民樂縣山城河水庫帷幕灌漿試驗成果分析

谷小虎

摘要 帷幕灌漿施工前，需進行生產性帷幕灌漿試驗，驗證帷幕灌漿設計技術參數的可行性和合理性。山城河水庫帷幕灌漿試驗采用孔口封閉循環式灌漿工藝流程，對試驗中取得的灌漿資料和統計數據進行了分析，對部分灌漿設計參數進行了修正，保障防滲效果并兼具經濟性，為同類工程積累了真實可靠經驗。

關鍵詞 帷幕灌漿;試驗孔;透水率;分析

中圖分類號：TV542 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）03–0176–03

1 工程概況

1.1 基本概況

山城河水庫為民樂縣抗旱應急備用水源工程，也是市、縣所列重點項目。水庫位于民樂縣洪水鎮山城子村西南約1 km的紅石峽峽口處，多年平均徑流量602萬m3，多年平均流量為0.191 m3/s。水庫樞紐由大壩、溢洪道及輸水洞等主要建筑物組成，水庫設計總庫容272萬m3，興利庫容248萬m3，死庫容10萬m3，屬Ⅳ等?。?）型工程。帷幕防滲長度419.12 m，沿灌漿軸線單排孔布置，孔距2 m，共布置360孔，平均孔深40.83 m，總孔深1.47萬m。設計解決洪水鎮益民、友愛、下柴、上柴、老號、紅石灣、山城以及順化鎮上天樂等8個行政村（包括3個貧困村）1.45萬人的飲水安全問題和約853 hm2農田灌溉任務。

1.2 地質概況

主壩和左右副壩基巖，巖性上部為上巖組（Nb）橘黃色中細粒砂巖，下部為下巖組（Na）紫紅色含礫粗砂巖。上巖組（Nb）的橘黃色厚層中細粒砂巖的巖體節理裂隙發育良好，節理裂隙密集帶巖體較破碎，巖芯呈短柱狀或碎塊狀，壓水試驗測得該類巖體透水率最大值192.0 Lu，最小值7.0 Lu，平均值（18段）為94.4 Lu，屬中等偏強透水巖體。下巖組（Na）的紫紅色含礫粗砂巖巖性較堅硬，構造裂隙和節理不甚發育，巖體相對較為完整，壓水試驗測得的巖體透水率最大值為4.6 Lu，最小值為1.0 Lu，平均值（7段）為3.2 Lu，屬弱透水巖體，局部屬微透水巖體。

2 帷幕灌漿試驗目的和依據

2.1 試驗目的

（1）驗證帷幕灌漿孔布置形式、孔距、深度、灌漿壓力、水泥漿液水灰比等設計技術參數的可行性和合理性。

（2）獲取試驗孔單位注入水泥用量、壓水試驗成果，優化灌漿工藝及相關技術參數，提出合理建議。

（3）提出注灰量較大孔段的處理措施和其他特殊情況的處理措施。

2.2 試驗依據

《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（SL 62—2014）、《水電水利工程鉆孔壓水試驗規程》（DL/T 5331—2005）、《民樂縣山城河水庫工程建設項目施工圖冊》（SCH-大壩-01）以及《民樂縣山城河水庫工程第四標段施工合同文件技術文件》。

3 帷幕灌漿試驗孔位的布置

根據帷幕灌漿設計技術參數和監理單位指示，帷幕灌漿試驗段布設于右副壩延伸段和主壩段2單元內，上下游雙排共計22孔[1]。39#～43#′孔間距1.5 m，44#～47#孔間距2.0 m，排距1.0 m，梅花形布置。下游排施工完成后布置2個檢查孔，檢驗單排是否形成帷幕和灌漿效果。若檢查孔壓水試驗所有段次合格，則不再進行上游排施工，否則進行上游排施工后再布置2個檢查孔，進行灌漿效果質量檢查。試驗孔灌漿結果見表1。

