馮家山水庫大壩加固灌漿施工淺析

史軍祥

（寶雞市馮家山水庫管理局，陜西 寶雞 721300）

0 前言

馮家山水庫位于寶雞市陳倉區、鳳翔縣、千陽縣交界處的千河馮家山峽谷。水庫壩型為碾壓式均質土壩，總庫容4.27億m3，有效庫容2.86億m3，是一座以農業灌溉和城市、工業供水為主，兼作防洪、發電、養殖、旅游等綜合利用功能的大（Ⅱ）型水利工程。

馮家山水庫于1970年動工興建，1971年曾進行了帷幕灌漿，本次加固灌漿是在原幕線（防滲墻中心）內插布置進行的加固補強灌漿。設計單排幕線長305.12 m，孔距3 m，幕頂高程712 m，最大幕深74 m、總孔數132個，鉆灌進尺6362 m。壩體裂縫進行了充填固結灌漿LF12條，孔數200個，進尺2670 m。馮家山水庫壩區基巖由大理巖，鈣質板巖，泥質板巖等淺變質巖系組成。大理巖、鈣質板巖是一套碳酸鹽類復理石建造變質巖，具可溶性巖溶發育，透水性強。泥質板巖強度較低，易風化不透水。壩右岸基巖順河高傾角卸荷裂隙，可見溶蝕、溶孔、溶槽、溶洞及砂卵石是防滲加固灌漿的關鍵部位。本文對馮家山水庫大壩加固灌漿施工進行探討。

1 工程地質條件

1.1 區域地質

馮家山水庫庫區位于祁呂賀山字型構造前弧頂部與隴西構造體系的烏鞘嶺六盤山旋鈕褶帶的復合部位，主要受山字型構造體系控制。在壩址區為一倒轉背斜，構造線呈NWW向展布，往西受隴西系影響構造線轉為NW向，往南與汾渭斷陷相接，是三套巖層的交匯處。

1.2 地質巖性

馮家山水庫壩區基巖為下元古界滹沱群（Pt1）地層，巖層走向NW350°～360°，傾向NE，傾角71°～80°張扭性裂隙；走向NW290°～300°，傾向NE，傾角36°～62°以及張性裂隙及壓性層面裂隙為主。

馮家山水庫周邊山體，上覆層由第四系松散堆積物沖洪積dl-eolQ組成，上部巖層風化強烈巖體破碎。砂卵石層厚度6 m～20 m，結構松散，透水性強，滲透系數K=50 m/d。物探查明:水庫壩體有12條裂縫，壩體填土干密度平均合格率為63.9%，滲透系數K=0.013 m/d。

2 鉆孔灌漿施工

2.1 鉆進造孔及裂隙沖洗

帷幕灌漿鉆孔采用150型、300型回轉式鉆機造孔。鉆頭在使用上進行分類實施:即孔深在大壩浸潤線以上的土壩采用麻花鉆頭干法造孔，孔深在浸潤線以下的土壩采用三翼硬質合金鉆頭泥漿護壁鉆進，基巖（防滲墻）采用金剛石鉆頭鉆進。開孔孔徑Φ110 mm，土層下護壁套管，孔徑Φ91 mm，終孔孔徑Φ75 mm。鉆進過程中測斜儀測試，校正單排帷幕孔的垂直度，孔斜嚴格控制在設計允許的范圍內。每一帷幕灌漿段鉆孔結束后，均進行鉆孔沖洗、裂隙沖洗，沖洗壓力不大于灌漿壓力的80%，當超過1 MPa時按1 MPa，待沖洗回水澄清后即可結束，且總的時間單孔不小于20 min。基本能將孔底和孔壁的巖粉沖洗干凈。

2.2 壓水試驗

對深入基巖各孔段進行壓水試驗，目的是及時掌握各孔段巖石的透水情況。在帷幕Ⅰ序孔（先導孔）及檢查孔中自上而下按灌漿段長分段卡塞進行單點法壓水試驗，壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%，當超過1 MPa時按1 MPa，其他灌漿孔做簡易壓水[1]。在穩定的壓力下，每5 min測讀一次壓力流量，連續4次讀數中其最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min，即可結束壓水試驗[2]，取最終流量值作為計算流量。

