南等水庫帷幕灌漿施工控制及方法

摘要： 南等水庫為中型水利工程壩高89m，為2級建筑物，屬重要建筑物。對壩基帷幕防滲要求較高，由于本區下古生界變質巖及印支期侵入花崗巖兩大地層，此類地層巖石結構變化較大，巖石間差異性較大，且地質構造發育。地層水文特性變化大，給帷幕灌漿帶來很多不穩定因素。壩址右岸地質巖性等特征更能代表整個壩址區變質巖的特征，須進一步查明，通過選取試段試驗，分析得出結論才能指導施工，滿足壩體防滲要求。并對變質巖特性有所掌握。

關鍵詞：水庫；灌漿；試驗；分析評價；孔距

中圖分類號： TV 75 文獻標識碼：A

1 工程概況

南等水庫是一件綜合利用工程，主要任務是解決勐勐、勐庫壩區灌溉為主，兼顧城鎮生活和工業用水，結合發電，并兼有對下游河道防洪錯峰作用。南等水庫灌溉面積8.68萬畝。

南等水庫總庫容為5149萬m3 工程規模為中型，等別為Ⅲ等。樞紐由攔河壩、溢洪道、輸水隧洞、泄洪隧洞組成。攔河壩壩高89m，為2級建筑物，其余為3級建筑物。南等水庫屬于高壩，壩基防滲采用灌漿帷幕，防滲要求較高，壩基巖體為相對隔水層，帷幕體防滲均以透水率q≤5Lu為標準。

2 灌漿試驗目的

2.1 通過灌漿試驗，進一步探明壩址地質構造、巖層特性。

2.2 了解不同區段內地層的水文地質特性，進一步查明相對隔水層的埋藏深度，提出合理的帷幕底界；

2.3 進一步核實漿液材料、灌漿壓力、灌漿工藝、漿液比級等灌漿參數的可行性和合理性，以確定各區段的施工方法，推薦合理的施工程序，良好的施工工藝，適宜的灌漿材料及最優的漿液配合比。

2.4 在設計的基礎上，通過對灌漿試驗中的各種參數進行分析、對設計參數進行驗證、研究，從而對南等水庫大壩帷幕灌漿提出切實可行的施工工藝和施工方案。

3 工程地質情況

整個庫區出露下古生界“瀾滄群”a段b段的變質巖及印支期侵入化崗巖（γ51）兩大地層。整個右岸又以a段b段的片巖、變粒巖、石英片巖、石榴石片巖為主。

庫區內地質構造相對較發育，共有數條斷層和破碎帶的形跡。壩址區斷裂發育，地表巖石風化強烈、巖體破碎、卸荷松動現象發育。有4條斷層和數條斷裂帶出露，其中以壩址右岸較為明顯。所以試驗以右岸為主。由于地質條件的復雜性和多變性及不確定性，在此巖層上灌漿的難度較大。

必須通過實際試驗，才能探明巖性間聯系性，并得出參數，從而對壩體帷幕灌漿施工提出切實可行的施工方案后并指導生產。所以選取右岸地質較為復雜兩段壩0+282.82m～0+296.82m之間；0+282.82m～0+288.82m孔距為1.5m ，0+288.82m～0+296.82m 孔距為2.0m的兩段進行試驗。最終得出孔距和相應的施工參數。

4 施工過程

灌漿施工按鉆孔—灌前壓水－灌漿—檢查—封孔的過程進行。

4.1 鉆孔

鉆孔放線采用全站儀定位，用鋼卷尺復核孔距。 鉆孔機械采用XY-2PC型鉆機。灌漿孔鉆進主要以合金鉆頭和鋼粒鉆頭為主。鉆孔主要以鋼粒鉆進為主。開孔孔徑為φ91mm，終孔孔徑為φ75mm。鉆孔沖洗以孔口返水清澈、肉眼觀察回水無任何明顯懸浮顆粒為止。

4.2 壓水試驗

按設計要求，本試驗區宜選擇一個Ⅰ序孔作為先導孔，取芯并作灌漿前五點法壓水試驗。按監理意見，灌漿前采用五點法壓水試驗，其余各次序孔灌漿前作簡易壓水試驗。由于部分孔段透水率較大，用五點法進行壓水試驗，壓水壓力無法達到第二階段或第三階段壓力，試驗過程中根據規范和實際改為單點法或三點法壓水。

