區(qū)河床段地下水位較淺，兩岸山坡較深，無地下水出露。但降雨后一段時間，臨時出水點較多。因左岸為順向坡，降雨后出水點尤其多。根據(jù)壩址上游赫章站氣象資料，工程區(qū)域多年平均氣溫13.3℃，極端最高氣溫36.4℃（1988年5月6日），極端最低氣溫-10.1℃（1977年2月9日）。多年平均降水量849 mm，年平均日照時數(shù)1 415.6 h，大風(fēng)日數(shù)10.1 d，全年無霜期246 d，最大積雪深度14 cm[1]。

2 帷幕灌漿試驗?zāi)康?/p>

（1）驗證設(shè)計確定了帷幕灌漿漿液類型、水灰比的可灌性;推薦適宜的灌漿材料和最優(yōu)漿液配合比。

（2）驗證設(shè)計方案的可行性，包括布孔間排距、灌漿壓力等參數(shù)選擇的可行性。

（3）論證帷幕灌漿所采用的方法及技術(shù)參數(shù)的可行性、效果可行性以及經(jīng)濟合理性，提出灌漿施工方法以及符合實際的施工工藝（灌漿機具設(shè)備選用等）。

（4）研究特殊地質(zhì)條件如巖石破碎帶、斷層的灌漿材料及工藝控制要求。

3 帷幕灌漿試驗設(shè)計

3.1 總體設(shè)計方案

工程帷幕兩端端點接水庫正常蓄水位與地下水位交點，防滲帷幕線總長1 186.01 m。其中兩岸山體即右岸帷0+000.00～帷0+145.47、左岸帷0+936.134～帷1+186.016段帷幕為單排布置，灌漿孔間距2 m;大壩范圍沿趾板線布置，帷0+145.47～帷0+936.134段帷幕為雙排布置，排距1.5 m，孔距2 m，梅花形布置。防滲下限兩壩肩按巖體壓水呂容值q=3 Lu等值線以下5 m控制，壩體范圍按巖體壓水呂容值q=3 Lu等值線以下10 m控制。帷幕鉆孔57 519.56 m，灌漿進尺55 264.07 m[1]。

3.2 試驗區(qū)設(shè)計

根據(jù)設(shè)計意見，帷幕灌漿試驗區(qū)選在趾板水平段第28單元（孔號為W272～W281、W793～W802，樁號為帷0+542.22～帷0+562.22）進行帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗。孔位布置見圖1。試驗區(qū)孔位布置及地質(zhì)剖面見圖2。

3.3 ? ? ?試驗區(qū)灌漿參數(shù)

（1）灌漿采用純水泥漿漿液，初步擬定漿液的水灰比為5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.7∶1，0.5∶1共6個比級，可根據(jù)試驗情況作適當(dāng)調(diào)整。漿液變換遵循由稀到濃的原則，逐級改變，開灌水灰比為5∶1。漿液水灰比變換及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)按照SL 62-2014《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》[2]執(zhí)行。

（2）設(shè)計灌漿壓力為2.5～3.0 MPa，灌漿壓力與灌漿段長的對應(yīng)關(guān)系見表1。

（3）其他技術(shù)要求遵照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》。

（4）灌漿結(jié)束14 d后，檢查孔壓水試驗以檢查灌漿質(zhì)量，結(jié)合灌漿資料分析綜合評定灌漿試驗效果。

4 帷幕灌漿施工

4.1 施工順序

試驗按照“分排、分序、加密”的原則施工，即先下游施工排，再上游施工排。排內(nèi)分3序施工，首先Ⅰ序孔施工（下游排為依次施工先導(dǎo)孔、Ⅰ序孔），然后Ⅱ序孔施工，最后Ⅲ序孔施工，全部灌漿孔灌漿結(jié)束，待凝期滿后進行檢查孔施工。

4.2 施工工藝流程

先導(dǎo)孔施工順序為：自上而下逐段鉆孔取芯及壓水至孔底，然后自下而上逐段分段卡塞灌漿。普通灌漿孔施工順序為：自上而下分段鉆灌，孔口封閉孔內(nèi)循環(huán)法灌漿。試驗段帷幕灌漿主要采用孔口封閉法。灌漿孔施工工藝流程為：鉆機安裝→第1段鉆孔→第1段鉆孔沖洗及裂隙沖洗→第1段壓水試驗→第1段灌漿→鑲鑄孔口管待凝3 d→第2段及以下各段鉆孔、壓水、灌漿→終孔段鉆孔→終孔段→孔深檢測及孔斜測量→終孔段灌漿→封孔→鉆機轉(zhuǎn)移至下一孔。

4.3 施工方法

4.3.1 鉆 孔

采用重鉆XY-300地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機、金剛石或合金鉆頭鉆孔。先導(dǎo)孔及檢查孔采用金剛石鉆頭鉆孔獲取巖芯，進行地質(zhì)及灌漿效果分析。普通灌漿孔則采用全斷面合金鉆頭鉆孔，以提高施工工效。

