淺析混凝土面板堆石壩的面板脫空原因及脫空灌漿

黃 韜（湖南水總水電建設集團有限公司，湖南長沙410007）

淺析混凝土面板堆石壩的面板脫空原因及脫空灌漿

黃 韜（湖南水總水電建設集團有限公司，湖南長沙410007）

本文的主要目的是研究混凝土面板堆石壩的面板脫空原因及脫空灌漿，本文將根據實例探究面板脫空灌漿方法，根據研究分析得出：堆石體、水位變化、施工因素、流體變形等因素是導致面板脫空的主要原因，為了有效避免面板脫空問題，必須加強施工規范，嚴格檢查施工工序，加強施工管理，保證施工質量。

大壩防滲；混凝土面板堆石壩；面板脫空原因；脫空灌漿

引言

為保障水庫的正常運行，對于大壩防滲，應采取有效措施，對此，本文將以某水庫為例，詳細探究水庫大壩滲漏治理工程的面板脫空灌漿處理。

1 工程實例

某水電站擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，斷面結構圖如圖1所示。最大壩高78m，水庫總庫容2.78億m3，大壩面板傾角為35.54°，面板最大斜長110m，墊層料厚度2.32m。水庫蓄水運行以來出現漏水現象，且有逐年增加的趨勢。經水下電視滲漏檢測，發現混凝土面板破壞嚴重，可能形成滲漏通道。通過放空水庫、填筑上游土石圍堰，排干基坑積水，對面板進行全面檢查，發現L1、L8、L9和L10面板出現橫向斷裂，并發育多條貫穿裂縫，局部地方出現塌陷，面板下墊層料小顆粒被帶走，面板與墊層料之間出現脫空。當采取對破壞面板進行修復、更換破壞失效止水等綜合處理措施，保證大壩安全。

圖1 斷面結構圖

2 常見混凝土面板堆石壩面板脫空原因分析

（1）堆石體變形過大使面板產生脫空。由于面板與堆石體的鋼性差異較大，在自重和水荷載作用下，施工期及竣工期的大壩迎水面會產生下部外凸上部凹陷的變形，產生脫空。

（2）庫水位變化導致面板脫空。大壩蓄水后，面板會受到水壓力的作用，下部逐漸貼緊大壩坡面，上部出現翹起現象，并且逐漸脫離大壩坡面。在蓄水過程中，堆石體及墊層料的變形量逐漸增加，而面板量值較小。在退水過程中，面板的變形會得到環節，但壩體的變形則很難恢復，這就會形成面板脫空現象。

（3）分期施工與材料分區欠合理使面板產生脫空。在面板分期施工過程中，一期面板施工完成后，進行二期堆石壩體施工時，一期壩體堆石料受力將會發生變形，隨著上部的二期壩體繼續填筑，壩體變形也不斷增大，墊層外表面將偏離原幾何表面，一般表現為中下部位有“外凸”趨勢，面板在中下部將受到堆石料外凸變形的外推效應，致使一期面板上部離開墊層表面而產生脫空現象。

（4）流變變形加大面板脫空。通過有限元計算分析得出，壩體流變變形會導致三期面板脫空現象，而且還會加大了一、二期面板的脫空。面板壩堆石體在高圍壓的作用下流變較大，壩體沉降會逐漸增加，而且壩體上部上、下游坡會產生向壩中的變形，體積收縮量較大，產生面板脫空問題。

3 面板脫空灌漿

3.1 墊層料檢測

墊層料檢測選在L2和L9面板，試樣干密度為 1773～2034kg/m3，小于原設計要求干密度2200kg/m3。骨料最大粒徑為80mm，為人工碎石，墊層料不均勻系數大于5，曲率系數大于3，為不良級配。以上情況表明，面板與墊層存在脫空現象，墊層料級配不良，小顆粒流失嚴重，結構疏松。

3.2 灌漿設計

3.2.1 灌漿范圍

面板下充填灌漿和墊層料加密灌漿處理范圍包括：L1和L2面板全部范圍、L9面板167～150m高程范圍、L10-L11面板136m高程至周邊縫范圍、L12面板150m高程至底周邊縫范圍的面板下充填灌漿；L1和L2面板150m高程以下至周邊縫范圍，L9-L12面板136m高程以下至周邊縫范圍的墊層加密灌漿。

