云南墨江山卡水庫帷幕灌漿施工技術

張夢宇，劉志強，羅應培

（1.黃河水利職業(yè)技術學院，河南 開封 475001；2.開封黃河河務局，河南 開封 475000；3.云南省水利水電科學研究院，云南 昆明 650228）

1 工程概述

云南墨江山卡水庫位于云南省墨江縣西南部魚塘鄉(xiāng)樹林村境內(nèi)的山卡河上游，距墨江縣城78 km，是以灌溉為主，兼顧防洪和解決灌區(qū)人畜飲水的綜合開發(fā)利用水庫。 水庫控制徑流面積為32.8 km2，總庫容268 萬m3，設計灌溉面積373.3 hm2，土壩壩頂高程1 459.00 mm，最大設計壩高31 m。

該水庫于1965 年開始建設，1986 年全部竣工，建設工期21 年。 由于各種原因，大壩在運行中出現(xiàn)浸潤線上升，壩面滲水潮濕，壩身、壩基滲漏，大壩產(chǎn)生滲漏變形，大壩上、下游壩坡均不穩(wěn)定，水庫淤積嚴重等病險狀況。 為了大壩和下游人民生命財產(chǎn)的安全， 有關部門采用帷幕灌漿對大壩進行除險加固處理。

2 防滲帷幕灌漿布置

2.1 帷幕長度和深度

防滲帷幕線全長176.5 m。 根據(jù)山卡水庫攔河壩帷幕灌漿防滲剖面圖及施工設計要求，帷幕最大深度11.54 m。在實際施工中，由于地表高程的變化，在保持帷幕底界不變的情況下，根據(jù)實測孔口高程與相應孔底高程之差確定鉆孔深度。

2.2 灌漿孔的布置

根據(jù)山卡水庫攔河壩帷幕灌漿設計圖，帷幕灌漿孔的布置按孔距分為1.5m 和1.0 m 兩個區(qū)?？拙酁?.5 m 的孔為:左岸0+001.5～0+34.5 的1#～23#孔、壩體段0+43.5～0＋82.5 的24#～44#孔、0+91.5～0+133.5 的s15#～s24#孔、0+143.5～0+176 的64#～86#孔，其余孔距為1.0 m。

3 灌漿施工技術及相關參數(shù)的選擇

3.1 灌漿材料及配合比

3.1.1 灌漿材料

（1）水泥。 工程采用的水泥為墨江縣水泥廠生產(chǎn)的強度等級為32.5 的普通硅酸鹽水泥。 該水泥經(jīng)水電十四局中心試驗室試驗， 符合施工要求。（2）水。 山卡河河水水質(zhì)能夠滿足灌漿要求。 在大壩導流洞上下游分設泵站， 采用三級離心泵直接抽水至水池，再由水池供給各機組和灌漿點。 （3）黏土。 采用大壩左岸上游紅土區(qū)土料，經(jīng)水電十四局中心試驗室試驗，土質(zhì)符合要求。

3.1.2 配合比

壩體段采用1∶2 水泥黏土漿、壩體及基巖接觸帶采用1∶1 水泥黏土漿、基巖采用純水泥漿漿液進行灌注。 水泥黏土漿的重量比分為4 級，分別為：水泥∶黏土∶水=1∶2∶4、1∶2∶3、1∶1∶3、1∶1∶2， 純水泥漿漿液水灰比（重量比）分為7 級，分別為：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1[1]。

漿液變換遵循以下6 個原則：（1）當灌漿壓力保持不變、注入量持續(xù)減少時，或當注入量持續(xù)不變而灌漿壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比。 （2）當某一比例漿液注入量已達300 L 以上或灌注時間已達1 h，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應提高一級濃度。 （3）當注入率大于30 L/min 時，可根據(jù)具體情況越級變濃。 （4）當灌前透水率大，或灌漿過程中地表出現(xiàn)冒漿，或灌注過程中壓力突然下降、吸漿率增大時，可根據(jù)具體情況越級變濃或采用濃漿灌注。 （5）如一次灌注單位注入量大于1 t/m 仍不能正常結(jié)束時，采用間歇灌注法，待凝結(jié)8～12 h 后，重新進行掃孔，由稀變濃、逐級灌注，直至正常結(jié)束。