4 帷幕灌漿試驗施工工藝和方法

4.1 施工工器具

本次帷幕灌漿試驗擬投入施工工器具12臺套，分別為：XY-2型回轉式地質鉆機5臺、ZJ-400型高速制漿機1臺、ZJ-400型攪拌機3臺、BW-250型灌漿泵2臺、FEC-GJ3000+型灌漿自動記錄儀1臺。

4.2 施工工藝流程

鉆孔→裂隙沖洗→壓水試驗→灌漿→封孔。

4.3 鉆孔

本次帷幕灌漿試驗采用自下而上灌漿法，故采用回轉式鉆機鉆進，灌漿孔位與設計孔位的偏差值控制在10 cm以內[2]。實際孔深應≥設計孔深，實際孔位、孔深應詳實記錄。在鉆進過程中，所有鉆孔都需進行孔斜測量，孔底的偏差值應滿足《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（SL 62—2014）“表5.2.4”的規定。鉆孔若遇塌孔，先灌漿后鉆進，先導孔、檢查孔等所有鉆孔必須鉆取芯樣，巖芯按取樣順序統一編號貼牌裝箱，拍攝彩色照片保存，并進行巖芯描述和鉆孔柱狀圖繪制。鉆孔結束后，及時上報監理部進行孔位、孔深、孔徑、孔斜等項目的檢查、驗收工作，合格后進行下一道工序。

4.4 裂隙沖洗及壓水試驗

各灌漿段在灌漿前需用壓力水進行裂隙沖洗，沖洗水壓力為0.8倍的灌漿壓力且≤1.0 MPa，沖洗時間至回水澄清時止≤20 min，對回水澄清不合格孔段，應繼續進行裂隙沖洗，孔內殘存沉積物厚度應≤20 cm。

裂隙沖洗完成后，自上而下分段進行壓水試驗，分析透水率。壓水試驗采用單點法，壓水壓力為0.8倍的灌漿壓力且≤1.0 MPa，壓水時間20 min，每5 min測讀1次壓水流量，最后流量值為計算流量，以透水率q（單位Lu）表示[3]。經現場監理工程師檢驗合格后再進行下一道工序。

4.5 帷幕灌漿

（1）灌漿段長、灌漿壓力與灌漿方法。本次帷幕灌漿采用孔口封閉法，第1灌漿段段長3 m，其余均為5 m，末段段長不超8 m。第一排Ⅰ、Ⅱ序孔初始設計灌漿壓力為0.3 MPa，第一排Ⅲ序孔初始設計灌漿壓力為0.4 MPa，第二排初始設計灌漿壓力均為0.4 MPa，根據灌漿深度的增加而逐步加大灌漿壓力。灌漿水灰比為：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.7∶1、0.5∶1共6個比級[4]。灌漿壓力參數詳見表2。

帷幕灌漿應按分序加密的原則進行，本次帷幕灌漿試驗布置雙排孔，故先灌注下游排孔，后灌注上游排孔。灌漿方法采用孔口封閉自上而下、分段循環式灌漿方法，接觸段長度不超過3.0 m，灌漿管距孔底不大于0.5 m。

（2）灌漿深度。根據《碾壓式土石壩設計規范》，帷幕灌漿深度深入相對不透水層（基巖透水率≤5 Lu）至地質建議灌漿高程，灌后基巖的透水率≤5 Lu。

（3）灌漿材料。以水泥灌漿為主，為確保灌漿質量，要求使用P·O42.5級普通硅酸鹽水泥，細度要求通過80 μm方孔篩的篩余量≤5%。

（4）制漿。采用分散制漿的方法，制漿材料必須稱量，稱量誤差應<5%，水泥等固相材料宜采用重量稱量法。各類漿液必須攪拌均勻并測定漿液密度，純水泥漿液的攪拌時間，使用普通攪拌機時，應≥3 min;使用高速攪拌機時，宜≥30 s;漿液在使用前應過篩，自制備至用完的時間宜<4 h。

