帷幕灌漿技術在細鱗河水庫除險加固工程的應用

沈繼承

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧 沈陽 110006）

1 工程概況

細磷河水庫位于黑龍江省鶴崗市北，細磷河下游干流上，距鶴崗市35 km，控制流域面積564 km2，大壩壩型為漿砌石重力壩，最大庫容3300萬m3，屬中型水庫，大壩全長345 m，最大壩高20 m，大壩基礎為花崗巖，建基面高程135 m。

隨著運行年限的增加，滲漏逐漸增多、游離鈣大量析出，導致伸縮縫再次嚴重漏水。鑒于大壩漏水對大壩造成的嚴重損害，為避免漏水的加劇和危及大壩安全；延長大壩的使用壽命，2008年對大壩壩體進行防滲處理，使大壩壩體、壩基形成一防滲帷幕。

2 地質條件

壩基處基巖為花崗巖，顏色為灰白-灰綠-灰黑色，中-粗粒結構，塊狀構造。主要礦物成分有石英、長石、黑云母角閃巖等，巖石堅硬，上部節理發育。全風化帶厚0～0.8 m，結構被破壞呈砂穴狀，與上部亞砂土沒有明顯界線，無交結性；強風化帶厚0.5～1.7 m，呈碎塊狀，半膠結狀態，整個壩軸區普遍發育，節理發育，裂隙面充滿了次生礦物。弱風化帶上部層厚1.85～8.3 m，塊狀節理發育，裂隙充滿水銹，膠結狀態，全區發育。

3 帷幕灌漿施工方法

3.1 灌漿孔位布設方案

灌漿鉆孔的位置布設在壩體的上游。擋水壩段灌漿孔為單排，鉆孔位置設在壩頂，孔距均為2 m，孔徑為φ75 mm，灌漿孔孔深鉆至壩基基巖下6 m，兩側向岸坡各延伸4個灌漿孔，壩頂下設5 m長的灌漿套管，套管以上部分采用靜壓灌漿，套管下部采用孔內循環灌漿。溢流壩段鉆孔位置設在灌漿廊道內，灌漿孔共7排，廊道以下的部分設1排灌漿孔，孔徑為φ75 mm，灌漿孔孔深鉆至壩基基巖下6 m，廊道上游側及其頂部設6排灌漿孔，上游側3排孔孔徑為φ60 mm，廊道頂部3排孔孔徑為φ38 mm。

3.2 灌漿材料、制漿和灌漿設備

1）灌漿的主要材料是水泥和水，根據工程需要可摻入風積沙等摻合料和外加劑。灌漿所采用的水泥品質必須符合GB175-92《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》或所采用的其他水泥的標準。

灌漿用的砂應為質地堅硬的天然砂或人工砂，粒徑不宜大于2.5 mm，細度模數不宜大于2.0，SO3含量宜小于1%，含泥量不宜大于3%，有機物含量不宜大于3%。

2）制漿材料必須稱量，稱量誤差應小于5%；水泥等固相材料宜采用重量稱量法。純水泥漿液的攪拌時間，使用普通攪拌機時，不少于3 min；使用高速攪拌機時，宜不少于30 s。

3）灌漿泵性能應與漿液類型、濃度相適應，容許工作壓力應大于最大灌漿壓力的1.5倍，并應有足夠的排漿量和穩定的工作性能；灌注純水泥漿液應采用多缸柱塞式灌漿泵。

3.3 灌漿工藝

1）一般規定。所有灌漿孔的孔距均為2 m，分三序灌注，其中Ⅰ序孔作為充填灌漿孔和常規灌漿孔，當Ⅰ序孔壓水不返水時，對其進行充填灌漿，灌漿材料為水泥砂漿，配比為水泥∶風積沙=1∶1。Ⅰ序孔部分亦作為先導孔。

單孔工藝流程：鉆孔→鉆孔測斜及沖洗→簡易壓水→灌漿→下一灌漿段鉆孔、壓水、灌漿→……直至終孔→封孔。

2）鉆孔。以鉛垂線為標準，鉆孔角度在90°以下的，采用回轉式鉆機鉆進。鉆孔角度在90°以上的，采用沖擊鉆鉆進。灌漿鉆孔位置與設計位置的偏差不得大于10 cm，鉆孔孔壁應平直完整。灌漿鉆孔每段都應進行孔斜測量，發現偏斜超過要求應及時糾正或采取補救措施。

鉆孔經測斜后，測得偏斜角θ，則d＝L1sinθ。

鉆孔偏斜率的計算公式為∶

式中：d——實鉆鉆孔的水平投影長度，亦即孔底偏距，也可稱偏差；L——實鉆鉆孔的立面投影長度；L1——實鉆鉆孔的長度。

帷幕灌漿孔孔底充許偏差見表1。

表1 帷幕灌漿孔孔底允許偏差 m

3）鉆孔沖洗、裂隙沖洗和壓水試驗。鉆孔完成以后，應及時地將鉆孔沖洗干凈。各次序灌漿孔的各灌漿段在灌漿前宜采用單點法進行簡易壓水，其成果以透水率表示。在有泥質充填物和遇水性能易惡化的巖層中，灌漿前不進行裂隙沖洗和簡易壓水。

4）灌漿方法和灌漿方式。采用回轉式鉆機造孔的，灌漿采用“孔口封閉孔內循環自上而下分段灌漿法”，射漿管距孔底不得大于50 cm，每段灌漿結束后可不待凝，進行下一段的鉆孔和灌漿，提高了灌漿施工工效；采用沖擊鉆造孔的按靜壓灌漿工藝處理。灌漿孔段長度為5 m，最后一段小于8 m時，可一次灌注。灌漿孔各灌漿段，不論透水率大小均應按技術要求進行灌漿。