4.3 灌漿壓力

施工中，灌漿壓力的控制以設計壓力為指導，以形成防滲帷幕為目的。針對各孔段所出現的具體情況，則對灌漿壓力進行適當的控制。比如在設計壓力下，地表出現冒漿、抬動、注入率突然增大時，則適當降低灌漿壓力；注入率突然減小，甚至不吃漿時則適當超過設計灌漿壓力。

各段的灌漿壓力按如下公式計算：

P=P--0+mD

式中：P—各灌漿段允許灌漿全壓力值（Mpa）；

P0—表面地段允許灌漿全壓力值（Mpa），設計P0 =0.25 Mpa；

m—灌漿段頂板在巖石中每增加1m，所允許增加的壓力值（Mpa），取m =0.025（Mpa）；

D—灌漿段頂以上的巖石厚度（m）。

壓力提升按“盡快達到設計壓力”的標準進行控制。對于大吸漿量的孔段， 則根據注入率的變化和回漿管回漿量的變化，逐級升壓。部分孔段鉆進時孔口不返水，灌漿時注入量較大，漿液長時間無法回出，則改用注漿，待凝后掃孔復灌。

注入量較大，但一次性灌注能達到設計壓力的孔段，灌漿壓力以不超過設計壓力控制。注入量較小的孔段，灌漿壓力在不導致地層破壞的條件下，為了達到更好的灌漿效果，灌漿壓力均適當超過設計壓力。

4.4 灌漿材料

本工程灌漿材料設計為灌注純水泥漿液，水泥采用32.5級普通硅酸鹽水泥。水泥漿液主要使用5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1七個比級。漿液配制：水泥以包計，水量用流量表控制，所使用的比級和配制參數、漿液物理性質如表1所示。

灌漿時，漿液濃度由稀至濃逐級變換或視情況越級變換，漿液的變換主要按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（DL/T5148-2001）執行：

A 當某一比級漿液注入量達到300L～400L時，則改濃一級灌注；

B 當注入率大于30L/min時，根據具體情況越級變濃；

C 當灌漿壓力保持不變，吸漿率均勻減少或吸漿率不變而壓力均勻升高時，不改變水灰比。

適宜比級的水泥漿液是帷幕灌漿質量控制的重點，由于本試區大部分巖層裂隙開啟度較大，如果漿液過稀，漿液失水凝固收縮易留下細小縫隙，灌注的漿液以2：1和1：1兩個比級的中濃漿液為主。對于注入量較大的灌漿段，則按特殊情況處理，基本灌至0.6：1的漿液即不再變濃，過濃的漿液易造成堵塞灌漿管。灌漿過程中，每變換一級漿液時，均用婆梅氏比重計測定漿液比重，以保證配制出的漿液達到設計及規范要求。

4.5 灌漿方法

設計技術要求規定：蓋板外的帷幕灌漿采用自上而下分段循環灌漿法進行灌漿，而蓋板內采用孔口封閉灌漿法灌注。依照以上的要求，結合本試區位于壩肩，非灌漿段短的情況，對地質情況和設計灌漿壓力分析，采用了孔口封閉灌漿法和自上而下循環灌漿法兩種方法進行試驗。

（1）孔口封閉灌漿法：

采用孔口封閉孔內循環灌漿法，嚴格按要求下射管（φ42mm鉆桿）至距孔底小于50cm的位置，保證孔內漿液循環流暢，不至于使漿液沉淀而影響灌漿效果。灌漿嚴格按規范和設計要求進行。

（2）自上而下循環灌漿法

自上而下灌漿法，從上自下按分段造孔，分段灌漿，各段灌漿采用栓塞止于段頂50cm 以上進行灌注，各段均下φ25mm鐵管作為射管，射管距孔底小于50cm。

（3）自下而上循環灌漿法

由于部分加密孔根據設計及規范要求按檢查孔要求鉆進和壓水，在壓水試驗結束后，采用自下而上循環灌漿法灌注。

（4）灌漿段長及結束標準

第一段2m，第二段3m，第三段至第五段按5.0m控制，第五段以下5.0～6.0m。灌漿段在最大設計壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續灌注60min結束灌漿。對于少數按檢查孔施工的加密孔，采用自下而上灌漿法灌注，灌漿結束標準為在最大設計壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續灌注30min，結束灌漿。

