淺談壩基砂礫層帷幕灌漿施工在水庫除險加固工程中的應用

潘永明

（浙江省第一水電建設集團有限公司 杭州 310051）

李海松

（寧波三江水利水電工程監理有限公司 寧波 315000）

帷幕灌漿施工方法在水庫除險加固工程中的應用日趨廣泛，帷幕灌漿施工工藝及施工方法也日趨成熟，本文通過工程實例，對砂礫層地基的帷幕灌漿施工技藝在工程中的應用進行總結及分析，以供大家參考。

1 工程概況

東方紅水庫地處錢塘江流域金華江水系東陽江支流白溪上游河段，是一座以灌溉為主，結合防洪、供水、發電、養殖等綜合利用的中型水庫，水庫正常蓄水位197.27m，相應庫容1099.1萬m3。大壩長168m，為均質粘土心墻壩。

原大壩基礎樁號0+68.5～0+107.5存在最大厚度為8m的砂礫層，該部位壩高38～39m。經檢測，該砂礫層的滲透性以中等透水為主，滲透系數為2.43×10-4～7.75×10-4cm/s，僅在樁號 0＋72.5 附近表現為強透水，滲透系數為 2.5×10－3cm/s。為徹底阻斷壩基砂礫層滲漏通道，設計采用帷幕灌漿方案進行處理。

設計方案采用三排帷幕灌漿，排距1.6m，孔距2m，其中第二排為主帷幕，按深入基巖5Lu線以下5m控制，第一和第三排帷幕為副帷幕，按深入基巖弱風化線以下3m控制，帷幕灌漿施工先灌第三排，后灌第一排，再灌第二排（上游為第一排）。為增加可灌性，砂礫層采用超細水泥，要求超細水泥顆粒最大粒徑在35μm以下，平均粒徑約4μm，d85為0.025mm，比表面積8000cm2/g，基巖段采用P.O42.5水泥。

本工程帷幕灌漿施工起止日期為：2009年9月20日～2009年11月10日。

2 具體施工工藝及施工方法

灌漿采用“孔口封閉，自下而上，分段灌漿”的方法，灌漿方式為循環式。

2.1 灌漿孔布設

帷幕灌漿先灌第三排，后灌第一排，再灌第二排。帷幕灌漿的鉆孔灌漿遵循分序加密的原則進行，首先進行第一次序的鉆孔灌漿，然后在已經灌漿的孔間進行第二次鉆孔灌漿。

2.2 造孔

鉆孔主要采用300型地質鉆機，該工程投入3臺。壩體土中鉆進灌漿時，先下套管保護。以φ127金剛石鉆頭鉆進，入土10m左右后，換成φ108，入基巖時換用φ75金剛石鉆頭鉆進。鉆進過程中測斜，要求孔斜不大于規范要求。

2.3 安裝灌漿管路、洗孔和壓水試驗

帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法，需自上而下分段進行壓水試驗。鉆孔完成后，對灌漿段進行沖冼，洗孔壓力為灌漿壓力的80%，對灌漿段進行沖洗，當回水澄清后，再洗30min結束，沖洗結束后，進行壓水試驗。壓水試驗的段長同灌漿長度。壓力為該段灌漿壓力的80%。壓水試驗壓入流量的穩定標準是：將壓力調到規定值并保持穩定后，每5～10min測讀一次壓入流量，當試驗成果符合下列標準之一時即可結束，并以最終流量讀數作為計算流量：

a.當流量大于5L/min時，連續4次讀數，其最大值與最小值之差小于最終值的10%。

b.當流量小于5L/min時，連續4次讀數，其最大值與最小值之差小于最終值的20%。

c.連續4次讀數，流量均小于0.5L/min。

壓水試驗的成果,統一用單位吸水率ω值來表示：

式中：ω 為單位吸水率，L/(min·m·m)；S為試驗壓力，按水柱高計，m；q為壓入流量，L/min；L為試驗段長度。

2.4 灌漿

2.4.1 制漿

用普通拌和機，拌和時間不少于3min。灌漿材料：基巖段為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，砂礫石層段為超細水泥。

2.4.2 灌漿泵灌漿采用2缸柱塞式灌漿泵，額定功率為4kW。

2.4.3 灌漿記錄

記錄開灌時間，壓力和時間；冒漿地點；停機時間，灌孔間的互通孔段等。

2.4.4 灌漿方式

本次灌漿采用循環式灌漿，壓力表裝在進漿管頂部，以壓力表指針擺動的中值為壓力讀數。

2.4.5 灌漿段長

心墻與砂礫層接觸段為1～2m左右，段內必須包含2種介質；心墻土 30～50m；砂礫層 100±20cm。

砂礫層段長2.0～3.0m。砂卵石層與基巖接觸段段內必須包含兩種介質，段長2.0～2.5m，基巖以下段段長不小于5m。

2.4.6 灌漿漿液

a.灌漿漿液的濃度由稀到濃逐級變換，超細水泥采用2∶1，1∶1，0.6∶1 三個比級（重量比），P.O42.5 普通硅酸鹽水泥采用 5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1，0.5∶1 等七個比級，開灌水灰比根據初凝時間和簡易壓水試驗的透水率值大小合理選取。