5）灌漿壓力和漿液變換。灌漿壓力初步確定為0.5 MPa，具體灌漿壓力結合現場試驗確定。灌漿的過程中不允許降壓。灌漿漿液的濃度應由稀到濃，逐級變換。灌漿漿液水灰比采用 3∶1，2∶1，1∶1 等 3 個比級。當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率不變而壓力持續升高時，不改變水灰比。

當某一比級漿液的注入量已達300 L以上或灌注時間已達1 h，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著(某一級濃度的漿液在灌注了一定數量之后，其注入率仍大于初始注入率的70%，就屬于“改變不顯著”)時，應改濃一級。

當注入率大于30 L/min時，可根據具體情況越級變濃。灌漿過程中，灌漿壓力或注入率突然改變較大時，應立即查明原因，采取相應的措施處理。

6）灌漿結束標準及封孔方法。在設計壓力下，注入率不大于1 L/min時，延續灌注時間不少于90 min；灌注全過程中，在設計壓力下的灌漿時間不少于120 min。

封孔采用“置換和壓力灌漿封孔法”：全孔灌漿結束后，將導管下入到鉆孔底部，用灌漿泵向導管內泵入水灰比為0.5∶1的水泥漿，水泥漿自孔底逐漸上升，直至孔口返出濃漿為止。而后將灌漿塞塞在孔口，使用水灰比為0.5∶1的水泥漿進行純壓式封孔灌漿1 h，壓力為灌漿最大壓力。封孔灌漿結束后，閉漿24 h。

當進行封孔灌漿時的注入量大于1 L/min時，應按正常灌漿過程進行灌漿，直至達到要求的結束條件。如封孔前孔口仍有涌水或滲水，則應當適當延長封孔灌漿持續時間，或采取閉漿措施。

7）排污。灌漿工程的污水排放量是很大。在施工作業面附近設集污池，污水經集水井沉淀后，及時采用污水泵排至沉淀池內，經過二級沉淀達到排放標準后，排入河道。

8）特殊情況處理。灌漿過程中，發現冒漿、漏漿，應根據具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿等方法進行處理。

灌漿過程中發現串漿時，如串漿孔具備灌漿條件，可以同時進行灌漿。否則應將串漿孔用塞塞住，待灌漿孔灌漿結束后，串漿孔再行掃孔、沖洗，而后繼續鉆進和灌漿。

當鉆孔灌漿過程中，發現孔口涌水時，無論鉆進的孔段長度是否已經達到了規定的長度，都應當停止鉆進，先對本孔段進行灌漿處理。如果承壓水量不大，則灌漿前使該孔段充分排水，之后按常規辦法進行灌漿。如果承壓水量很大，這時應當測量承壓水的壓力和流量，有針對性地采取下列措施綜合處理：使用濃漿液灌注，必要時漿液中加入速凝劑；使用純壓式灌漿；提高灌漿壓力；進行屏漿、閉漿、待凝；壓力灌漿封孔。

灌漿段注入量大，灌漿難于結束時，可選用下列措施處理：低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿；漿液中摻加速凝劑；灌注穩定漿液或混合漿液。

3.4 灌漿質量檢查分析

灌漿質量檢查以檢查孔壓水試驗成果為主，結合對竣工資料和測試成果的分析，綜合評定。該工程灌漿質量檢查判斷標準為壓水試驗透水率不大于0.05 L/（min·m·m）。灌漿檢查孔的數量為灌漿孔總數的10%。

灌漿檢查孔布置部位：灌漿中心線上；巖石破碎、斷層、大孔隙等地質條件復雜的部位；注入量大的孔段附近；鉆孔偏斜過大、灌漿情況不正常以及經分析資料認為對帷幕灌漿質量有影響的部位。

灌漿檢查孔壓水試驗在該部位灌漿結束14 d后進行。檢查孔孔徑為φ56 mm，深度應少于該部位灌漿孔深度2 m；檢查孔段長為5 m。檢查孔應自上而下分段卡塞進行正式壓水試驗，試驗采用單點法。檢查孔壓水試驗壓力值為該處灌漿壓力的80%。基巖接觸段及其下一段的合格率應為100%；再以下的各段的合格率應在90%以上，不合格段的透水率值不超過設計規定值的100%，且不集中，灌漿質量認為合格。

檢查孔壓水試驗結束后，進行灌漿和封孔。

灌漿前的鉆孔最大透水率值達到0.549 L/(min·m·m)（15壩段的143號孔第一段），檢查孔壓水試驗值最大值為0.03 L/(min·m·m)（小于0.05 L/(min·m·m)）。最后試驗結果完全滿足設計及規范要求的質量標準。

4 結語

1）擋水壩經過帷幕灌漿施工處理后，擋水壩段背水坡底部的滲流現象消失，水泥灌漿形成的防滲帷幕已發揮作用，確保了大壩的安全與穩定。

2）溢流壩廊道經過水泥灌漿施工處理后，原白色游離鈣析出現象、多處滲漏點漏水并連續成串的現象、廊道下游面的漏水現象基本消失，整個廊道的滴水狀況及個別部位出現的連續流水現象全部消除。通過水泥灌漿，提高了漿砌石壩體的完整性，并增強了整個壩體的強度。

3）通過帷幕灌漿施工處理，滲漏狀況基本消除，制止了白色游離鈣析出。消除了大壩的安全隱患，延長了大壩的的使用壽命。達到了設計要求。