（5）封孔

灌漿孔終孔灌漿結束后，采用“全孔灌漿封孔法”進行封孔，漿液水灰比為0.5：1或0.6：1。由于水泥漿凝固收縮，封孔一次性難以封填密實，在第一次封孔結束，鉆場搬遷后，再用其余鉆孔余漿進行二次或多次封孔，直至封滿密實為止。

5 特殊情況的處理

右岸試區出現的灌漿特殊情況主要為：部分孔段注入量較大；部分孔段吸水不吸漿，在注入量明顯降低至不吸漿后，回漿變濃；地表段由于巖層強度較低，臨界壓力較小，灌漿易造成劈裂，從地表冒漿。主要解決方法為：

5.1 注入量較大，灌漿時無壓和漿液無法循環的孔段，采用濃漿、限流、限量、間歇灌漿的方法處理，在以上方法無效的情況下，則直接通過射管向孔內注入濃漿至孔口返漿，待凝4小時以上后，掃孔進行復灌。

5.2 回漿變濃的情況，按設計要求首先換用相同水灰比的新漿（即重新配制漿液）灌注，但效果都不明顯時。在換用新漿或5：1的新漿進行灌注，回漿變濃的情況改變不明顯時，一般延續灌注30分鐘，就結束灌漿。

5.3 地表出現冒漿時，采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流限量、間歇灌漿等方法處理。一般情況下，嵌縫和表面封堵效果不明顯，主要采用間歇灌漿的方法進行處理，灌注一定量的濃漿后，冒漿處出現濃漿時，即停止灌漿，間歇待凝后再進行掃孔復灌，直至灌漿正常結束。

6結論

6.1 右岸灌漿試驗區通過對灌漿成果及檢查結果的分析顯示，在提出的灌漿壓力和灌漿方法對于此地層巖性和強度較為合理，但由于巖層裂隙的各向異性和巖層走向垂直于壩軸線等原因，漿液沿壩軸線的擴散范圍較小。未能形成有效的防滲帷幕。

6.2 右岸試驗區地層情況較為復雜，巖層走向主要是垂直于壩軸線方向，裂隙以陡傾裂隙居多。按1.0m孔距進行施灌后，孔與孔之間的漿液搭接較好，地層的防滲性得到較好的改善，透水性達到了設計防滲要求。右岸其它地段帷幕灌漿孔按1.0m孔距施工，其它參數不變。。

6.3 為了保證地層的完整性，防止壓水試驗對強度較低的全～強風化地層造成破壞，灌漿孔30.0m以上的灌漿段灌漿前的壓水試驗壓力參照試驗得出的地層臨界壓力使用。對于非灌漿段較淺的孔，由于地表巖層強風化，強度較低，按現灌漿壓力下，易出現地表劈裂冒漿，非灌漿段小于10m的灌漿孔1-3段灌漿壓力按臨界壓力使用。

6.4 鉆進失水和大吸漿量的孔段較多，寬大的陡傾裂隙較為發育，灌漿常發生漿液繞過止水栓塞上返，而又不至于返到孔口的情況，一般情況下不易發覺，常造成漿液沉淀后，灌漿工作管無法取出的事故。對裂隙較為發育的孔段可采用純壓式灌漿。以便通過灌漿工作管內外管之間的間隙注水至栓塞上方，沖出繞過止水栓塞上返的漿液，避免抱管事故的發生。

6.5 局部地層的裂隙細而密，灌漿時漿液不易灌至裂隙中，常出現吸水不吸漿的情況。為了保證地層得到更進一步的加固和帷幕的形成，以灌漿壓力為基礎，針對吸水不吸漿的孔段，在灌漿過程中視灌漿段的地層情況和注入率情況對灌漿壓力適當提高，以達到對細小裂隙產生一定的擴張，從而達到注入一定水泥漿液的目的，增加量可根據實際情況控制，但不宜超過設計壓力的20%。

6.6 鑒于本工程各區段地質情況存在較大的差異，該試區試驗成果在指導其它單元施工時，應根據實際地質情況進行相關參數的優化，以保證整個灌漿工程的施工質量。

6.7 根據右岸帷幕灌漿試驗的結果，按1m帷幕灌漿施工后。經檢查孔檢查，巖體的透水率≤5Lu，右岸形成連續的防滲帷幕，壩基已經形成有效的防滲帷幕，壩體防滲符合設計及規范要求。

參考文獻

[1]張四維.水利工程施工[M].第三版 陜西省水利學校.

[2]DL/T5148-2012，水工建筑物水泥灌漿施工技術規范[S].