寒冷季節施工應做好機房和灌漿管路的防寒保暖工作，炎熱季節施工應采取防熱和防曬措施，漿液溫度應保持在5℃～40℃之間，若用熱水制漿，水溫應≤40℃。

（5）灌漿漿液變換。灌漿水灰比取6個比級，故漿液變換應符合以下原則：當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或注入率不變而灌漿壓力持續升高時，不應改變水灰比;當某級漿液注入量≥300 L，或灌漿時間≥30 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應提高1級水灰比;當注入率>30 L/min時，可根據具體情況越級變濃;在灌注過程中，若發現灌漿壓力或注入率突變時，應立即查明原因，上報監理部并及時采取有效措施進行處理。

（6）灌漿結束標準和封孔方法。各灌漿段灌漿壓力達到最大設計壓力，注入率≤1 L/min后，繼續灌注30 min，可結束灌漿;若長時間達不到灌漿結束標準時，應立即上報監理部，由總監組織各參建單位并召開分析研討會，共同協商和研究相應的處理方案;灌漿結束后，采用“全孔灌漿封孔法”封孔。

（7）特殊情況處理。在灌漿過程中若發現冒漿、漏漿時，現場技術人員應根據具體情況采取表面封堵、低壓、濃漿、限流、間歇、待凝、復灌等措施進行處理。

灌漿必須連續進行，若因停電或其他原因導致施工中斷時，應立即采取以下措施：盡快恢復灌漿，若無上述條件，應立即沖洗鉆孔，再恢復灌漿;灌漿恢復時，水泥漿液濃度為開灌濃度，如注入率與中斷前相近，可采用中斷前濃度，如注入率較中斷前減少較多，應逐級加濃漿繼續灌注。

（8）灌漿質量檢查。灌漿質量評價以檢查孔壓水試驗成果為主要依據，結合施工成果資料和其他檢驗測試資料進行綜合分析確定，其評定標準為：檢查孔透水率≤5 Lu（設計值）;各試段透水合格率≥90%，不合格試段的透水率≤設計規定的150% ，且不合格試段的分布不集中;其他施工或測試資料基本合理，灌漿質量可評為合格。

（9）施工記錄和試驗資料。在灌漿試驗結束后，必須及時整理相關資料，并將試驗成果呈報監理部，具體需整理的資料如下。

灌漿成果資料：灌漿孔成果一覽表、灌漿分序統計表、灌漿綜合統計表、灌漿工程完成情況表、灌漿孔平面布置圖和灌漿綜合剖面圖、各次序孔透水率頻率曲線圖、灌漿孔測斜成果匯總表和孔斜平面投影圖。

灌漿質量檢驗資料：檢查孔壓水試驗成果表、檢查孔鉆孔柱狀圖、灌漿材料檢驗報告、照片、錄像和巖芯實物、施工前后或施工過程中的其他檢驗、試驗資料。

5 灌漿試驗成果分析

5.1 試驗孔壓水試驗成果分析

將透水率值的分布按照微弱區<1 Lu、較弱區1～5 Lu、弱區5～10 Lu、較強區10～50 Lu、強區50～100 Lu、極強區≥100 Lu等6個區段劃分[5]，結果見表3。

巖體的透水性在各個區間都有分布，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序試驗孔平均透水率分別為215.48、253.64、64.46 Lu，呈遞減趨勢，說明基巖破碎，縱向、橫向節理裂隙較多，有相互串聯并發育，巖層的透水性是比較強的。

5.2 試驗孔單位注灰量分析

將各孔段的單位注灰量的分布按照<50、50～100、100～500、500～1 000、≥1 000 kg/m等5個區段劃分，其結果見表4。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序試驗孔單位注灰量分別為487.79、150.67、107.25 kg/m，說明這些孔段部位巖體完整性均一般，可灌性較好。

