北川開茂水庫帷幕灌漿生產性試驗施工技術

史青松， 劉 煒， 李成斌

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

北川開茂水庫帷幕灌漿生產性試驗施工技術

史青松， 劉 煒， 李成斌

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

開茂水庫地處巖溶發育地區，工程地質條件復雜。結合開茂水庫左岸防滲帷幕灌漿試驗施工過程及資料分析，介紹了施工過程中的心得體會，可為類似工程提供借鑒。

開茂水庫；帷幕灌漿試驗；巖溶發育；裂隙；工藝參數；施工技術

1 工程概述

開茂水庫位于四川省北川羌族自治縣安昌鎮和永安鎮，為水利樞紐工程。整個庫區處于巖溶發育地區，左岸山脊工程地質條件尤為復雜，其山體相對單薄，左岸壩肩～王家灣一帶巖溶十分發育，地下巖溶通道眾多且彼此相互交錯貫通，從目前已有資料分析，至少存在6個巖溶通道，巖溶規模較大，主要為管道型巖溶通道。水庫中擋水壩最大壩高約56 m，其防滲體系累計長度為3 208．7 m，帷幕灌漿工程量約10萬余m，最大灌漿孔孔深70 m。

2 實施帷幕灌漿試驗的目的及場地選擇

為驗證帷幕灌漿底線高程設計的是否合理，以及編寫適用于溶洞發育、大裂隙等特殊地質情況下的帷幕灌漿施工方案，經業主、設計、監理、專家、項目部等共同召開的咨詢會達成意見，在左岸山脊巖溶發育地段新增兩個帷幕灌漿試驗區，以進一步驗證帷幕灌漿施工工藝和施工參數，為大規模的帷幕灌漿施工創造條件。本次帷幕灌漿試驗于2013年10月2日開工，至2013年12月17日完成所有試驗區的鉆灌和檢查孔施工，共完成灌漿孔720．7 m，檢查孔208．8 m。

3 灌漿試驗的設計

3．1 帷幕灌漿試驗孔位的布置方式

帷幕灌漿試驗布置在防1+326～防1+369 (分為Ⅰ、Ⅱ兩個區，Ⅰ區孔距1．5 m，Ⅱ區孔距2 m)，雙排(排距1．2 m)，梅花形布置，兩個區各布置帷幕灌漿孔10個(包括1個先導孔)，檢查孔2個。

3．2 帷幕灌漿試驗孔底線高程的確定

先導孔深入招標設計建議帷幕灌漿底線以下10 m(2段左右)，用于復核灌漿段地質條件，驗證設計方案中的灌漿底線深度。對先導孔要求全孔取芯，取出巖芯并進行地質編錄，以判斷灌漿底線是否位于相對隔水層內。下游排灌漿孔深度根據先導孔情況確定，上游排灌漿孔深度為下游排對應灌漿孔深度的1/2。

4 帷幕灌漿的試驗施工

4．1 鉆孔施工

鉆孔在蓋板混凝土達到70%的設計強度后進行。鉆孔采用XY－2型回轉式鉆機，先導孔、檢查孔采用金剛石鉆具清水鉆進采取芯樣，灌漿孔采用沖擊式風動潛孔錘鉆進。

4．2 鉆孔沖洗及壓水試驗

鉆孔完成后進行沖洗，直至回水清凈，延續10 min結束，沖洗后孔內殘留物沉積厚度不大于20 cm；灌漿前進行簡易壓水試驗，壓力為該段灌漿壓力的80%，該值大于1 MPa時，采用1 MPa。壓水20 min，每5 min測讀一次壓入流量，取最后的流量值作為計算流量。

4．3 灌漿施工

4．3．1 灌漿方法

試驗孔灌漿方法:1．5 m孔距試驗區采用“孔口封閉、孔內循環、自上而下分段”灌漿法；2 m孔距試驗區采用“綜合灌漿法”。

4．3．2 灌漿壓力與灌漿分段

按照帷幕灌漿試驗段技術要求，分段長度及灌漿壓力見表1，后序孔的灌漿壓力比前序孔提高10%或15%。

表1 試驗區灌漿分段及灌漿壓力表

4．3．3 灌漿水灰比及漿液變換原則

(1)灌漿漿液遵循由稀到濃的原則逐級改變，其水灰砂比(重量比)為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0．8∶1、0．5∶1、0．5∶1∶0．15、0．5∶1∶0．3等8個比級。

(2)開灌水灰比根據灌前透水率確定，一般原則如下:

①當地層q≤5 Lu時，采用水灰比為5∶1的漿液開灌；

②當地層q值為5～10 Lu時，采用水灰比為2∶1的漿液開灌；

③當地層q≥10 Lu時，采用水灰比為1∶1的漿液開灌。

(3)灌漿時，當灌漿壓力保持不變、吸漿量均勻減少時或當吸漿量不變而灌漿壓力均勻升高時，灌漿工作必須持續下去，不得改變水灰比。

(4)漿液水灰比的變換原則，當某一級水灰比的漿液已灌入300 L以上或灌注時間達30 min以上，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不明顯時，則改濃一級灌注。

(5)當注入率大于30 L/min時，可根據具體情況越級變漿。

4．3．4 灌漿結束標準

帷幕灌漿結束標準依據DL/T5148—2012《灌漿規范》:一般情況下，當灌漿段在最大設計壓力下、注入率不大于1 L/min后，繼續灌注30 min即可結束灌漿。

