山口水庫帷幕灌漿及土壩壩體造孔方法探討

□任天翊（三門峽市山口水庫工程建設管理處）

□魏東坡（三門峽市水利勘測設計有限責任公司）

□黃玉景（三門峽市水利局）

1.工程簡介

山口水庫位于三門峽市陜縣張茅鄉境內，青龍澗河支流山口河上，壩址距離三門峽市區約20km。水庫是一座以農業灌溉為主，兼顧供水、防洪、生態旅游等綜合利用的小（1）型水庫，工程主要任務是：為下游440hm2農田和沿線農村4200口人的飲水提供水源；為三門峽市區澗河補充生態用水；是三門峽市城市居民生活用水的備用水源；提高下游河道行洪能力。防洪標準50年一遇設計，500年一遇校核。

壩址以上控制流域面積28.15km2，水庫規劃總庫容503萬m3，興利庫容307萬m3，死庫容46萬m3，水庫500年一遇校核洪水位662.28m，50年一遇設計洪水位660.71m，興利水位657.00m，死水位637.50m。工程規模屬小（1）型水庫，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物：大壩、溢洪道、輸水建筑物等。

大壩壩型為土質防滲體分區壩，分為土質防滲區和堆石區，上游為混凝土面板和土質防滲體填筑，下游為堆石區，兩區間為反濾層和過渡層。大壩最大壩高42.50m，壩頂高程662.50m，壩頂寬度6m，壩頂長153m，上游壩坡坡比自上而下為1：2.5和1：2.75，下游壩坡坡比為 1：2。

溢洪道位于左岸，為無閘控制正槽溢洪道，采用挑流消能。溢洪道堰頂高程657.00m，為寬頂堰，泄槽凈寬35m。

輸水建筑物由進水口、輸水洞、輸水明渠、消力池等組成。進水口為岸塔式進水口，輸水洞設計引水流量1m3/s，進口底板高程637.50m。輸水洞為無壓城門洞形，縱坡2‰。

2.大壩帷幕灌漿總體情況

山口水庫大壩壩基及壩肩防滲的主要方式為在壩基部位設截水槽同時采用壩基、壩肩帷幕灌漿的方法。

2.1 帷幕灌漿施工流程：

帷幕灌漿采用GJ-150s型地質鉆機，XY-300型鉆機，SGB-60型灌漿泵，JJS-2B型灰漿攪拌機等鉆孔和灌漿設備，自2010年8月27日開始，2011年9月2日結束，累計鉆孔進尺2300余米，灌漿1700余米。

2.2 施工過程

鉆機定位→開孔→壩體鉆孔→基巖鉆孔→分段洗孔→基巖壓水→基巖灌漿→基巖段壓力封孔→壩體土層段泥漿封孔→本孔鉆灌結束→移機。

2.3 帷幕灌漿成果：

帷幕灌漿透水率值是隨著灌漿孔的加密而逐漸減小的，符合一般灌漿規律。灌前透水率小于10Lu的孔段，Ⅰ序孔為94%，Ⅱ序孔為95%，Ⅲ序孔為99.4%。Ⅰ序孔灌漿壓水成果基本反應了自然狀態下巖石透水性的情況，透水率小于10Lu的孔段所占頻率90%以上，說明基巖總體透水性較小；隨著灌漿孔逐漸加密，透水率小于10Lu的孔段所占頻率越來越大，到Ⅲ序孔已達到99%以上，說明灌漿效果較為明顯,達到了防滲要求。

3.壩基帷幕灌漿施工情況及分析

根據山口水庫總體施工進度結合現場實際情況，首先開始進行右壩肩位于導流管底部的75#、76#孔灌漿施工。按照圖紙設計帷幕灌漿初始壓力為0.4MPa，在做灌漿壓水試驗時出現了蓋重混凝土抬動現象。經邀請省內知名專家咨詢后，分析可能由于初始壓力過大造成，業主、監理、設計、地質及施工單位等研究決定，將帷幕灌漿初始壓力適當減小，暫定為0.2MPa，進行灌漿試驗，按照降低后的初始壓力灌漿完成后，在75#、76#之間鉆J8檢查孔，作為試驗檢查孔檢查灌漿情況，經壓水試驗檢查合格。（透水率 0.35～2.06Lu）。