4.3.2 灌 漿

采用ZJ300高速攪拌機制漿，制漿站統(tǒng)一制備0.5∶1的濃漿，機組灌漿時調(diào)配使用。采用3SNS三缸灌漿泵灌漿，成都鼎盛華瑞公司研制的JT-X型自動灌漿記錄儀記錄灌漿過程。

采用自上而下逐段鉆灌法，鉆一段灌漿一段。除第1段需鑲鑄孔口管待凝外，其余灌漿段若無涌水，上一段灌漿后不待凝，直接進行下一段鉆孔、壓水及灌漿施工，直至終孔段。

4.4 施工質(zhì)量控制措施

（1）在項目部設(shè)置灌漿部，選派有經(jīng)驗的技術(shù)人員跟班指導(dǎo)、管理現(xiàn)場施工。

（2）挑選有經(jīng)驗的工人組成施工班組。加強作業(yè)人員的質(zhì)量意識、大局意識。試驗開始前工人進行培訓(xùn)和技術(shù)交底，經(jīng)考核合格后才能上崗。

（3）選用成都鼎盛華瑞科技公司研制的JT-X型智能灌漿記錄儀（見圖3）記錄壓水及灌漿過程，自動采集灌漿壓力、流量及漿液水灰比（比重），自動計算灌漿量、灌入水泥量，并具有超設(shè)計壓力報警功能。

（4）定期對記錄儀進行率定，并且每月現(xiàn)場自校一次。管路循環(huán)采用雙流量計大循環(huán)方式連接，保證灌漿流量的準(zhǔn)確度。灌漿壓力以壓力傳感器采集為準(zhǔn)，輔以壓力表校核，若發(fā)現(xiàn)記錄儀記錄壓力與壓力表不一致，必須停止灌漿，查找原因并對其進行維修。

（5）灌漿孔開孔前，由項目技術(shù)人員對鉆孔孔位偏差及開孔角度進行檢查，符合要求后才能開鉆。

（6）從第3段起，采用長鉆具鉆孔，保證鉆孔孔斜率。每鉆進15～20 m，用測斜儀自測孔斜，鉆孔終孔后由監(jiān)理工程師進行孔深驗收，并在其見證下測量全孔孔斜情況。

4.5 灌漿施工特殊情況處理

在試驗過程中，下游排2個Ⅰ序孔各1段鉆孔出現(xiàn)塌孔、卡鉆及部分失水現(xiàn)象，采取了縮小段長、濃漿直接灌注措施，另有2段在灌漿過程中均采取了間歇、限流、間隙措施。措施實施后，灌漿達到設(shè)計及規(guī)范要求。灌漿結(jié)束后，經(jīng)檢查孔壓水，透水率滿足設(shè)計要求，灌漿質(zhì)量未受到影響。

5 試驗成果統(tǒng)計分析

5.1 灌前壓水試驗透水率分析

各孔段在灌漿前均采用簡易壓水法進行了壓水試驗。各次序孔灌前壓水試驗成果統(tǒng)計見表2，其中，先導(dǎo)孔壓水試驗成果統(tǒng)計入Ⅰ序孔內(nèi)。

由表2可得：

（1）下游排Ⅰ序孔灌前平均透水率為11.24 Lu，表明灌漿前試驗段地層透水性較強，局部存在強滲水通道;

（2）下游排Ⅱ序孔灌前平均透水率比Ⅰ序孔下降42%，Ⅲ序孔灌前平均透水率比Ⅱ序孔下降62%，上游排Ⅱ序孔灌前平均透水率比Ⅰ序孔下降39%，Ⅲ序孔灌前平均透水率比Ⅱ序孔下降50%。上游排平均灌前透水率比下游排下降46%。表明灌前平均透水率隨著施工次序的增加，遞減明顯，符合灌漿一般規(guī)律。

5.2 灌漿單位注入量分析

本次試驗各次序孔、各孔段灌漿成果統(tǒng)計見表3。從表中可以看出：下游排Ⅰ序孔灌漿平均單位注入量為121.72 kg/m，Ⅱ序孔為57.76 kg/m，Ⅲ序孔為33.72 kg/m，下游排孔序之間分別下降53 %、42%;上游排Ⅰ序孔灌漿平均單位注入量為44.51 kg/m，Ⅱ序孔為34.13 kg/m，Ⅲ序孔為15.49 kg/m，上游排孔序之間分別下降23%、55%;下游排平均單位注入量59.59 kg/m，上游排平均單位注入量27.92 kg/m，上游排比下游排下降53 %。因此從Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔灌漿平均單位注入量看，隨著灌漿次序的增加，灌漿單耗呈遞減規(guī)律，符合灌漿的一般規(guī)律。

