帷幕灌漿在土石壩壩基防滲加固中的應用

蔡遠明

摘 要：帷幕灌漿是水庫大壩壩基防滲加固處理中一種常用方法，結合排水措施可以有效減少大壩壩基滲漏及降低壩基幕后揚壓力。土石壩壩基灌漿帷幕與壩體中的防滲體緊密相接，構成上下連成一體的垂直防滲結構。雖然帷幕灌漿大都可以獲得滿意的防滲效果，但是地質條件的復雜性決定了帷幕灌漿施工中可能會遇到各種實際問題而影響防滲效果，應根據實際情況變化采取相應的措施。故此，文章對帷幕灌漿施工技術及相關問題進行了探討，可供同行業者參考和借鑒。

關鍵詞：帷幕灌漿；壩基；防滲加固；土石壩；應用

中圖分類號：TV543+.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-0052-02

1 帷幕灌漿鉆孔、沖洗與壓水試驗

1.1 鉆孔方法

鉆孔是實現灌漿的前提條件，所以必須保證鉆孔質量才談得上帷幕灌漿。鉆孔方法分為回轉式鉆進和沖擊式回轉鉆進兩種方法，它們與地質條件和灌漿方法有關。通常多采用回轉式鉆進方法，一般硬度的巖石采用硬質合金鉆頭；7級以上的堅硬巖石應選用金剛石鉆頭。如果采用自下而上灌漿法時，也可采用沖擊式回轉鉆進方法。鉆孔的參數包括孔排數、孔序、排序、孔距、排距、孔徑、孔深、段長等[1]。帷幕灌漿一般采用單排孔、雙排孔和三排孔，排數與基巖透水性有關，透水性強的基巖應采用雙排或三排孔，但決定最終開幾排孔的依據應由灌漿試驗確定。鉆孔孔序、排序是與灌漿方法相關的，采用兩排以上灌漿孔時，先鉆下游排，然后是上游排，三排孔最后鉆中間排孔；對于每排孔來說，要分2～3序完成，這稱為孔序。選擇孔距與排距是為了使各灌漿孔漿液有最理想的擴散搭接效果，應通過經驗和灌漿試驗確定。孔深與帷幕深度有關，按照《水利水電工程覆蓋層灌漿技術規范》（DL/T 5267-2012）3.2.8規定，帷幕底部應深入基巖或相對不透水層2 m或5 m，采用懸掛式帷幕可參考類似工程確定，但如果孔深超過100 m，考慮孔斜控制難度和造價因素，所以通常不超過100 m，然而我國新疆下坂地水利樞紐工程帷幕灌漿深度達到156 m[2]，說明100 m并非極限。孔徑常采用60 mm和76 mm，開孔取大孔徑，終孔取小孔徑（但不應小于56 mm）。一般孔深不超過6 m才采用不分段一次成孔灌漿的方法，通常要進行分段，而分段長度應由地質狀況、設備能力等因素決定，一般5～6 m一段，最長不超過10 m。

1.2 鉆孔的質量控制

鉆孔主要控制孔位、孔斜和孔深。按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（DL/T 5148-2012）5.2節規定，孔位偏差≯ 10 cm；垂直帷幕孔底允許偏差，20 m深≯0.25 m，50 m深≯1.15 m，100 m深≯2.5 m；孔深不應小于設計孔深。孔位可通過鉆孔平面圖和經緯儀或全站儀確定；孔斜采用測斜儀進行測量；孔深宜通過測量鉆桿長度確定，即以鉆頭2/3長度作為孔底終孔界面，測繩測量結果誤差較大，不宜作為測量評價方法。

1.3 沖 洗

沖洗可以清除孔中殘積的巖土碎屑、裂隙或空洞中填充的黏土雜質等，可保證灌漿質量。一般采用灌漿壓力80%的壓力水進行沖洗，洗至回水清凈為止，并且孔底沉積厚度不超過 20 cm。

1.4 壓水試驗

壓水試驗用于確定壩基各巖層的滲透性，一般可采用簡易壓水試驗法，并且應與裂隙沖洗結合起來進行。先導孔及檢查孔采用單點法試驗，現場灌漿試驗采用五點法試驗。一般要求水壓要達到灌漿壓力的80%，時間不少于20 min。

