單排帷幕灌漿在新城水庫除險加固中的應用

薄 春，仲兆偉

(1.黑龍江省水利第一工程處，黑龍江富裕 161200;2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

單排帷幕灌漿在新城水庫除險加固中的應用

薄 春1，仲兆偉2

(1.黑龍江省水利第一工程處，黑龍江富裕 161200;2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

單排帷幕具有投資少、工期短、見效快等特點，在新城水庫消險加固中取得成功。在施工中針對遇到的問題，實施具體的解決方案，經過實踐單排帷幕灌漿在小型水庫除險加固中發揮作用，取得了良好的技術經濟效益。

新城水庫;單排帷幕;壓水試驗;效果分析

1 水庫概況

新城水庫位于黑龍江省延壽縣城南偏東16km，在螞蟻河右岸石頭河中下游，于1958年動工興建，1975年建成。經30多年的運行，雖然沒有發生大的險情，但在溢洪道、攔河壩壩后始終有滲水現象，尤其是消險前幾年滲水越來越嚴重，幾乎一年四季漏水不斷，土壩有多處塌陷。由于水庫險情多，不能按設計安全運行，嚴重影響了水庫效益的正常發揮，同時也對水庫下游人民生命財產造成了嚴重的威脅。

2 地質概況

庫區位于張廣才嶺低山丘陵區，巖石堅硬，節理裂隙發育、巖體破碎完整性差。該地區隸屬于新華夏系第二沉降帶與第二隆起帶的過渡帶，是伊春——延壽地槽褶皺系豐茂——亞布力地槽褶皺帶。

地下水含水層巖性主要為級配不良砂、級配不良礫，地下水與河水的水力聯系密切。基巖裂隙水分布于低山丘陵區的巖石裂隙中，受地形、構造、巖性的制約，分布不均勻。根據前期地質勘察和壩體外觀現狀發現攔河壩、溢洪道等建筑物基礎坐落在全風化花崗巖體上，該層破碎或破屑狀，以下是強風化帶，節理裂隙較發育屬中等透水巖層。

3 設計方案

此次施工帷幕長度為135 m，主要布置在滲水比較嚴重的大壩右側，進行單排帷幕灌漿，孔距為1.5 m，黏土心墻孔深3～8 m，巖下孔深10 m;分3序施工，透水率設計標準為q＜5 Lu。

4 主要施工方法

4.1 工作流程

施工前準備→安裝鉆機→造孔→壓水試驗-灌漿→封孔→轉移設備。

4.2 鉆孔、沖洗及壓水試驗

4.2.1 鉆孔

此次造孔選用SH-30型鉆機和XY-2PC兩種鉆機。首先用30型鉆沖擊開孔，穿過混凝土;下φ127 mm套管護壁，然后用2PC鉆機，用φ90 mm的合金鉆頭造孔，帶φ89 mm套管跟進，至心墻底部;然后改用小口徑φ59 mm的金鋼石鉆頭進行巖石造孔。

鉆孔是帷幕灌漿的關鍵環節，具體施工步驟為：

1)用水準儀測定孔位，孔位偏差控制在10 cm以內。

2)鉆機固定牢固，鉆孔方向保持垂直，采取KXP-1型測斜儀，孔斜誤差控制在1.5%以內。

3)用水平尺操平鉆機，對準孔位，低壓低速開鉆造孔。

4)對地層巖性的預測和判斷，及時調整鉆進參數。

黏土心墻造孔技術要求比較高，宜采取小壓力、低轉速、限水量、勻速鉆進，為了避免黃泥堵死鉆頭，影響鉆進速度和質量，施工單位研制了“外八字”型的鉆頭，不僅避免了燒鉆的問題，而且大大提高了鉆進速度。

4.2.2 沖孔

每當完成鉆孔后，加大泵量，增加流速，使孔壁得到充分有效的沖洗，將孔內沉淀物沖出之后施以80%的灌漿壓力，直到回清水后持續10 min，達到孔底沉淀物＜20 cm。