導流管底部灌漿完成后，進行截水槽段灌漿施工。由于在截水槽段部分巖石為強風化巖石，在進行接觸段灌漿時，基巖與混凝土接觸部位及附近巖石縫出現冒漿情況。經業主、監理、設計、地質和施工單位多次研究，并邀請省內知名專家到現場查看咨詢，分析認為由于截水槽部位巖石情況特殊，安山玢巖遇水易軟化。巖石軟化后，在巖石與混凝土接觸部位及其他巖石部位易產生縫隙，從而造成了冒漿的情況，因此，需要采用多次灌漿、低壓、閉漿、待凝、掃孔等方式完成灌漿施工。按照上述施工方法反復灌漿后，在截水槽冒漿處的37#、38#之間鉆J4檢查孔，并經檢驗合格。（透水率0.28～1.19Lu）

4.壩肩帷幕灌漿施工情況及分析

4.1 施工情況

2011年7月，山口水庫大壩壩體填筑完成，隨后開始了剩余部分壩體帷幕灌漿施工。由于土壩剛剛填筑完成，壩體內部土體還沒有開始沉降，而且帷幕灌漿需要在土壩壩體內部鉆孔的土層較深（最深處47m），為了盡量避免水流沖刷壩體，保證大壩土體密實安全，首先采取在土層干鉆，為了使鉆孔沖洗及灌漿質量滿足設計要求，下套管同時泥漿護壁，但是在右壩肩73#、77#鉆至20m左右時出現塌孔現象，施工單位立即停止鉆進，并用原狀土回填、壓實。同時，移機至81#孔，繼續采用原方案進行鉆孔，在鉆孔完成，成孔拔起套管時仍出現了塌孔現象且塌孔位置的體積較大。

在灌漿施工過程中，針對以上問題，建管處再次邀請省內知名專家詳細咨詢論證并經業主、監理、設計、地質、施工等各方討論研究決定，采用新的施工方法，用72#孔作為試驗孔，首先開孔后，用水泥漿盡量將孔口封閉，防止在造孔過程中水由孔口流入孔內，采用麻花鉆干鉆至接近混凝土蓋重時，停止鉆孔，下套管，改用91mm合金鉆頭鉆進至蓋重并取出圓柱混凝土芯，取出鉆具，拔出少許套管，再次下91mm合金鉆頭，擺動鉆具注入黏土水泥漿液，待凝24h后，下套管并砸入2～5cm，管口用水泥漿固定防止沿管壁滲入壩體，再待凝24h后，合金鉆頭巖石鉆進。造孔完成后，按照帷幕灌漿施工方法進行灌漿，灌漿完畢，拔出套管后，未出現塌孔現象，試驗成功。

4.2 土壩鉆孔實踐情況分析

4.2.1 壩肩部位土壩壩體內鉆孔容易塌孔的原因

水庫壩體剛剛填筑至壩頂高程，壩體內的沉降還未完成，大壩土體之間密實度不夠；大壩填筑土料為低液限粘土，塑性指數小，水穩定性差，遇到少部分的水就容易流動，造成塌孔；大壩土體內鉆孔深度較深，因此需要的鉆孔時間較長，土體與水接觸時間長，從而造成了土體穩定性較差。

4.2.2 解決壩肩土壩壩體內鉆孔容易塌孔的思路

采用鋼套管和泥漿護壁等多種方式保護鉆孔孔壁；盡量減少灌漿過程中水與土體的接觸，即采用多種方法防止水與鉆孔孔壁及土體的接觸，從鉆孔的孔口、土體內孔末端等部位防止水流入孔內。

5.結語

從帷幕灌漿造孔的布置、施工過程、施工方法以及灌漿效果檢查、灌漿成果研究等綜合分析，得出如下結論和經驗：

一是通過帷幕灌漿的情況可以看出，灌漿設備選擇、灌漿壓力控制、灌漿漿液的配置以及灌漿方法等是正確合理的。二是在灌漿過程中，對各項灌漿控制措施是切實可行的。三是土壩壩體內鉆孔應根據壩體土的性質、造孔深度、鉆孔機具等方面因素綜合考慮，同時，經山口水庫帷幕灌漿的多次反復現場實踐后證明，采用這種造孔方法是合理可行的，不僅能夠保證造孔及灌漿質量，同時也能夠保證剛剛填筑完成的土壩壩體內的土顆粒盡量少的與水接觸發生反應或者被水帶走，從而保證壩體的安全。