5.3 檢查孔壓水試驗結(jié)果分析

帷幕灌漿質(zhì)量檢查在灌漿結(jié)束14 d后進行。根據(jù)監(jiān)理工程師、設(shè)計單位通知，試驗段（28單元）帷幕灌漿孔施工結(jié)束后，共布置2個檢查孔。檢查孔按照自上而下分段鉆孔取芯，并進行五點法壓水試驗。壓水試驗成果統(tǒng)計見表4[3]。

表4表明：檢查孔透水率符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不大于3 Lu要求，透水率最大值1.860 Lu，透水率最小值0.331 Lu，總平均透水率1.010 Lu，最大透水率小于設(shè)計合格標(biāo)準(zhǔn)，而灌前巖層平均透水率（下游排Ⅰ序孔）為11.24 Lu。統(tǒng)計成果表明：經(jīng)過帷幕灌漿處理后，試驗段巖體透水性達到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，而且大大低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，灌漿效果優(yōu)于預(yù)期效果，灌漿壓力有一定優(yōu)化調(diào)整空間。

5.4 帷幕防滲底線防滲標(biāo)準(zhǔn)的滿足情況

經(jīng)對20個孔后2段透水率值分布情況統(tǒng)計可知：40段中有39段透水率值小于3 Lu，有1段（上游排800號孔倒數(shù)第2段即孔深48～53 m）透水率為3.01 Lu。經(jīng)分析，作用在孔段上的壓力大于記錄儀記錄壓力（即透水率計算壓力）可知：該段實際透水率值小于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)3 Lu，經(jīng)設(shè)計認可，不再加深孔深。因此本試驗段帷幕底線滿足設(shè)計要求，實際帷幕底線進入巖體3 Lu以下不少于11.86 m（一般帷幕孔第十二段段長6.86 m，先導(dǎo)孔加深10 m）。

6 施工工效分析

本次試驗從2019年11月26日至2020年2月3日，歷時69 d，共完成帷幕灌漿孔鉆孔1 207.60 m，灌漿1 187.20 m。投入2臺鉆機和1臺灌漿泵，平均鉆孔工效8.75 m/（臺·d），平均灌漿工效17.21 m/d，鉆孔及灌漿工效均中等偏快。

由于施工地層巖石硬度中等偏軟，適合采用全斷面合金鉆頭鉆孔，鉆進過程中不用起鉆棄芯，鉆進速度達到了2～2.5h一段（5 m）;加之該地層平均單位注入量為43.76 kg/m，總體注入量不大，因此鉆孔效率較高，施工資源配置較為合理。

7 結(jié) 論

（1） 本次試驗已按設(shè)計及規(guī)范要求完成，檢查孔壓水試驗結(jié)果表明，試驗段灌漿后透水率達到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 根據(jù)施工情況、過程資料分析及檢查孔壓水試驗結(jié)果，工程帷幕灌漿采用的純水泥漿液及水灰比從5∶1開灌基本合理，可用于指導(dǎo)后續(xù)帷幕灌漿施工。

（3） 灌漿孔排、間距及灌漿壓力基本合理，可適用于類似地質(zhì)條件的灌漿孔布置及壓力設(shè)置。

（4）根據(jù)對帷幕底線防滲標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)核，試驗段實際帷幕底線滿足設(shè)計要求，設(shè)計底線合理。

（5）灌漿采用孔口封閉、自上而下孔內(nèi)循環(huán)的灌漿法較為合理，在孔口鑲鑄孔口管，可以保證灌漿段在設(shè)計灌漿壓力的穩(wěn)定持續(xù)作用。

（6）對于注入量較大的孔段，在灌漿過程中采取了濃漿、間歇灌注法，不僅未對灌漿效果造成影響，還起到了加速灌漿的作用。

（7）施工中使用智能灌漿記錄儀記錄灌漿施工過程，可以準(zhǔn)確記錄灌漿壓力、流量、水灰比等參數(shù)，確保了灌漿施工成果的客觀性、準(zhǔn)確性。

（8）工效分析表明，采用XY-300型地質(zhì)鉆機、全斷面合金鉆頭鉆孔、3SNS灌漿泵灌漿的工藝及設(shè)備配置是合理的，可用于指導(dǎo)后續(xù)施工組織。

（9）從檢查孔透水率值分布范圍、技術(shù)經(jīng)濟角度考慮，設(shè)計灌漿壓力可適當(dāng)降低，可統(tǒng)一按2.5 MPa控制?？紤]到不同帷幕孔穿過地質(zhì)條件可能差別較大，為保證帷幕下線滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在正式灌漿施工中若達到設(shè)計孔深，帷幕下線透水率不滿足設(shè)計要求，應(yīng)進行加深灌注。

參考文獻：

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[2] SL 62-2014 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 盤小平. 大壩帷幕灌漿試驗成果報告[R]. 貴陽：貴州夾巖水利樞紐工程公司，2017.

（編輯：李曉濛）