自密實(shí)混凝土在小烏江水庫地下溶洞封堵中的應(yīng)用

陳才明

(貴州省余慶縣水務(wù)局，貴州 余慶 563000)

1 小烏江水庫工程左岸的巖溶管道的探測與封堵措施

余慶縣小烏江水庫工程大壩為堆石自密實(shí)混凝土重力壩，水庫總庫容434萬m3，水庫大壩最大壩高47.2 m，總庫容383 m3，興利庫容358萬m3，見圖1。

圖1 余慶縣小烏江水庫工程大壩

1.1 巖溶管道的分布及探明情況

根據(jù)《余關(guān)縣小烏江水庫工程成庫論證勘察設(shè)計(jì)報(bào)告》及《余關(guān)縣小烏江水庫工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，小烏江水庫工程左岸有2條巖溶管道，1#主管道位于帷幕灌漿孔284～285位置，推測尺寸為5 m×16.5 m(寬×高)，分布高程781.5 m～797.0 m。2#支管道位于帷幕灌漿孔317～319位置，推測尺寸為5.3 m×9 m(寬×高)，分布高程779 m～784.0 m。為準(zhǔn)確探明巖溶管道的分布情況，在實(shí)際施工過程中，以316#灌漿孔分兩頭施工，以Ⅰ序孔為先導(dǎo)孔，帷幕灌漿采用孔口封閉、自上而下、孔內(nèi)循環(huán)的方法分序進(jìn)行，遇到掉鉆情況需做好詳細(xì)記錄(高程、掉鉆長度、地下水位等)，并停止該孔施工，然后不分序號(hào)改用90 mm孔，采用同樣方法對下一個(gè)孔進(jìn)行施工，直到探明該段巖溶管道的范圍及寬度為止，最后進(jìn)行集中封堵。共探明5個(gè)溶洞區(qū)，分別為：1#區(qū)域，208～216區(qū)域，分部高程為784.5 m～797.0 m；2#區(qū)域，232～256區(qū)域，分部高程為781.5 m～799.0 m；3#區(qū)域，254～257區(qū)域，分部高程為803 m～806.0 m；4#區(qū)域，284～285區(qū)域，分部高程為784.5 m～797.0 m；5#區(qū)域，317～319區(qū)域分部高程為784.5 m～797.0 m。區(qū)域內(nèi)巖溶管道呈蜂窩狀，不規(guī)則型，局部積水，可能存在動(dòng)水等特點(diǎn)。

1.2 巖溶管道封堵方案

方案一：地面豎井，采用從地面開挖施工豎井作施工通道，豎井開挖深度：1#區(qū)域?yàn)?0 m；2#區(qū)域?yàn)?4 m；3#區(qū)域?yàn)?2 m；4#區(qū)域?yàn)?7 m；5#區(qū)域?yàn)?3 m。地面開挖工程量大，同時(shí)巖溶管道呈蜂窩狀不規(guī)則型、局部積水，且可能存在動(dòng)水等情況，施工過程中可能出現(xiàn)塌方且立模困難等原因放棄。方案二：從水庫大壩下游開挖斜井作施工通道進(jìn)行封堵，需開挖長度為600 m的斜井，施工過程中可能出現(xiàn)塌方、地下涌水及泥石流等太多不安全因素而放棄。

最終方案：采用地面鉆孔，C15自密實(shí)混凝土回填，再進(jìn)行溶洞堵頭范圍內(nèi)深孔固結(jié)灌漿加固方案。

自密實(shí)混凝土封堵技術(shù)對混凝土的配合比有要求，需要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際地質(zhì)條件進(jìn)行混凝土材料配比的管理和控制，確保混凝土封堵之后能夠保證使用質(zhì)量和使用年限。需要用到泵管潤滑砂漿，對砂漿的配合比也要根據(jù)工程所在地要求進(jìn)行調(diào)整[1]。在實(shí)驗(yàn)室中完成相關(guān)配比工作，施工過程中要嚴(yán)格依照實(shí)驗(yàn)室配比實(shí)驗(yàn)獲取的配比參數(shù)進(jìn)行材料調(diào)配。自密實(shí)混凝土配比及泵管潤滑砂漿配比見表1、表2。

表1 自密實(shí)混凝土配比 單位：kg/m3

2 自密實(shí)混凝土在溶洞封堵的施工技術(shù)

2.1 溶洞存在的空腔可能并未完全揭示在表面，需要對所有溶洞進(jìn)行探查

利用型鋼、模板、插筋等方式對溶洞下方進(jìn)行探查，確保所有空腔的頂部都能夠露在洞口表面，避免有漏堵的情況發(fā)生。

2.2 鉆孔的布置

根據(jù)設(shè)計(jì)堵頭的長度，在設(shè)計(jì)帷幕線上游2 m～3 m平行于帷幕線布置第一排鉆孔且超過溶洞的寬度，鉆孔直徑不低于90 mm，最好采用150 mm(根據(jù)鉆機(jī)情況確定)，根據(jù)孔徑大小確定縱排距，以此類推直到最后一排孔滿足堵頭長度的要求，同時(shí)必須對孔口作好保護(hù)，防止鉆孔意外堵塞。