3.2 灌漿方法和施工程序

壩土段采用自下而上分段充填式灌漿法、基巖段采用自上而下分段純壓式灌漿法施工，射漿管距段底小于0.5 m。各孔按照“先Ⅰ序、后Ⅱ序、再Ⅲ序”的原則，逐序加密施工。 每一灌漿孔的施工程序為：鉆孔定位、整平場地→鉆進灌段→鉆孔沖洗→壓水試驗→灌漿→鉆進下一段→循環(huán)以上第二至第六步，直至終孔段（終孔測深、測斜、灌漿）→封孔→孔口標記、全孔結(jié)束。

3.3 灌漿段長

根據(jù)施工技術要求、工程地質(zhì)條件等實際情況，對灌漿段長度確定如下： 壩體段段長一般為5.0～10.0 m。 接觸帶段長為3.0 m。 基巖段段長一般為5.0 m，當巖層透水率小或灌注量小時，段長可適當延長，最長不超過8.0 m。

3.4 鉆孔

鉆孔孔位按照以下步驟確定：（1）根據(jù)帷幕灌漿孔設計圖，用全站儀確定帷幕軸線。 在帷幕軸線上確定控制點，并測出控制點樁號及高程。 （2）采用自動安平水準儀精確測定孔口高程，用鋼卷尺測量控制灌漿軸線里程。（3）根據(jù)鉆孔里程，采用“內(nèi)插法”，用鋼卷尺量定鉆孔孔位（孔位偏差不得超過10 cm）?？孜淮_定后，采用ZPC－150 型鉆機硬質(zhì)合金、金剛石或鋒鋼鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進。 壩體部分采用無泵反循環(huán)鉆進或人工少許加水鉆進。 在基巖處，用套管隔離壩土后，采用清水循環(huán)鉆進。 壩體段一般以110 mm孔徑開孔，終孔直徑為91 mm 或75 mm，檢查孔終孔直徑不小于75 mm。 為保證鉆孔鉛直，鉆進前，應對正孔位、校正立軸，整平夯實場地；鉆進時，應控制鉆速和鉆壓。 采用鉛直度較高的鉆具時，隨著鉆孔深度的增加，應及時更換較長的巖心管，以減少鉆孔的偏斜量。 在鉆孔過程中，應及時填寫鉆孔報表，記錄地層變化（如軟弱夾層，變層等）情況，補勘基礎地質(zhì)情況，做到資料準確、可靠。

3.5 鉆孔沖洗

鉆孔時，每鉆完一段，均應進行沖洗。 沖洗可采用單孔沖洗法。 鉆孔沖洗壓力應為該段灌漿壓力的80%,若大于1 MPa，采用1 MPa。 沖洗直至孔口返出清水10 min 為止，總的沖洗時間不小于30 min。 孔底巖心和巖屑厚度不超過20 cm。

3.6 壓水試驗

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔灌漿前均應作簡易壓（注）水試驗，以便了解基巖透水性。 在施工中，應選擇合理的起始水灰比或預測水泥用量， 進行灌漿效果分析。檢查孔壓水試驗應按設計要求進行，壩土及覆蓋層段采用注水試驗，基巖一般采用“簡易壓水”、“單點法”，必要時采用3 個壓力階段“五點法”進行。

土壩及覆蓋層部分的注水試驗采用量杯注水，2～3 min 測讀一次流量，當流量穩(wěn)定（2 次觀測的流量之差不大于10%）時，結(jié)束試驗，同時量測水頭，以最終流量為計算流量。 基巖段壓水試驗[2]應在裂隙沖洗后，根據(jù)監(jiān)理指示進行。 簡易壓水試驗應在裂隙沖洗后，或結(jié)合裂隙沖洗進行。 壓水壓力為灌漿壓力的80%，如超過1.0 MPa，采用1.0 MPa。 壓水時間為12 min，每2～3 min 記錄一次流量，取最后的流量作為計算流量，計算結(jié)果以透水率表示。 “單點法”和“五點法”壓水試驗按DL/T5148-2001 附錄A執(zhí)行。

壓（注）水試驗成果以透水率表示，并按下式計算：

式中：q 為透水率，Lu；Q 為壓水流量，L/min；S為試驗段全壓力，MPa；L 為壓水試驗段長，m。

流量穩(wěn)定標準為：（1）當流量大于5 L/min 時，連續(xù)4 次讀數(shù)，最大值與最小值之差小于最終值的10%；（2）當流量小于5 L/min 時，連續(xù)4 次讀數(shù)，最大值與最小值之差小于最終值的20%。 （3）連續(xù)4次讀數(shù)，流量均小于0.5 L/min。 （4）簡易壓水試驗計算流量的穩(wěn)定時間為30 min。