2.3 灌漿

帷幕灌漿根據不同的巖層地質情況，分別采用了自上而下分段灌漿和孔口封閉灌漿法；土壩充填固結灌漿采用自下而上分段灌漿法，少灌多復。按Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔三序加密的原則進行施灌。先導孔和檢查孔采用自下而上分段灌注法。灌漿段長第一段2 m，第二段3 m，第三段往下都按5 m分段。其射漿管距孔底不大于0.5 m。帷幕灌漿材料采用普通硅酸鹽42.5R水泥，經集中制漿站攪拌配制所需水灰比的純水泥漿液，水灰比采用 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.7∶1、0.5∶1 六個比級，按5∶1開灌比施灌，灌漿壓力0.5 MPa～3 MPa。充填固結灌漿用水泥粘土配制的穩定混合漿液施灌。

2.4 灌漿結束標準和封孔操作

灌漿結束標準，帷幕灌漿，在規定壓力下，注入率不大于1L/min時延續30 min即可結束灌漿，灌漿全過程不小于120 min；土壩充填固結灌漿，當混合漿液升至孔口，連續復灌3次不再吃漿時，即可終止灌漿。

封孔采用0.5∶1漿液置換出孔內稀漿后，用3 MPa壓漿60 min閉漿操作進行帷幕封孔；充填灌漿用2 cm～3 cm含水量適中的粘土泥球置換封孔。

3 灌漿中遇到的問題及處理措施

馮家山水庫大壩加固灌漿是在庫水位705.3 m～706.5 m之間高水位運行下的帷幕加固灌漿，既有土壩的充填固結灌漿，又有基巖（防滲墻）的帷幕灌漿，是二元結合的補強灌漿。因此，采取有效的壩體土層保護措施，嚴控灌漿壓力和漿液變換，嚴密觀察抬動、裂縫、冒漿、涌水等現象，謹慎處置特殊異常情況和孔內突發問題，對確保大壩安全和灌漿效果尤為重要。

3.1 護壁管埋設

帷幕灌漿是在壩體土層以下基巖（防滲墻）上進行的補強灌漿。帷幕在造孔的過程中需給水循環鉆進，為了嚴控進入壩體水量，需要在孔口管埋設的基礎上，再下護壁套管，兩管用正反絲連接，套管深入基巖不小于1.0 m，以便于在基巖鉆進和灌漿時對壩體土層進行保護。

3.2 灌漿壓力及漿液變換控制

灌漿壓力是影響灌漿質量的重要參數[2]，水泥漿液又是強化密實帷幕的重要材料。在高水位運行下的土壩與基巖、充填與帷幕二元結合的加固灌漿中，如何對灌漿過程中漿液和壓力進行合理調整和應用，對大壩安全和灌漿效果影響較大。控制的原則按帷幕灌漿水灰比與灌漿壓力參數執行，見表1。

表1 帷幕灌漿水灰比與灌漿壓力參數

灌漿過程中，水灰比不變的情況:當灌漿壓力不變，注入率持續減少時，或當注入率不變而壓力持續升高時，水灰比不變。越級變濃的情況:當某一比級漿液注入量已達300 L以上，灌注時間已達30 min以上，而灌漿壓力和注入率均無明顯變化時，改濃一級施灌。當注入率已達30 L/min，又無壓力時，漿液越級變濃。

以K91灌漿孔為例，灌注壓力達最大設計灌漿壓力Pmax=3MPa，開灌比5∶1的水泥漿液稀漿開路，注入率＞30 L/min時，漿液越級變濃，2∶1、1∶1施灌直至灌漿結束。該段施灌適中，控制到位，因此 G（p）=F（t）曲線反應正常，注入量小。通過灌漿，設計的施工參數符合實際。保證了帷幕灌漿的順利進行。