根據簡易壓水試驗的ω大小，選擇合理的開灌水灰比和不同初凝時間與細度的水泥，而不應是總以5:1或3:1開灌。先期灌段要充分注意到地層中的臨界水灰比，尤其是砂礫層（即當采用該級水灰比后，地層吸漿量明顯下降，很快接近零），以指導今后的灌漿，使灌入量達到要求。

b.當灌漿不止時，采用縮短初凝時間、降壓、限流、間歇灌漿等措施，如仍不見改善，可改灌水泥砂漿。

c.當灌中、強透水層時，當單位進漿量q≤0.2L/min時再灌30min后，實施壓力閉漿操作，即先關回漿管，再關進漿管，隨即停泵；使管內保持壓力，防止回漿。壓力閉漿作業后，當壓力表回零后，可松管、啟塞。

2.4.7 灌漿壓力控制

施工時嚴格按設計要求控制灌漿壓力。灌漿時漿液由稀到濃，灌漿壓力自上而下逐漸加大。為防止在接觸灌漿時，對心墻產生劈裂破壞，心墻與砂卵石層接觸段控制灌漿壓力0.5MPa。第2段控制最大灌漿全壓力為上覆壩體自重p(p＝γh，γ＝1.9t／m3，h 為心墻高度，為 40m 左右)的 80%，按0.6MPa 控制，橡塞仍放在接觸面套管內，保證接觸段復灌，以充實幕體。以下每增加1m，灌漿壓力增加0.05MPa，砂卵石層內的灌漿壓力最大不超過0.8MPa。

基巖內的灌漿壓力采用1MPa。

2.4.8 灌漿結束標準

帷幕灌漿結束標準為：在設計所規定的最大壓力下，灌漿孔段的吃漿率不超過0.4L/min，持續30min，灌漿即可結束。

2.5 封孔

灌漿孔和檢查孔施工結束后，采用“分段壓力灌漿封孔法”進行封孔，封孔灌漿水灰比為0.5∶1，灌漿壓力為該孔最大灌漿壓力。土壩心墻壩體段的封孔采用膨潤土粘土球，土球由直徑5～10mm的不同粒徑組成，應風干，不宜日曬、烘烤。封孔時需逐粒投入孔內，必要時可摻入10%～20%的同質土料，并逐層搗實。

3 檢測情況

帷幕灌漿檢查孔壓水試驗在該部位灌漿結束14天后進行，檢查孔孔徑為76mm，檢查孔全孔取芯。根據設計要求，本次防滲墻缺陷處理帷幕灌漿質量檢查合格標準為：基巖透水率不大于5Lu；砂礫石層滲透系數不大于5×10-5cm/s。

經檢查、對照，基巖透水率，砂礫石層中滲透系數均符合設計要求。其灌漿各指標和檢查孔的情況見表1、表2。

表1 帷幕灌漿各指標匯總情況

表2 灌漿檢查孔檢測情況

4 結 語

根據現場施工情況及試驗檢測情況，該工程的砂礫層帷幕施工是成功的。該砂礫層帷幕灌漿比高壓旋噴是更趨經濟、更實用。本工程的帷幕灌漿施工經驗總結如下：

a.超細水泥不僅具有良好的可灌性，同時在結石體強度、環保及價格等方面都具有優勢，特別適合該工程中等砂礫透水層的灌漿（該工程超細平均粒徑約4μm，d85為0.025mm，比表面積8000cm2/g，則計算可得M=21.2,可灌性較好）。

b.如遇強透水段，灌漿起始可采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥漿液開灌，如壓力達不到灌漿設計壓力值，可采用降低灌漿壓力并加濃漿液等措施，如果無效，可采用間歇灌漿、待凝、加入水玻璃等措施。灌漿段待凝12h后，掃開原孔段，并在設計壓力下進行復灌，直至正常結束。

c.施工過程控制。施工中，鉆孔的垂直很重要，鉆孔時測斜工序必不可少。

同時帷幕灌漿是隱蔽工程，為此在加強施工班組技術交底的同時，適當增加檢查孔數、在耗灰量較大的部位設檢查孔，很有必要。■