3.2.2 灌漿方案比較及選擇

（1）沿面板鉆鉛直孔灌漿方案：該施工方案要求放空水庫進行，可以對面板進行徹底的檢查，施工方法簡單，技術難度低，操作性強。但由于需放空水庫，直接影響水庫的發電效益。同時，該方法需在面板上鉆大量的孔，從一定程度上來說，破壞了面板的結構。

（2）壩頂鉆斜孔灌漿方案：該方案不需放空水庫，鉆孔傾角保持與面板平行成∠35.54°，與面板距離為0.5m，距墊層料底部1.82m。要求鉆孔上不能打到面板，下不能穿過墊層料底部，鉆孔要求精度高。同時墊層料主要由碎石和砂組成。綜上所述，該方案技術要求難度大，但是不影響水庫的發電效益，潛在經濟效益巨大。

3.2.3 灌漿試驗和方案選擇

為了對工藝操作性、質量可靠性和經濟優越性有一個更直接的比較，要求在正式灌漿前對兩種方案進行現場試驗，選取合適的方案。

①面板上鉆鉛直孔灌漿試驗布置在L1、L2面板▽143m～150m高程范圍進行；②▽壩頂鉆斜孔灌漿試驗布置在L9面板167m高程進行。

試驗表明，兩種方案在技術上均可行。在壩頂鉆斜孔灌漿試驗施工過程中，未出現鉆孔穿越面板等現象，說明該方案能保證足夠的施工安全性和可靠性。鑒于其不影響水庫發電效益，決定采用不放空水庫的壩頂鉆斜孔灌漿方案。

3.3 壩頂鉆斜孔灌漿方案施工

3.3.1 施工布置

（1）施工用風。采用一臺12m3/min的移動式空壓機供風。

（2）施工用水。采用一臺水泵自庫中取水，φ2鋼管引至各鉆孔灌漿施工部位。

（3）施工用電。從右壩肩配電房引出主線，沿壩體上游側167m高程布設到左岸，再用專線接至各鉆孔灌漿施工地點。

（4）制漿系統。在水庫左壩頭設一集中制漿站，采用1臺ZJ-400型高速制漿機制漿，1臺1m3攪拌桶儲漿及BW250/50型泥漿泵輸漿。

3.3.2 施工材料

（1）施工原材料。水泥：采用符合國家質量標準的425#普通硅酸鹽水泥。水：灌漿用水符合JGJ63-89標準的有關規定，拌漿用水最高溫度不超過40℃。粉煤灰：采用符合國家標準的Ⅱ級粉煤灰。膨潤土：采用符合設計要求的膨潤土。

（2）灌漿配合比。①面板脫空充填灌漿采用水泥粉煤灰漿液，配合比水泥∶粉煤灰為1∶2，水灰比為0.5∶1，并摻入5%膨潤土。②墊層料加密灌漿采用水泥粉煤灰漿液，配合比水泥∶粉煤灰為1∶2，水灰比為1∶1、0.5∶1，并摻入5%膨潤土。

3.3.3 抬動觀測及施工監測

灌漿前安裝抬動觀測裝置，在灌漿塊左右相鄰塊適當部位分別安裝一個千分表座，灌漿過程中，千分表測量頭與被測塊保持接觸且上下活動余量適當，實時監測。面板允許抬動值不超過0.5mm，當面板抬動值達到和超過允許值時，立即停止灌漿。面板水下部分無法安裝抬動觀測裝置，在灌漿過程中，密切觀察有無漏漿、庫內水變混濁等異常情況，并及時處理。3.3.4灌漿施工

（1）施工程序。在充填施工后進行加密灌漿施工，充填灌漿可以從手風鉆自壩頂沿面板和墊層料之間的縫隙掃孔，然后采用灌漿鐵管從壩頂沿著縫隙盡量向下插入灌漿。在實際操作中，由于面板與墊層料縫隙寬窄不一、縫面不勻，因此充填灌漿管只能進入3～5m，灌漿效果較差。通過研究，充填灌漿結合加密灌漿一并進行。