5.3 檢查孔與Ⅰ序孔壓水情況分析

檢查孔與Ⅰ序孔壓水試驗成果進行比較分析，結果見表5。

從上分析結果并結合檢查孔巖芯情況可知，上、下游排灌漿試驗效果顯著。

下游排Ⅰ序孔36段壓水試驗中>5 Lu的孔段占比97%，≥20 Lu的孔段占比50%，經灌漿后檢查孔壓水試驗，其中，>5Lu的孔段占比下降至58%，≥20 Lu的孔段占比下降至17%。

上游排Ⅰ序孔的31段壓水試驗中>5 Lu的孔段占比87%，經灌漿后檢查孔壓水試驗，透水率均<5 Lu，滿足設計要求。

孔距為2.0 m的檢查孔6段壓水試驗透水率均<5 Lu，但均>3 Lu，孔距為1.5 m的檢查孔6段壓水試驗透水率均<5 Lu，且5段透水率<3 Lu。

從試驗的結果來看，灌漿效果明顯，灌漿孔需設置成雙排孔，孔距1.5 m灌漿效果更好，孔距2.0 m經濟性更好，2個方案均能滿足設計要求。

個別孔段單位注灰量異常，其原因可能如下：（1）個別巖體裂隙發育，且不貫穿;（2）巖體裂隙通往較遠處，造成漿液浪費;（3）基巖逐段向下壓力增加，灌漿把第一段壓開，形成多次劈裂;（4）漿液持續大量流失，未及時采取有效措施而造成浪費。

根據《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（SL 62—2014）“5.7.1規定”，現場技術人員采取了表面封堵、低壓、濃漿、限流、間歇、待凝、復灌等措施進行處理，效果明顯。

6 結論和建議

6.1 結論

（1）通過試驗結果分析，孔口封閉循環式灌漿方法是可行的。

（2）優化灌漿參數，設計方案灌漿孔單排布置，但試驗結果表明：雙排布置才能滿足設計要求，孔距1.5 m的灌漿效果更好，孔距2.0 m的經濟性更好。

6.2 建議

（1）首先，對混凝土蓋板底部、基巖表層薄弱地段，不分孔序先行處理，用0.5∶1濃漿堵漏通道，鑲管代凝24 h。

（2）建議灌漿孔雙排布置，孔距2.0 m。

（3）灌漿段個別孔段單位注灰量大難以結束時，可采取低壓、濃漿、限流間歇灌漿;灌注速凝、混合或膏狀漿液。

參考文獻

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[2] 錢勇峰.帷幕灌漿施工工藝與質量控制要點[J].水利規劃與設計，2012（3）：81-84.

[3] 郝記林.鉆孔壓水試驗在林州市風門溝水庫帷幕灌漿檢測中的應用[J].河南水利與南水北調，2013（8）：40，42.

[4] 楊良權，李波，雷安平，等.南水北調大寧調蓄水庫帷幕灌漿試驗與分析[J].水利水電技術，2013，44（1）：73-78.

[5] 張朕.積石峽水電站趾板帷幕灌漿試驗成果分析[J].科技信息，2009（23）：888-889.

責任編輯：黃艷飛

Analysis of Curtain Grouting Test Results of Shanchenghe Reservoir in Minle County

GU Xiaohu （Minle County Water Affairs Bureau， Minle， Gansu 734500）

Abstract Before curtain grouting construction， a productive grouting test should be carried out to optimize the grouting design parameters and grouting construction technology to verify the rationality of the grouting design plan and parameters. The curtain grouting test of Shanchenghe Reservoir adopts orifice closed circulation grouting process， analyzed the grouting data and statistical data obtained in the test， and corrected some grouting design parameters to ensure the anti-seepage effect and was economical. It was a similar project accumulated real and reliable experience.

Key words Curtain grouting; Test hole; Water permeability; Analysis