水利水庫(kù)防滲優(yōu)化設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用

鄭道靜

(廣東河海工程咨詢有限公司,廣東 廣州 510610)

水庫(kù)工程建造過程中,庫(kù)區(qū)滲漏對(duì)水庫(kù)正常蓄水有很大影響[1-5]。帷幕灌漿技術(shù)能夠大幅提升水庫(kù)壩體的防滲能力,為進(jìn)一步改善水庫(kù)工程滲流問題，應(yīng)通過試驗(yàn)檢驗(yàn)帷幕灌漿在水庫(kù)壩體防滲效果改進(jìn)方面的可行性,然后依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果制定合理的施工方案[6-8]。

1 工程概況

某庫(kù)區(qū)帷幕灌漿工程位于某河庫(kù)尾右岸，帷幕灌漿平均深度74.0 m，最大深度約122.7 m。帷幕軸線長(zhǎng)度1178.57 m，帷幕灌漿按單排孔布置，孔距2 m。庫(kù)區(qū)帷幕灌漿區(qū)段位于大壩樞紐區(qū)南面約7 km的某村旁。壩址區(qū)大面積分布碳酸鹽巖，大壩兩岸灰?guī)r段岸坡地下水埋深較大，高程接近河水位，與正常蓄水位無交點(diǎn)，巖溶發(fā)育的程度及深度與河床類似。壩址左岸防滲線端點(diǎn)由左壩肩向北穿越灰?guī)r段進(jìn)入文麻斷裂帶約50 m，右岸防滲線端點(diǎn)由右壩肩向南穿越灰?guī)r段進(jìn)入P2β玄武巖內(nèi)約40 m。庫(kù)區(qū)除近壩庫(kù)岸(壩址區(qū)兩岸)外，地下水位高程高于正常蓄水位，沿分水嶺走向的文麻斷裂帶具有阻水性，水庫(kù)不存在滲漏的問題；河庫(kù)尾羅世鲊村附近長(zhǎng)約2.8 km的庫(kù)岸及河間地塊出露地層為個(gè)舊組上段(T2g)灰?guī)r，且灰?guī)r巖溶發(fā)育，存在滲漏問題，滲漏形式為管道～溶穴型，需進(jìn)行防滲處理。

2 生產(chǎn)性帷幕灌漿試驗(yàn)

水庫(kù)庫(kù)區(qū)二標(biāo)生產(chǎn)性帷幕灌漿試驗(yàn)自2016年11月3日開始，至2018年4月10日全部結(jié)束，歷時(shí)524日歷天。

2.1 灌漿施工流程

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及試驗(yàn)區(qū)孔位對(duì)應(yīng)里程位置用GPS進(jìn)行測(cè)量放線布孔，用鋼筋樁標(biāo)記。場(chǎng)地平整好后遷移鉆機(jī)至試驗(yàn)孔位置，開孔孔徑宜為φ110及以上。灌漿孔孔向?yàn)殂U直向。帷幕灌漿孔設(shè)計(jì)深度按設(shè)計(jì)孔深進(jìn)行。灌漿孔鉆孔流程見圖1。

圖1 灌漿孔鉆孔流程

2.2 地質(zhì)改良灌注施工流程

2.2.1 地質(zhì)改良灌注膏漿施工原則

(1)施工總流程。施工準(zhǔn)備→場(chǎng)地平整→鉆孔放樣→鉆孔、壓水→分層分段灌漿(膏漿灌注段長(zhǎng)為30 m)→待凝→自上而下分段掃孔(按設(shè)計(jì)劃分段長(zhǎng))→灌純水泥漿→資料整理。

(2)膏漿單孔施工工藝。鉆孔定位→固定機(jī)具→鉆孔、裂隙沖洗、壓水(按5 m分段壓水，完成30 m)→分層分段灌膏漿(膏漿灌注段長(zhǎng)為30 m)→待凝→鉆進(jìn)(按5 m分段壓水，完成30 m)→灌膏漿→……→至設(shè)計(jì)孔深→自上而下分段掃孔→灌純水泥漿→孔口管鑲鑄→待凝72 h→掃孔→灌純水泥漿……→至設(shè)計(jì)孔深→封孔→單孔資料整理。

(3)遇掉鉆、溶洞等特殊情況時(shí)先進(jìn)行膏漿灌注，規(guī)模較大的無充填型溶洞先采用級(jí)配料進(jìn)行回填，級(jí)配料投放按粒徑逐級(jí)摸索投放，級(jí)配料充填滿后，采用膏漿灌注，最后再采用純水泥漿灌注至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

(4)膏漿灌注按30 m一段分層、全孔分為3段進(jìn)行灌注，膏漿灌注前下射漿管至孔底1.0 m左右，自下而上拔管灌注，采取限壓限量雙重措施控制灌漿，達(dá)到指定壓力或注入量拔管進(jìn)行上一米灌注。地質(zhì)改良灌注膏漿漿液配比比如表1所示。

表1 各漿液配合

2.2.2 地質(zhì)改良膏漿灌注壓力標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)束條件

生產(chǎn)性帷幕灌漿膏漿試驗(yàn)區(qū)，先導(dǎo)孔、Ⅰ序孔自上而下分三大段進(jìn)行膏漿灌注，完成整孔膏漿灌注后按設(shè)計(jì)要求自上而下分段掃孔灌純水泥漿達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，直至設(shè)計(jì)孔深。

