淺析阿不都拉水庫基礎(chǔ)帷幕灌漿施工技術(shù)

劉再軍

(新疆塔城地區(qū)水利局，新疆 塔城 834700)

灌漿技術(shù)是水利工程最常用的加固手段，是一項相對復(fù)雜且專業(yè)性較強的工藝，其具有防滲、防漏及加固的作用。該技術(shù)主要分為帷幕灌漿、固結(jié)灌漿等不同類型。其中，帷幕灌漿的優(yōu)點在于投資小、效果好，能利用形成的防滲幕墻降低壩底壓力，因此在地基防滲項目中應(yīng)用頻繁。但在進行帷幕灌漿技術(shù)之前，應(yīng)先確定帷幕軸線的最佳長度，一般應(yīng)在水庫水位較低時進行施工，此技術(shù)要求水泥采用32.5級綜合水泥，砂礫石中含泥率≤1%，針片形砂礫石超徑≤5%，細度模數(shù)應(yīng)控制在1.6～3.0范圍之間。帷幕灌漿技術(shù)的施工質(zhì)量與工作人員的技術(shù)水平有著較大的關(guān)系，工作人員需要確定最佳質(zhì)量比的漿液，并將漿液以合適的壓力和數(shù)量灌注到鉆孔或裂縫中，因此相關(guān)單位應(yīng)建立完善的施工管理機制，聘請專業(yè)的技術(shù)人才，采用先進的施工技術(shù)，科學合理地進行作業(yè)，發(fā)揮出帷幕灌漿工藝的最大效能，為水利工程建設(shè)提供質(zhì)量保障。

1 工程概況

1.1 工程簡介

阿不都拉水庫距阿不都拉鄉(xiāng)政府10 km，距塔城市區(qū)31 km，地理坐標為N 46°56′16″，E 83°16′42″。阿不都拉水庫庫容3600×104m3，壩高70 m，庫壩以上集水面積260 km2，依據(jù)水利水電部門相關(guān)洪水標準，確定該工程為中型規(guī)模，工程等別為Ⅲ等，設(shè)計洪水重現(xiàn)期為50 a，校核重現(xiàn)期為1000 a，洪峰最大值為262 m3/s，消防設(shè)施標準為30 a一遇。主要建筑物抗震標準按照Ⅵ度執(zhí)行。

1.2 工程總布置

阿不都拉水庫工程的主體建筑為大壩、泄洪隧洞和溢洪道，設(shè)計預(yù)選的大壩類型為混凝土面板砂礫石壩，軸線位于北偏西方向50°處。溢洪道位于右壩肩，軸線與大壩軸線相交，并形成51°09′46″夾角。隧洞位于左壩肩，軸線與大壩軸線相交，并形成89°16′23″夾角。工程利用圍堰的擋水方法通過放水隧洞進行導流，圍堰放置于壩腳前側(cè)。

2 大壩基礎(chǔ)處理

2.1 大壩清基處理

阿不都拉水庫大壩為高壩，根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)條件及施工條件需要將壩基處的雜物全部去除，保證大壩填筑的砂礫石直接坐落在基巖上。此外，岸坡的坡度應(yīng)不陡于1∶0.3，如果坡度較陡，可以進行開挖或者砌筑C20細粒混凝土砌石以滿足要求。

2.2 趾板基礎(chǔ)的處理

根據(jù)地質(zhì)報告可知，河床段趾板處的砂礫石層厚度為2～3 m，兩岸趾板處的砂礫石層厚度為2～6 m，該層透水性強，需進行防滲處理。將趾板處砂礫石層全部清除，開挖基巖深度約至弱風化層，再澆筑混凝土趾板，使巖石裂隙得以充分封閉，并將其作為基礎(chǔ)灌漿工藝中的蓋重[1]。