4.2.3 壓水試驗

各灌漿孔在灌前，每段進行一次簡易壓水試驗。

4.3 帷幕灌漿

根據壩體鉆探揭露，黏土心墻部位透水性較弱;接觸段部位為花崗巖，呈全風化～強風化狀態，滲透性較強，是此次灌漿的重點部位。為此將灌漿壓力、段長、灌漿的上下順序進行適當調整，具體見表1。

表1 各段段長與灌漿壓力一覽表

4.3.1 黏土心墻灌漿

黏土心墻灌漿采用充填式灌漿法。用黏土和水泥混合漿液，黏土與水泥的比例為8∶2。黏土選用原心墻建設時的土料場;黏粒含量為20% ～40%，粉粒含量為30% ～70%，水與干料的比例為3∶1，采用自下而上全孔灌漿，射漿管位置距孔底0.50 m。壓力為0.05kPa。

4.3.2 基巖灌漿

將第一段設為巖下2.0 m，采用自上而下灌漿;其余各段段長為3～5.0 m，采取自下而上灌漿，分序加密，孔口封閉的施工方法。

接觸段是灌漿的重點部位，滲透性較強，分2次灌漿，第一次用0.15 kPa低壓開灌，水灰比為2∶1，第二次：待凝24 h后，重新掃孔，復灌，灌漿壓力為0.20 kPa，開灌水灰比為4∶1。

其余各段灌漿壓力為0.3 kPa，灌漿漿液的濃度由稀到濃，逐級變換。水灰比采用7個比級，開灌采用5∶1。

4.3.3 水灰比濃度的變換

在正常灌漿中，當某一級水灰比漿液灌入達到300 L以上或灌漿時間已達30 min時，壓力、吸漿量均無改變或改變不明顯時，改濃一級灌入。注入率＞30 L/min時，改為越級變濃。當灌漿壓力不變，吸漿量均勻減少，壓力均勻升高時不得改變水灰比。當吸漿量很小，已接近屏漿標準時，雖灌入量達到300 L，此時仍以原來的灌漿濃度灌至結束。

4.3.4 灌漿結束標準

采用自下而上分段灌漿法時，在該段最大設計壓力下，注入率≤1 L/min繼續灌注30 min可以結束;采用自上而下分段灌漿法時，繼續灌注60 min可以結束。

4.3.5 封孔

基巖封孔：孔口采用壓力灌漿封孔法。

心墻封孔：每孔灌漿完畢后，待孔周圍泥漿不再流動時，將孔內漿液吸出，掃孔到底，用直徑2～3 cm黏土球分層回填、搗實。

4.4 灌漿效果分析

本次帷幕灌漿共布置90個灌漿孔，灌漿總進尺1 350 m，其中：心墻450 m，基巖900 m，基巖注入水泥54 t，平均單位注灰量60 kg/m。黏土心墻注入干料1.57 t，平均單位注入量3.5 kg/m。

基巖各序孔注灰量呈明顯遞減規律，其中：I序孔單位注灰105 kg/m;II序孔單位注灰60 kg/m;III序孔單位注灰15 kg/m。

說明基巖中存在較大的裂隙，吃漿量較大，尤其接觸段及以下2m區間有較大的空洞，是耗灰量最大的部位。

在該區共布置了7個檢查孔，共壓水14段，透水率全部滿足設計要求＜5 Lu。所有壓水段透水率最大為4.02 Lu，最小的為0.07 Lu。經質量評定全部合格，充分說明通過此次帷幕灌漿收到了明顯的技術效果。

5 結論

單排帷幕灌漿具有投資少，占用施工場地小，施工方法簡單，進度快，并可在地下水位以下施工等優點。通過新城水庫帷幕灌漿的成功經驗，證明土壩壩基是可采用單排帷幕灌漿進行防滲處理，只要選擇合理的灌漿材料和技術參數，嚴格控制工序，根據實際改進鉆進工藝，防滲目的是完全可以達到的，并能收到良好的效益。

［1］徐慶強.帷幕灌漿在土石壩除險加固中的應用［M］.長春：吉林科學技術出版社，2005.

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1007-7596(2011)04-0277-02

2011-03-12

薄春(1976-)，男，黑龍江密山人，工程師;仲兆偉(1956-)，男，黑龍江哈爾濱人，高級工程師，建造師。