漿砌石壩體內(nèi)灌漿技術(shù)的探討

王科

（宜章縣水利局 郴州市 424200）

龔高武 譚 勇

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司 長沙市 410007）

1 工程概況

林子坪水庫位于湖南省郴州市宜章縣莽山國家森林公園內(nèi)，樞紐工程由漿砌石重力壩、輸水管道、壩后式電站等組成。最大壩高44.00m，壩頂寬5.00m，壩軸線長182.5 m，壩底寬35.00m，壩頂高程1266.03m，水庫正常蓄水位為1265.03m，總庫容為1032萬m3，水庫是以灌溉防洪為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用效益的中型水利工程。

工程于1997年10月建成并投入使用。建壩時，由于施工工藝粗糙等種種原因，運行后，病險相繼出現(xiàn)，2008年9月經(jīng)相關(guān)單位安全評估為三類病險壩，列入除險加固工程。

2 壩體水文工程地質(zhì)條件

根據(jù)鉆孔揭露，壩體漿砌石塊體為粉紅色花崗巖，主要礦物有正長石、石英、及少量暗色礦物，其中塊石多為弱風(fēng)化，少數(shù)為強風(fēng)化，結(jié)構(gòu)松散。大多數(shù)塊石間不見砂漿，連接不密實。砌石之間多呈松散堆積狀態(tài)，鉆進時，多數(shù)孔段無回水，壓水試驗時連水位均無法觀察到，砌石間空隙多且大，連通性極好。前期安全評估時，現(xiàn)場測得壩體密度最小為1.76g/cm3、最大的僅2.12g/cm3，壩體空隙率極高，壩體漏水嚴重，水庫不能正常蓄水。

3 壩體防滲灌漿設(shè)計

原設(shè)計壩體防滲灌漿孔為三排，排距1m,上游排在壩下0+000.1m處，下游排在壩下0+002.1m處，中間排在0+001.1m處，上、下游排孔距為2.0m，中間排孔距為1.0m，分三序進行施工，自孔深1m開始自上而下每5m一段進行灌漿，灌漿壓力根據(jù)試驗確定。灌漿水泥使用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥。防滲標準q＜5Lu。此外，防滲體后至壩址設(shè)計了孔、排距分別為3m的壩體固結(jié)灌漿孔。其他要求按 《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T5148-2001）執(zhí)行。

4 防滲體灌漿施工技術(shù)探討

4.1 防滲體灌漿生產(chǎn)性試驗

（1）防滲體灌漿生產(chǎn)性試驗技術(shù)要求。

根據(jù)設(shè)計要求，生產(chǎn)性試驗安排在大壩左岸0+139～0+144m段進行。防滲體灌漿試驗采用自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)灌漿方法，段長原則上5m一段，，但當(dāng)鉆孔回水消失，不受段長限制；灌漿壓力：上、下游排（1～6）m，壓力0.2 MPa；（6～16）m，壓力0.4MPa；（16～26）m，壓力0.6MPa；26 m以下0.8MPa；中間排（1～6）m，壓力0.3MPa；（6～16）m，壓力 0.6MPa，（16～26）m，壓力 0.9MPa，26m以下 1.2 MPa；分Ⅲ序逐序施工。在各段規(guī)定壓力條件下，當(dāng)注入率小于1L/min時，繼續(xù)灌注60min，灌漿結(jié)束；封孔采用導(dǎo)管將孔內(nèi)余漿置換成為水灰比0.5∶1的濃漿，而后進行純壓式灌漿封孔。灌漿結(jié)束7天后，在試驗區(qū)適當(dāng)位置檢查孔，進行鉆孔取芯和壓水試驗檢查，評價灌漿效果。

（2）防滲灌漿生產(chǎn)性試驗施工。

按照防滲灌漿生產(chǎn)性試驗擬定的施工參數(shù)和技術(shù)要求，完成試驗灌漿孔11個，進尺162.78m，簡易壓水38段，灌漿段長151.78m，共注入水泥189.6t。檢查孔1個，進尺15.5m，壓水試驗3段，壓水試驗結(jié)束后全孔灌入水泥400kg。