2.3 帷幕灌漿

在進行趾板澆筑后，需按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范，在趾板一定范圍內(nèi)進行帷幕灌漿工藝。帷幕灌漿孔應(yīng)沿趾板方向進行布置，小于1/3壩范圍內(nèi)設(shè)置兩排，大于1/3壩范圍內(nèi)設(shè)置一排，且帷幕灌漿孔布置在固結(jié)灌漿孔中間，深度依據(jù)巖石吸水率決定。本工程帷幕灌漿處理深度最大值為43.00 m，進尺總和為11 181.15 m，打孔深度總和為12 197.59 m。

3 水庫基礎(chǔ)帷幕灌漿施工技術(shù)

3.1 孔位布置

帷幕灌漿孔距為2 m，設(shè)置兩排，深度按3 Lu線以下5 m控制。帷幕灌漿孔均布置在固結(jié)灌漿孔中間，具體趾板帷幕灌漿孔位布置如圖1所示。

圖1 趾板帷幕灌漿孔位布置(單位：cm)

帷幕灌漿根據(jù)開挖地質(zhì)編錄，在地質(zhì)缺陷部位(如遇斷層等)適當調(diào)整灌漿間距[2]。

3.2 灌漿順序

帷幕灌漿的注漿順序為先灌下游排，再從下游排向上游排灌注，每排分三序，從一序孔開始鉆灌，再依順序鉆灌二序孔、三序孔。一序孔和二序孔的孔間距均為8 m，三序孔的孔間距為4 m。

3.3 壓水試驗

(1)帷幕灌漿孔鉆入擬定位置后，必須使用高水流或高壓空氣沖洗鉆孔，盡可能去除鉆孔內(nèi)的巖石粉、小碎石等渣屑，保證鉆孔清理后底部的渣屑厚度≤20 cm。同時在正式灌漿開始前，應(yīng)對灌漿孔做壓水試驗[3]。

(2)根據(jù)前期地質(zhì)勘查結(jié)果設(shè)置先導孔，并需結(jié)合相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求和施工現(xiàn)場具體情況，由施工單位及其他相關(guān)單位共同確定，依照相關(guān)要求，先導孔孔數(shù)應(yīng)至少為總孔數(shù)的1/10，再使用單點法按照由上到下的順序進行分段卡塞，開始壓水試驗，并對先導孔進行分段帷幕灌漿。

3.4 灌漿技術(shù)

(1)灌漿方法。依照孔口密閉、孔內(nèi)循環(huán)的原則，進行自上而下地分段灌漿[4]，即在第一段灌漿的灌漿塞可直接安放在趾板內(nèi)，離基巖面距離至少保持20 cm，其他各段的灌漿塞應(yīng)阻塞在距離灌漿段頂50 cm處。并要保證在前序孔灌漿完成且封孔后，再對后序孔進行孔鉆灌漿。特別需要注意的是，需待灌漿結(jié)束24 h之后再進行沖洗操作及壓水試驗[5]。

(2)灌漿壓力。表1為灌漿壓力的初步擬定值，僅供參考。工程具體灌漿壓力值以及其他灌漿參數(shù)指標需通過現(xiàn)場灌漿試驗后方能確定。

表1 灌漿壓力初步擬定值

(3)灌漿段段長。通常情況，帷幕灌漿段的段長應(yīng)<5 m，如果水庫壩體存在溶洞或斷層等現(xiàn)象，應(yīng)保證灌漿段長<3 m。因此，需結(jié)合水庫實際情況，提前確定段長。

(4)灌漿漿液。本工程選用水泥漿作為帷幕灌漿的漿液，并設(shè)置六種不同漿液水灰比，分別為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.7∶1以及0.5∶1，選擇始灌水灰比為5∶1，之后再根據(jù)灌漿進程逐漸增高漿液濃度。

(5)漿液變換原則。在灌漿壓力維持不變，注入率逐漸減少時，亦或是注入率維持不變，灌漿壓力逐漸增高時，漿液重量比無須變換；當同一重量比的漿液灌注時間>0.5 h或灌漿量>0.3 m3時，應(yīng)更換高一濃度的漿液；若注入率超過1.8 m3/h，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場情況，適量提高漿液濃度。除此之外，若在灌漿時，灌漿壓力或注入率驟然改變，應(yīng)盡快查找變化原因，以便及時采取相應(yīng)手段，保證工程正常安全運行。