（2）孔位布置。充填灌漿和墊層料加密灌漿的范圍為L1、L2、L9～L12等6塊面板，孔距為3.0m，鉆孔距分縫距離在50cm以上。

（3）鉆孔。①鉆孔方向與面板保持平行，與面板底面的垂直距離為50cm，與墊層料底部的距離為182cm，鉆孔傾斜角度為35.54°，單孔最大孔深為117m，對于鉆孔偏斜，應該盡量避免打到面板。②采用DIAMEC-262型以及XY-2型鉆機配以合金鉆頭進行回轉鉆進，鉆孔孔徑為φ76mm。在鉆進施工中，不需要添加沖洗液，為了避免鉆桿及鉆頭溫度過高，可以加入少量冷卻水進行冷卻。③在鉆孔施工開始前，需要拆除壩頂回填石碴至防浪墻底部，并且采用φ76mm的鋼管搭設鉆灌鋼架施工平臺。

（4）灌漿。①灌漿分兩序孔加密。待孔深達到設計孔深后，不起鉆，將灌漿管接至鉆桿即可進行灌漿。灌漿按自下而上分段、自流限量的灌漿方法進行，灌漿段長度為3～6m。鉆孔無法一次到底時，將該孔分數段，先對第一段進行加密灌漿，待凝后掃孔繼續鉆進第二段，再進行加密灌漿，如此直至設計孔深。②灌漿結束標準。灌漿孔孔口返漿，即可結束灌漿。③封孔。采用壓力灌漿封孔法封孔，封孔漿液水灰比0.5∶1，并采用預縮砂漿封孔。④在灌漿過程中，如水上面板出現漏漿，立即對漏漿部位進行封堵，同時加濃漿液配合比或摻入速凝劑，并控制進漿流量；如水下部分面板出現漏漿，立即停止灌漿，并在漏漿部位用粉煤灰、黏土等封堵，必要時在漏漿部位采用導管灌注水下絮凝柔性混凝土，繼續灌漿時采用間歇灌漿和限流灌漿方法，必要時改變漿液配合比或摻入適量的速凝劑。

3.4 灌漿效果分析

本次充填和加密灌漿單耗干料為1288.5kg/m，說明面板與墊層料有一定程度的脫空，墊層料的可灌性良好，表明灌漿設計較符合實際情況。

Ⅰ序孔單耗量1466kg/m，Ⅱ序孔單耗量1100.6kg/m，Ⅱ序孔單耗為Ⅰ序孔單耗的75%；Ⅰ序孔單耗大于1500kg/m的孔段為55段，占Ⅰ序孔孔段數的34%，Ⅱ序孔單耗大于500kg/ m的孔段只占19%。以上說明隨著孔序的加密，灌漿單耗明顯減小，并且耗漿量大的孔段明顯減少，符合灌漿的一般規律，表明灌漿參數較為合理。

4 結束語

（1）嚴格按照施工程序進行施工，在灌漿材料的選擇上，應該盡量選擇流動性好、強度高、無離析、無泌水、無收縮性的材料，并且設計合適的充填灌漿漿液配合比。

（2）在測量布孔及鉆孔上，應該根據施工圖紙設計要求以及施工實際需要進行測量，并將布孔位置標記出來，便于施工。

（3）在充填灌漿過程中，為了保證施工效果，首先應該進行施工試驗，然后再進行灌漿，并保持一定的灌注壓力。

（4）完成灌漿后，還應該進行嚴格的質量檢查工作，對于不合格部位進行補灌漿，以保證施工質量。

[1]許曉亮，王樂華，鄧華鋒，朱 敏.基于ADINA的面板堆石壩三維子模型法研究[J].長江科學院院報，2012（11）：56～57.

[2]宋翠景.影響高面板堆石壩變形的若干因素[J].科技信息，2012（10）：185～186.

[3]龔智敏.地質雷達用于混凝土面板堆石壩面板病害普查[J].葛洲壩集團科技，2011（01）：37～39.

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2095-2066（2016）05-0078-02

2016-1-15

黃 韜（1982-），男，工程師，本科，主要從事水利水電工程施工專業。