3.3 冒漿情況

灌漿孔注入量大，灌漿過程出現冒漿，灌漿難于結束時，如K77孔第三段，采用了稠漿封堵、間歇待凝后，再掃孔復灌。

3.4 串漿情況

灌漿過程中多處出現串漿，對串漿孔具備灌漿條件的采用同時灌漿處理；否則，采用將串漿孔用橡膠活塞塞住，待灌漿孔灌漿結束后，再對串漿孔進行掃孔、沖洗，而后鉆灌處理。

3.5 吃漿量大、不起壓的情況

如K81孔第一段、K74孔的第8段，單耗超過500 kg/m，采用了越級至0.5∶1的濃漿灌注，加速凝劑、低壓、限流、間歇、待凝后掃孔復灌，如試2孔灌注水泥砂漿或水泥漿液，限量1000 kg/段，少灌多復，復灌次數達3次。

3.6 孔口有涌水的灌漿孔段

在灌漿前記錄涌水壓力和涌水量，根據涌水情況，分別采用自上而下分段灌漿、縮短段長、屏漿、閉漿、速凝、待凝（12 h～24 h）及濃漿結束等綜合處理。

3.7 灌漿中斷

灌漿必修連續進行，若因故中斷，如K91孔第11段采用了沖孔-掃孔-復灌，漿液逐級加濃繼續灌注直至結束標準。

4 灌漿效果分析

4.1 灌漿資料成果分析

灌漿成果資料分析顯示，大壩充填固結灌漿進尺2670 m，平均灌注粘土水泥混合漿量185.3 kg/m，Ⅱ序較Ⅰ序平均單位注灰量遞減13.7%，Ⅲ較Ⅱ序遞減68.1%；基巖帷幕灌漿進尺6362 m，平均單位注灰量91.1 kg/m，第五分部第四單元Ⅰ、Ⅱ序遞減規律較差，Ⅲ序較Ⅱ序遞減35%，Ⅲ序較Ⅰ序遞減23%，其他按三序加密原則，序間單位注灰量遞減規律正常。因此，按序施灌平均單位注灰量在逐漸減少，總體符合灌漿的基本規律和規范要求，達到了設計標準，取得了較好的效果。

4.2 灌漿質量測評

4.2.1 壓水試驗

在帷幕灌漿結束14天后，布置11個檢查孔進行壓水試驗、巖芯采集。壓水試驗透水率呂榮值除第五分部第六單元第四段大于3.0 Lu標準外，其他灌漿檢查孔壓水試驗成果、呂榮值均＜3.0 Lu，滿足設計要求帷幕灌漿技術要求和質量標準。檢查孔壓水試驗成果見表2。

4.2.2 水泥結石

從檢查孔采集的水泥巖芯檢測情況來看，水泥結石巖芯獲取率大于85%，結石成形、完整密實，從K77孔深34 m處獲取0.4 m長的水泥結石巖芯。

從收集的水文資料來看，對大壩灌漿前后壩后滲流量和地下水位進行對比分析，平均滲漏量減少了1.5 L/s，地下觀測孔水位降低了3.8 m，以及馮家山水庫除險加固后期，泄洪洞（泄洪洞位于大壩右岸）回填固結灌漿過程中不吃漿，注入量小，驗 證了本次灌漿效果佳，防滲性能強。

表2 灌漿檢查孔壓水試驗成果統計

5 結語

馮家山水庫大壩加固灌漿是在高水位、充水情況下的二元結合補強灌漿，是技術含量高的隱蔽工程，也是一項按照設計意圖并結合壩體地質結構實際，不斷研究、不斷調整、不斷創新的工藝技術[3]。因此，只有在熟練掌握鉆灌施工工藝，嚴格控制灌注施工參數，靈活處置孔內異常或突發問題，才能確保大壩安全和灌漿效果。通過本文的一些介紹尤其是特殊情況下的技術處理，對類似的灌漿工程施工有一定的參考價值。