2.3 自密實(shí)混凝土封堵

2.3.1 封堵前的準(zhǔn)備工作

自密實(shí)混凝土澆筑封堵前，提前2 h對砂石骨料含水、含粉率、細(xì)度模數(shù)進(jìn)行檢測，自密實(shí)混凝土根據(jù)配合比拌制。對自密實(shí)混凝土性能狀態(tài)檢測(要求：塌落度260 mm～280 mm、擴(kuò)展度650 mm～750 mm、V漏斗試驗(yàn)檢測7 s～25 s)，澆筑過程中每間隔4 h對混凝土性能狀態(tài)檢測一次。自密實(shí)混凝土采用強(qiáng)制攪拌，拌和站拌和完畢送到施工現(xiàn)場，拌和時(shí)間比一般混凝土拌和時(shí)間長2倍，選擇專門的自密實(shí)混凝土減水劑，在技術(shù)人員的指導(dǎo)下完成混凝土拌和工作[2]。

2.3.2 自密實(shí)混凝土封堵

自密實(shí)混凝土封堵技術(shù)多采用高位關(guān)注法。材料濕表觀密度常規(guī)情況下在2400 kg/m3～2500 kg/m3范圍內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水的密度，導(dǎo)致堵頭位置或者大尺寸孔洞口承受壓力比較大。孔洞的堵頭位置如果強(qiáng)度不足，則容易出現(xiàn)混凝土沖垮問題。堵頭處理設(shè)計(jì)要根據(jù)自密實(shí)混凝土濕表觀密度以及灌注高度參數(shù)來計(jì)算，確保灌注安全可靠。本項(xiàng)目的灌注高度較高，涵管比較長[3]。涵管過長則容易造成孔內(nèi)關(guān)注不滿的問題，需要對灌注速度和自密實(shí)混凝土濃漿密度進(jìn)行基礎(chǔ)調(diào)節(jié)，確保較深較長的孔洞能夠填充飽滿。自密實(shí)混凝土施工時(shí)利用鉆孔從地面往溶洞內(nèi)灌注C15自密實(shí)混凝土，灌注時(shí)應(yīng)從上游側(cè)向下游側(cè)逐排依次進(jìn)行。為保證溶洞內(nèi)混凝土充填密實(shí)，小烏江水庫工程采取以下關(guān)鍵措施：從灌注孔孔口用Φ32PE管插入孔內(nèi)(距孔底約0.5 m～1.5 m)作為排氣管；灌注孔周邊的孔必需打開排氣；自密實(shí)混凝土須經(jīng)漏斗進(jìn)入孔內(nèi)，且每次漏斗內(nèi)混凝土注入完后再進(jìn)料，同時(shí)人工在漏斗內(nèi)用鋼筋或木棍釬插以保證正常通氣。自密實(shí)混凝土以自流形式流入孔洞中，將孔洞充滿，直到洞口逸出混凝土為止。在施工過程中，自密實(shí)混凝土要連續(xù)泵送，根據(jù)充填情況調(diào)節(jié)泵送速度。盡量一次充填完成，如果出現(xiàn)停泵問題，超過一個(gè)半小時(shí)的停泵，就要將泵管內(nèi)所有混凝土清理干凈，清洗泵管泵機(jī)，待泵機(jī)流出的水為清水，確保清洗干凈之后再進(jìn)行充填。

3 堵頭固結(jié)灌漿

堵頭混凝土灌入完成后再進(jìn)行堵頭范圍內(nèi)固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿穿過自密實(shí)混凝土堵頭并深入下層基巖，在堵頭上、下接觸基巖不小于5 m范圍進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿施工時(shí)按下游排開始，從上游側(cè)排依次進(jìn)行。固結(jié)灌漿孔孔距3.0 m、排距3.0 m，梅花型布置，孔徑不小于Φ76 mm。

在固結(jié)灌漿過程中，在一次2 t～5 t水泥升不了壓情況下實(shí)行待凝再灌，一定范圍內(nèi)(20 t或30 t水泥),經(jīng)待凝也升不了壓情況下在制漿時(shí)加入自密實(shí)混凝土外加劑，每噸水泥添加量約2 kg，每2 t水泥待凝3 h后可再續(xù)灌，直到能升壓后再一次性灌漿結(jié)束，為保證固結(jié)灌漿效果，凡經(jīng)過待凝的孔需掃孔復(fù)灌1次且一次性結(jié)束。導(dǎo)流洞永久堵頭固結(jié)灌漿施工處理采用濃漿封閉所有的孔洞，全孔灌漿完成后，在孔底用濃漿置換余漿，置換完成后關(guān)閉閥門。孔內(nèi)的漿液全部凝固之后，孔上方因?yàn)闈{液凝固干縮而造成的凹陷可以采用人工回填的方式填充。將預(yù)埋設(shè)施外露的部分割掉[4]。

4 封堵效果檢測

深孔固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查：檢查孔數(shù)量為總孔數(shù)的5%左右，208～216區(qū)域共布置3個(gè)壓水檢查孔，灌后檢查孔透水率均<5 Lu，平均值為1.54 Lu；232～256區(qū)域布置1個(gè)壓水檢查孔，灌后檢查孔透水率值為1.38 Lu；254～257區(qū)域共布置1個(gè)壓水檢查孔，灌后檢查孔透水率值為1.57 Lu；284～285區(qū)域共布置1個(gè)壓水檢查孔，灌后檢查孔透水率值為1.36 Lu；317～319區(qū)域共布置1個(gè)壓水檢查孔，灌后檢查孔透水率值為1.51 Lu；深孔固結(jié)灌漿灌后透水率值均滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(q<5 Lu)，說明封堵效果顯著[5]。

5 結(jié)語

自密實(shí)混凝土是清華大學(xué)金峰教授研究并獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)的新技術(shù)，現(xiàn)在西南地區(qū)應(yīng)用推廣較多，小烏江水庫工程灌漿中添加自密實(shí)外加劑的方法是一次新的成功現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，對今后工程建設(shè)中解決類似問題提供了經(jīng)驗(yàn)。