（3）施工時出現(xiàn)的特殊情況。

鉆孔孔口回水情況：Ⅰ序排鉆孔時全部沒有回水，中間還有少量掉鉆；上游排Ⅱ序孔及中間排Ⅲ序孔鉆孔時上部段回水情況有所好轉(zhuǎn)，有少量回水；到中間排Ⅲ序孔鉆孔時回水有明顯好轉(zhuǎn)，但是在鉆進過程中仍有某些部位仍然出現(xiàn)回水減少，甚至消失，說明壩體內(nèi)空洞通過上、下游排Ⅰ、Ⅱ序孔灌漿后仍存在少數(shù)空隙未得到充分灌注。

灌漿段壩坡冒漿情況及處理：在灌漿過程中，出現(xiàn)多處漏漿現(xiàn)象。特別是剛開始對下游排Ⅰ序孔灌漿時，從下游壩坡不同高程處多達20余處出現(xiàn)冒水和漏漿。灌漿時，冒漿量較小處，隨漿液水灰比變濃，漏漿點逐漸消失，按正常灌漿方式灌注至結(jié)束標準；當(dāng)冒漿量較大，采取用水不漏和棉紗等材料嵌縫、地表封堵方法封堵，再采取低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿等方法處理，灌至結(jié)束標準。

灌漿段大量吸漿情況及處理方法：由于壩體裂隙、空洞較多，結(jié)構(gòu)較松散，導(dǎo)致灌漿過程中孔段吸漿量非常大，如下游排的Ⅰ序孔K21″、K23″孔，其分別灌注水泥59.5t和49.3t，平均單耗達到4.25t/m和3.18t/m。整個灌漿試驗的平均單耗為1.25t/m。遠大于設(shè)計的100kg/m。

（4）防滲灌漿生產(chǎn)性試驗孔統(tǒng)計情況分析。

試驗孔按排別、序次統(tǒng)計情況見附表。統(tǒng)計情況表明：

●先灌的下游排孔段平均耗灰量為2682.9kg/m,后灌的上游排孔段平均耗灰量為637.5kg/m，最后施工的中間排孔段為706kg/m。先灌的下游排耗灰量明顯大于后灌的上游排和中間排，但上游排孔與中間排差別不大。說明先灌的下游排灌注充填漿砌石孔隙范圍較遠，已部分充填了上游排及中間排壩體內(nèi)空隙。最后施工的中間排孔段仍有較大的灌入量；一方面說明灌入范圍仍然較大，另一方面也說明上、下游排孔之間灌后仍然存在較大的灌注空間。

●下游排Ⅱ序孔較Ⅰ序孔減少較多，但在上游排和中間排孔段雖有所減少，但減少幅度不大。這種現(xiàn)象表明前期灌入的漿量仍未完全充填壩體空隙，是造成Ⅲ序孔仍有較大的灌入量的主要原因。這在后續(xù)Ⅲ序孔施工壩面仍有少量漏水、漏漿得到印證。

●從總體灌入量來看，11個試驗孔151.78m灌段中共消耗水泥189.6t，平均單位注入量為1249kg/m。表明壩體空隙度高，可灌性強。壩體漿砌石空隙率達20%以上。

防滲灌漿生產(chǎn)性試驗成果表明:漿砌石壩體孔隙率高透水性十分強烈，空隙間連通性好。這也是壩體灌入量大、可灌性強的主要原因所在。

附表 壩體防滲灌漿生產(chǎn)性試驗灌漿孔情況統(tǒng)計表

●質(zhì)量檢查：在灌后質(zhì)量檢查孔施工中，巖芯較完整，多呈短圓～長圓柱狀，裂隙空洞均被水泥結(jié)石充填，膠結(jié)緊密；檢查孔透水率分別為6.3，6.5，1.6Lu，第一、二段稍大于設(shè)計要求5Lu。

通過試驗區(qū)11孔上、中、下三排防滲灌漿和檢查孔及相關(guān)情況分析，壩體漿砌石縫隙已得到有效充填，灌后檢查孔透水率雖稍大于設(shè)計要求，但通過后期兩側(cè)灌注和經(jīng)有效凝固期后，能夠滿足設(shè)計要求。灌漿試驗采用的施工參數(shù)基本有效，經(jīng)補充完善后用于壩體防滲灌漿。

4.2 防滲體灌漿技術(shù)要求的補充

通過防滲灌漿生產(chǎn)性試驗成果分析，結(jié)合灌漿過程中各種不同情況的處理結(jié)果，經(jīng)深入總結(jié)探討，對防滲體灌漿技術(shù)要求補充如下：