2 帷幕灌漿施工方法

2.1 制 漿

帷幕灌漿多采用純水泥漿（或細水泥漿）、水泥黏土漿。水泥宜選用新鮮、無受潮結塊的普通硅酸鹽水泥。配制純水泥漿只需將水泥與水按比例拌合均勻即可。配制水泥黏土漿，若使用黏土干粉，可先將水泥與黏土干粉混勻，再與水混合攪拌；若使用黏土原漿，黏土應充分浸泡后，再加入水泥攪拌。制備好的漿液要測定密度，因為在施工過程中漿液經常要調稠或調稀，密度是掌握漿液配比的重要依據。漿液攪拌時間視攪拌機類型而定，高速攪拌機≮30 s，普通攪拌機≮3 min。漿液從加水攪拌算起儲存時間不應超過4 h。

2.2 灌漿方法

分段灌漿方法分為自上而下灌漿法、自下而上灌漿法、綜合灌漿法和孔口封閉灌漿法。各種方法各有優勢，也有一些不足，應根據地質條件進行選擇。例如某大壩壩基為強風化基巖，河槽部分為砂卵石基礎，其防滲方案為壩基與壩體接觸帶采用高噴防滲墻，接觸帶以下進行帷幕灌漿，選用的灌漿方案為“孔口封閉，自上而下分段循環，不待凝”方法。

2.3 灌漿施工

灌漿過程中灌漿壓力和漿液變換是控制重點。壓力控制分為一次升壓法和分級升壓法，前者適用于巖層地質條件較好的基巖，后者適于透水性較大的基巖。盡量使用較大的壓力，以獲得較好填充效果，但壓力太高會使裂隙擴大，并且引起巖層抬動。灌漿壓力可采用經驗公式估算，并通過灌漿試驗確定，施工中進行檢驗和調整。例如某工程分3個高程段控制壓力，高程>170.0 m時，壓力為0.5MPa；高程為160.0～170.0 m時，壓力為0.5～0.6 MPa；高程<160.0 m時，壓力為0.6～0.7 MPa。

對純水泥漿來說，漿液水灰比通常在5～0.5之間。漿液變換目前都采用由稀漿開始，逐級變濃，濃至達到結束標準后結束灌漿。變換時機一般根據某一級灌漿量達到某一數值（如 300 L）或灌注時間超過某一規定時間（30 min或1 h），而灌漿壓力與灌注速率無明顯變化時；當灌注速率超過30 L/min，可考慮越級變濃。

2.4 灌漿結束與封孔

一般在達到設計壓力后，滿足下列條件之一，可結束灌漿：①注入率≯0.4L/ min，續灌30 min；②注入率≯1L/ min，續灌60 min。封孔時采用水灰比0.5的濃漿或水泥砂漿置換孔內稀漿或積水，壓力灌漿封孔。

3 帷幕灌漿幾個問題的處理

水利工程巖石帷幕灌漿，因工程地質條件的差異、開挖情況不同等而存在較大差異。如處理不當，會達不到灌漿效果和大幅度增加工程造價。如壩基開挖后裸露巖石的帷幕灌漿、斷裂帶的帷幕灌漿和缺乏聯系的橫向陡裂隙的帷幕灌漿等。

3.1 壩基開挖后裸露巖石的帷幕灌漿

應先進行表層固結灌漿，否則會出現冒漿和壓力提升不起情況，嚴重影響帷幕灌漿質量。

3.2 斷裂帶的帷幕灌漿

斷裂帶的帷幕灌漿是施工的重點和難點，需要高度重視。首先是鉆孔時，要充分掌握裂隙的發育程度、深度、寬度和充填物情況，其后進行壓（注）水試驗，根據鉆孔地質資料和壓水試驗成果，決定漿液是否添加骨料和速凝劑，決定骨料的粗細和添加量，決定添加骨料和速凝劑的時間。其次要隨時觀察灌漿情況，決定停止添加骨料或速凝劑。

3.3 缺乏聯系的橫向陡裂隙的帷幕灌漿

可采用垂直于橫向裂隙的斜孔灌漿，這樣可增加穿越裂隙的數量，從而減少工程量和提高灌漿質量，防止漏灌。一般以鉆孔與水平夾角60～75 °為宜。

4 結 語

帷幕灌漿施工結束后，要進行質量檢查和評定。通常要進行鉆芯取樣和檢查孔壓水試驗，再綜合竣工資料及其他試驗結果評定灌漿質量。每段透水率都滿足設計要求為合格。由于帷幕灌漿技術適應性強、防滲加固效果好，因此該技術具有很高的應用價值。

參考文獻：

[1] 田原.帷幕灌漿在砂卵石壩基防滲加固中的應用價值分析[J]. 黑龍 江水利科技，2014，（5）.

[2] 樊曙光，鄭旭榮.下坂地水利樞紐工程壩基防滲工程設計與施工[J].

水利水電技術，2012，（10）.