(1)膏漿灌注壓力控制。①孔深60 m以下：以脈動(dòng)壓力控制，結(jié)束灌漿時(shí)孔口峰值表壓力為4～6 MPa；②孔深30～60 m：以脈動(dòng)壓力控制，結(jié)束灌漿時(shí)孔口峰值表壓力為3～5 MPa。

(2)膏漿漿液變換原則。膏漿灌注由稀至濃逐級(jí)變換，必要時(shí)投放級(jí)配料回填滿后在灌注膏漿。

(3)膏漿灌注結(jié)束條件。膏漿灌注采取限量、限壓雙重控制措施，即壓力達(dá)到預(yù)定值拔管進(jìn)行上一米灌注，注入量達(dá)到預(yù)定值拔管進(jìn)行上一米灌注，對(duì)于壓力未達(dá)到預(yù)定值的區(qū)段待凝48 h以上掃孔復(fù)灌，直至達(dá)到壓力條件為準(zhǔn)。有壓力但達(dá)不到壓力結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的3～5 m3/m進(jìn)行控制，復(fù)灌過程壓力接近結(jié)束條件的注入量可適當(dāng)增加，但不得超過6 m3/m，遇掉鉆或溶洞時(shí)現(xiàn)場(chǎng)確定。

2.3 巖石層帷幕灌漿

孔口管埋設(shè)深度。在下端焊三根10 cm長(zhǎng)的Φ6.5 mm鋼筋作為對(duì)中架。孔口管埋設(shè)示意圖如圖2。

圖2 孔口管埋設(shè)示意圖

下入孔口管，使其對(duì)中并用水平尺校正。在施工過程中由于反復(fù)劈裂冒漿，除HⅡ試驗(yàn)區(qū)外，套管安裝深度基本為20～30 m，采取擴(kuò)孔二次安裝套管隔離上部破碎基巖、雙層套管等施工措施等。水庫(kù)庫(kù)區(qū)二標(biāo)生產(chǎn)性帷幕灌漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)初擬定灌漿壓力如表2所示。

表2 初擬帷幕灌漿壓力表

在試驗(yàn)施工期間存在復(fù)灌次數(shù)多、冒漿、反復(fù)劈裂、難以達(dá)到設(shè)計(jì)初擬定壓力的情況，造成材料注入量大、施工成本、工程投資不可控等。調(diào)整后灌漿壓力如表3所示。

表3 調(diào)整后帷幕灌漿壓力表

3 帷幕灌漿效果分析

3.1 水泥注入量成果分析

(1)Ⅰ序孔單位注入量平均值為1456.3 kg/m，Ⅱ序孔單位注入量平均值為319.6 kg/m，減少了78.1%。Ⅰ序孔單位注入量≥500 kg/m的區(qū)間為76%，而Ⅱ序孔≥500 kg/m的區(qū)間為31%，減少了45%。

(2)從整體透水率和單位注入量來看，該試驗(yàn)段巖溶發(fā)育，地質(zhì)情況復(fù)雜，但經(jīng)過膏漿充填和Ⅰ序孔的灌注，Ⅱ序孔的透水率和灌入量都有較大的減少，說明灌漿效果良好。

(3)巖體可灌性分析。EⅡ試驗(yàn)區(qū)受灌介質(zhì)差異性較大，上部8～12 m為覆蓋層，12～40 m左右為過渡帶，過渡帶基巖完整性較差，大量泥質(zhì)充填破碎帶，40 m以下基巖逐漸完整，但多次遇到連通型泥質(zhì)充填溶洞，需要大量漿液對(duì)泥質(zhì)充填物進(jìn)行擠密、置換后才能達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。水泥注入量成果如表4。

表4 水泥注入量成果

3.2 大耗灰量特殊孔段統(tǒng)計(jì)分析

由表5可看出，灌注膏漿段長(zhǎng)為144.27 m，其中水泥用量為269 657 kg，36.2%的灌漿段耗灰量占總耗灰量的67.1%,摻砂383.2 t，黏土173.7 t。EⅡ試驗(yàn)區(qū)平均每米灌注膏漿注入量為3.2 m3，注入量大的主要原因?yàn)閷挻竽噘|(zhì)充填溶溝溶槽、泥質(zhì)充填溶洞。

表5 EⅡ試驗(yàn)區(qū)膏漿灌注統(tǒng)計(jì)

串漿：KⅡ384孔在進(jìn)行23～28 m灌膏漿，灌注25 m位置時(shí)，從KⅡ382孔內(nèi)串漿，并擠出約4 m長(zhǎng)黃色泥質(zhì)充填物；檢查孔采用全孔取芯，在較大的空隙或者較大的溶槽中取出了較大體積的膏漿結(jié)石，說明膏漿能更好地充填和擠密溶槽、溶蝕裂隙等特殊地質(zhì)。

4 結(jié) 論

本文在前期灌漿試驗(yàn)報(bào)告提出的建議及相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過本次生產(chǎn)性帷幕灌漿試驗(yàn)進(jìn)一步摸清強(qiáng)巖溶地區(qū)地質(zhì)情況，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)及先導(dǎo)孔施工情況劃分出了庫(kù)區(qū)不同類型地質(zhì)及計(jì)劃采取的處理方案。