4．3．5 封 孔

全孔灌漿完畢，先采用導管注漿法將孔內的余漿置換成水灰比為0．5的濃漿，而后將灌漿塞塞在孔口，繼續采用這種漿液進行純壓式灌漿封孔，封孔灌漿的壓力使用最大灌漿壓力，灌漿持續時間不應小于1 h。

4．3．6 特殊情況的處理

(1)帷幕灌漿試驗中出現的異常特殊現象主要為鉆進時塌孔卡鉆，夾泥、不返水或返水較小、返水呈黃色等；灌漿過程中有冒、漏漿、灌漿量大、無法加壓等現象出現。

(2)對于灌漿過程中地面巖石裂隙有冒、漏漿的情況，對冒、漏漿點進行了封堵，均采取低壓限流、間歇循環灌注，當灌注砂漿在一定量后，如流量和壓力均未有明顯變化時采取待凝8 h以上再繼續灌漿的措施，依此循環直至正常灌注結束。

(3)對于在灌漿過程中灌漿量大、無法加壓的情況，主要采取低壓、限流、限量、灌注砂漿的方式；若達到限量標準時流量和壓力均未有明顯變化，則采取待凝后復灌的措施，依此循環直至正常灌注結束。

5 帷幕灌漿試驗成果分析

5．1 水泥注入量成果分析

5．1．1 水泥注入量遞減關系分析

(1)各次序孔單位注入量成果見表2。

表2 左岸山脊試驗區各次序孔單位注入量成果匯總表

(2)對表2進行分析發現:

①Ⅰ區下游排各序孔平均單位注入量關系:Ⅰ序孔＞Ⅲ序孔＞Ⅱ序孔；Ⅰ區上游排各序孔平均單位注入量關系:Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔。下游排隨孔序的加密單位注入量遞減不明顯，主要是由于在施工WRI－1－2第四段時(11～16m)鉆孔返紅褐色泥土并遇到溶蝕型裂縫，該段注灰量較大，達到2 995．22 kg/m。總體來說，各次序孔的單位注入量隨灌漿孔序的加密而逐漸減小，符合帷幕灌漿規律。

②Ⅱ區下游排各序孔平均單位注入量關系:Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔；上游排各序孔平均單位注入量關系:Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔。表中數據表明:隨著孔序的加密，后序孔的注灰量有明顯降低的趨勢，符合帷幕灌漿規律。

③Ⅰ區和Ⅱ區下游排平均單位注入量＞上游排平均單位注入量，反映出隨著排序的增加水泥注入量呈逐漸降低的趨勢，符合帷幕灌漿規律。

5．1．2 水泥注入量頻率區間成果分析

(1)各次序孔單位注入量頻率成果見表3。

表3 左岸山脊試驗區各次序孔單位注入量頻率成果匯總表

(2)對表3進行分析可以看出:

①對Ⅰ、Ⅱ試驗區注灰量進行統計分析可以看出:隨著灌漿孔、排序的增加，大耗灰量的孔段逐漸減少，各次序的單位注入量隨灌漿孔排、序的加密其注入量逐漸減小，符合灌漿規律。

②Ⅰ區單位注入量大于1 000 kg/m的17個孔段全部集中在下游排；Ⅱ區單位注入量大于1 000 kg/m的15個孔段也集中在下游排。數據表明:大耗漿段主要集中在下游排孔段上，隨著灌漿施工的深入，后序孔與后序排的大耗漿段逐步減少直至沒有，符合一般灌漿規律。

③幕體中較大的水泥耗量主要出現在溶蝕部位，兩個試驗區中單位注入量大于1 000 kg/m的32段占灌漿總段數的18．3%，但灌入水泥量占64．5%，充分反映出試驗區巖溶較發育的特點。

④總體來看，不論是在Ⅰ區，還是在Ⅱ區，先灌孔和先灌排逐步加密灌漿后，與灌漿孔貫通的基巖裂隙、滲漿通道逐步被水泥漿液充填，基巖的可灌性逐步降低，后灌孔和后灌排的水泥注入量相應減少，各次序和排序之間的注入量頻率區間遞減符合灌漿的一般遞減規律，一定程度上證明了灌漿的效果良好。

5．2 不同壓力、孔距灌漿效果分析

對兩個試驗區檢查孔壓水試驗成果進行對比分析可以看出:只有試驗Ⅰ區(孔距1．5 m、最大灌漿壓力2 MPa)雙排帷幕范圍內能滿足設計防滲要求，說明在不同孔距、不同灌漿壓力下灌漿效果有一定區別。

5．3 雙排帷幕深度分析

本次帷幕灌漿試驗上游排灌漿孔深度為下游排深度的1/2。根據灌后檢查孔壓水試驗成果，兩個試驗區在單排帷幕范圍內透水率均出現大于設計指標(q＜5 Lu)的孔段。試驗證明:在巖溶發育地段采取單排的布孔方式難以形成高質量的帷幕。

6 結 語本次灌漿試驗成果表明:所采用的孔位布置方式、灌漿材料、灌漿參數、結束標準等能夠很好地滿足巖溶及裂隙發育地區的帷幕灌漿施工質量和進度要求，可供類似工程借鑒。

TV52;TV543;TV44;TV7;TV522

B

1001-2184(2015)05-0013-03

史青松(1975-)，男，內蒙古赤峰人，基礎工程分局副分局長，高級工程師，學士，從事水利水電基礎工程施工技術與管理工作；

劉 煒(1982-)，男，四川南充人，工程師，從事水利水電基礎工程施工技術與管理工作；

(責任編輯:李燕輝)

2015-08-25

李成斌(1989-)，男，甘肅天水人，助理工程師，從事水利水電基礎工程施工技術與管理工作．