3.7 灌漿過程控制

為提高灌漿效果，加快泥漿固結(jié)，保證灌漿壩體安全，灌漿不但要控制壓力，而且要控制每次灌漿量。 每次灌漿量的控制方法為：（1）確定防滲帷幕厚度，其中包括估計隱患所占體積。 （2）計算每孔灌入的干土重（W干）。 （3）根據(jù)孔深及灌漿序號，確定每孔灌漿次數(shù)。 Ⅰ序孔灌漿量占灌漿量60%以上，灌漿2～3 次，Ⅱ、Ⅲ序孔灌漿1～2 次。 （4）每次灌漿量按下式計算。

式中：W干為每孔應灌入總干土重，t；R 為漿液的水土比（以水量為1 單位）；r漿為漿液密度，t/m3；n為每孔灌漿次數(shù)；Vn為每孔每次平均灌漿量，L/次。

在正常工藝下，灌漿控制原則為：（1）壓力控制。對于初灌和復灌時不起壓的鉆孔，控制壓力P0≤0.05 MPa。 一般壩體灌漿壓力不超過鉆孔起裂壓力和土柱自重力，折算為控制壓力（用孔口壓力表示）。根據(jù)灌漿試驗，控制壓力為0.05 MPa。 （2）壩肩位移和壩頂裂縫寬度的控制。大量泥漿壓入壩體，使壩體產(chǎn)生壓縮和位移，灌漿時，壩肩位移最明顯，為保證灌漿時壩體安全，一般位移控制在1～3 cm 內(nèi)。（3）時間控制。 為安全起見，灌漿時間選在低水位時，即在庫水位低于壩體主要隱患部位或浸潤線以下時進行灌漿。 復灌時間不得少于規(guī)定天數(shù)。

3.8 結(jié)束標準[3]

（1）土壩灌漿。 達到設計壓力不吸漿、壩頂連續(xù)3 次冒漿或連續(xù)3 次超過控制壓力、位移和裂縫寬度時，可認為達到結(jié)束標準。

（2）基巖灌漿。 在規(guī)定的壓力下，當注入率不大于0.4 L/min 時，繼續(xù)灌注30 min，即可結(jié)束。

3.9 封孔

各段灌漿結(jié)束、達到封孔標準后，立即封孔。 基巖采用水泥漿封孔，水泥∶水為0.6∶1 或0.5∶1，壩土采用單位體積質(zhì)量大于1.5g/cm3的水泥黏土混合漿，其重量比為1∶3（水泥∶黏土）。

基巖部分采用“壓力灌漿封孔”法，終孔段結(jié)束后，分一段或數(shù)段（段長不超過15 m）灌注0.6:1 或0.5:1 漿液，直至達到灌漿結(jié)束標準。 對壩土非灌段部分，在壩體灌漿結(jié)束后，用余漿封孔。

3.10 特殊情況的處理

由于大壩基礎節(jié)理裂隙發(fā)育，壩體結(jié)構松散，在灌漿施工中，壩體段經(jīng)常出現(xiàn)壩體冒漿、裂縫、塌陷、隆起和彈孔吸漿量過大等現(xiàn)象，基巖段出現(xiàn)大量耗漿、串漿、冒漿、或吸水不吸漿等現(xiàn)象。 針對上述特殊情況，應采取相應措施處理。

4 結(jié)語

（1）通過本次施工，改善了壩體、壩基的力學性質(zhì)和防滲性能，設計范圍內(nèi)防滲帷幕已經(jīng)形成，滿足壩體、壩基防滲要求，帷幕灌漿質(zhì)量優(yōu)良。

（2）壩體采用自下而上分段充填式灌漿，壩基采用自上而下分段純壓式水泥灌漿法， 該方法處理弱～中等透水的砂巖地層，能夠滿足設計要求。

（3）根據(jù)不同的地質(zhì)條件，設計1.5 m 的孔距參數(shù)是合理的。 根據(jù)壩體深度的不同，不同部位采用不同的灌漿壓力，設計也是合理的。

[1] 梁建林，胡育. 水利水電工程施工技術[M]. 北京：中國水利水電出版社，2005：133-134.

[2]DL/T5148-2001,水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范[S]. 北京：中國電力出版社，2001：45-48.

[3]DL/T5148-2001,水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范[S]. 北京：中國電力出版社，2001：21.