（1）灌漿材料。

防滲體灌漿上、下游排出現(xiàn)大量吸漿時添加細砂，要求潔凈，含泥量＜3%。出現(xiàn)漏漿時摻加水玻璃，摻加比例為3%～5%。

（2）灌漿方法。

大壩防滲體灌漿上游排和下游排孔先自上而下用水泥砂漿進行充填灌漿，出現(xiàn)漏漿時摻水玻璃進行堵漏處理，再按防滲體灌漿要求，自下而上分段孔內(nèi)循環(huán)灌漿方法復(fù)灌至結(jié)束標準。防滲體灌漿中間排采用純水泥漿自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)灌漿方法進行灌漿。

（3）施工參數(shù)：段長原則上為5m，但當(dāng)遇孔內(nèi)鉆孔回水消失，即停即灌，不受段長限制；純水泥灌漿壓力上、下游排（1～6）m，壓力0.2MPa、（6～16）m采用0.4MPa，16m以下采用0.6MPa；中間排（1～6）m，壓力0.3MPa，6m以下壓力0.6MPa；充填灌漿當(dāng)孔口無回水，采用摻加細砂10%～20%進行空隙充填灌漿，一旦出現(xiàn)壩外漏漿，結(jié)合摻加水玻璃進行，至孔內(nèi)填滿溢漿為止；漿液的水灰比，充填灌漿漿液一律為0.8∶1，摻砂量按20%左右進行；砂漿充填灌滿至孔口返漿，充填灌漿結(jié)束。雙液灌漿至漏漿現(xiàn)象停止，停止摻加水玻璃，再按純水泥漿灌漿要求灌至結(jié)束標準。

（4）灌漿時地表冒漿處理：灌漿過程中，發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿，應(yīng)先查明原因，根據(jù)漏漿量的大小，選用不同方法處理：

如漏漿量較小，按正常灌漿方式灌至結(jié)束標準；當(dāng)漏漿量較大時，暫停灌漿作業(yè)，對灌漿影響范圍內(nèi)的廊道、壩坡、結(jié)構(gòu)分縫等進行逐項檢查并進行封堵處理后再恢復(fù)灌漿；恢復(fù)灌漿時，采取灌注水泥砂漿加水玻璃結(jié)合低壓、限流、間歇、待凝等方法處理。

4.3 防滲體灌漿效果

防滲體灌漿按照設(shè)計布置和相關(guān)技術(shù)要求，施工完成鉆孔364個，累計灌漿段長8161.08m，灌入水泥3942.5 t，單位注入量483.1kg/m，砂480t，水玻璃100t。防滲體灌漿施工完成后，綜合效果表明防滲體灌漿質(zhì)量良好，達到預(yù)定效果。

（1）單位注入量逐排逐序減少明顯。先施工的下游排單位注入量914.7kg/m，上游排單位注入量643.0kg/m，后施工的中間排單位注入量193.1kg/m。序次上先施工的下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序單位注入量分別為1189.3，1073.3，691.4kg/m，上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序分別為952.9，648.8，481.1 kg/m，中間排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序分別為257.8，231.7，141.8kg/m，逐排逐序減少明顯。

（2）漿砌石內(nèi)空隙充填密實。壩體隨機鉆孔容重檢測試驗，壩體容重達到2.33t/m3。此外，溢流面開挖揭露，水泥結(jié)石已基本密實地充填在空隙中，鉆孔巖芯多呈柱狀，膠結(jié)良好。

（3）壩內(nèi)防滲體檢查孔壓水試驗透水率均＜5Lu,滿足設(shè)計要求。防滲體灌漿完成14天后，施工檢查孔37個，壓水試驗190段，透水率均＜5Lu，全部合格。

5 結(jié) 語

（1）林子坪水庫壩體漿砌石空隙率高，結(jié)構(gòu)松散，透水性強烈，是形成加固前工程的主要病因。灌漿時漿砌石壩體到處出現(xiàn)漏漿，吸漿量大，較大地提高了除險加固工程費用。

（2）不同的空隙類型需有對應(yīng)的灌漿措施，才能從根本上保證灌漿效果。針對林子坪水庫壩體漿砌石空隙率高，結(jié)構(gòu)松散，透水性強烈的特點，及時調(diào)整灌漿方法、灌漿材料、工藝參數(shù)、特殊孔段處理措施，從根本上保證了防滲體灌漿施工質(zhì)量。

（3）林子坪水庫除險加固工程防滲體灌漿處理效果顯著，通過灌漿有效解決了壩體滲漏和大壩穩(wěn)定問題。