(6) 灌漿結(jié)束標準。當在灌漿最大設(shè)計壓力且注入率<0.06 m3/h的條件下，應(yīng)繼續(xù)灌注0.5 h，再結(jié)束灌漿操作。注意在地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、水流速度大或注入量和灌漿壓力較大的情況下，應(yīng)適當延長灌注時間[6]。

(7) 封孔。當工程中全部帷幕灌漿孔灌漿完成后進行施工驗收，在評定合格后，應(yīng)將鉆孔內(nèi)的積水和稀漿用質(zhì)量比為0.5的新鮮漿液置換，然后利用全孔封孔法封孔。封孔時采用最大灌漿壓力，時間應(yīng)控制在1 h。

(8) 特殊情況處理。在灌漿過程中，若發(fā)現(xiàn)漏漿、冒漿等現(xiàn)象，應(yīng)根椐實際情況及時封堵、嵌縫，同時采取低壓高濃度灌漿或者間歇性限量灌漿。如果出現(xiàn)串漿情形，應(yīng)采取灌漿孔和串漿孔同時灌漿的方法，但需確保一泵灌一孔，同時可以根據(jù)實際情況使用栓塞塞住串漿孔，等到灌漿工作完成后，再對串漿孔進行鉆孔和灌漿。

在帷幕灌漿施工中應(yīng)確保灌漿過程的連續(xù)性，如果由于特殊情況停止工作，應(yīng)遵循以下原則處理：①盡快恢復(fù)灌漿工作，若恢復(fù)困難，應(yīng)及時沖洗清理鉆孔，而后再恢復(fù)灌漿。當條件不允許沖洗或未達到?jīng)_洗效果時，應(yīng)先進行掃孔，再考慮是否恢復(fù)灌漿。②恢復(fù)灌漿工作時，應(yīng)選擇始灌質(zhì)量比的漿液重新灌注。當注入率與灌漿停止前的結(jié)果相似，可以繼續(xù)使用停止灌漿前的質(zhì)量比級繼續(xù)灌注。若是注入率明顯低于灌漿中斷前，則需要增加漿液濃度繼續(xù)灌注。

在灌漿時若發(fā)現(xiàn)灌漿段的漿液注入量過大，應(yīng)依據(jù)以下措施進行處理：①灌注穩(wěn)定漿液或使用其他漿液配成混合溶液。②向漿液中加入一定量的速凝劑[7]。③采取低壓高濃度、間歇性限量灌漿的方式。若發(fā)現(xiàn)回漿逐漸變濃，應(yīng)灌注與其質(zhì)量比相同的漿液，若效果仍未有顯著改善，則繼續(xù)灌漿0.5 h后結(jié)束灌漿。

當灌漿對象為溶洞、溶縫時，應(yīng)提前掌握溶洞的充填類型及其規(guī)模，并按照“先封閉，后密實”的方法進行灌注。當在溶洞或溶縫內(nèi)未發(fā)現(xiàn)充填物時，需先了解溶洞的大小或溶縫的寬窄，利用碎石填充后使用高流態(tài)混凝土灌注，在其冷凝后，再次掃孔灌漿；如果溶洞或溶縫內(nèi)發(fā)現(xiàn)充填物，應(yīng)掌握充填物的類型、性能及所占面積，再結(jié)合實際情況采用高壓灌漿、噴射灌漿等方法處理。

4 結(jié) 語

阿不都拉水庫基礎(chǔ)帷幕灌漿工程順利完成，并通過施工質(zhì)量檢查，證明了該灌漿技術(shù)已經(jīng)達到設(shè)計的加固效果，且具有一定的經(jīng)濟價值，適宜應(yīng)用于水利工程建設(shè)中，但帷幕灌漿技術(shù)和工藝還需要隨著科技的發(fā)展不斷完善，以期達到工程施工的最優(yōu)效果，為灌區(qū)建設(shè)提供基礎(chǔ)保障。