山口水庫帷幕灌漿及土壩壩體造孔方法探討

□任天翊（三門峽市山口水庫工程建設(shè)管理處）

□魏東坡（三門峽市水利勘測設(shè)計有限責(zé)任公司）

□黃玉景（三門峽市水利局）

1.工程簡介

山口水庫位于三門峽市陜縣張茅鄉(xiāng)境內(nèi)，青龍澗河支流山口河上，壩址距離三門峽市區(qū)約20km。水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧供水、防洪、生態(tài)旅游等綜合利用的?。?）型水庫，工程主要任務(wù)是：為下游440hm2農(nóng)田和沿線農(nóng)村4200口人的飲水提供水源；為三門峽市區(qū)澗河補充生態(tài)用水；是三門峽市城市居民生活用水的備用水源；提高下游河道行洪能力。防洪標準50年一遇設(shè)計，500年一遇校核。

壩址以上控制流域面積28.15km2，水庫規(guī)劃總庫容503萬m3，興利庫容307萬m3，死庫容46萬m3，水庫500年一遇校核洪水位662.28m，50年一遇設(shè)計洪水位660.71m，興利水位657.00m，死水位637.50m。工程規(guī)模屬?。?）型水庫，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物：大壩、溢洪道、輸水建筑物等。

大壩壩型為土質(zhì)防滲體分區(qū)壩，分為土質(zhì)防滲區(qū)和堆石區(qū)，上游為混凝土面板和土質(zhì)防滲體填筑，下游為堆石區(qū)，兩區(qū)間為反濾層和過渡層。大壩最大壩高42.50m，壩頂高程662.50m，壩頂寬度6m，壩頂長153m，上游壩坡坡比自上而下為1：2.5和1：2.75，下游壩坡坡比為 1：2。

溢洪道位于左岸，為無閘控制正槽溢洪道，采用挑流消能。溢洪道堰頂高程657.00m，為寬頂堰，泄槽凈寬35m。

輸水建筑物由進水口、輸水洞、輸水明渠、消力池等組成。進水口為岸塔式進水口，輸水洞設(shè)計引水流量1m3/s，進口底板高程637.50m。輸水洞為無壓城門洞形，縱坡2‰。

2.大壩帷幕灌漿總體情況

山口水庫大壩壩基及壩肩防滲的主要方式為在壩基部位設(shè)截水槽同時采用壩基、壩肩帷幕灌漿的方法。

2.1 帷幕灌漿施工流程：

帷幕灌漿采用GJ-150s型地質(zhì)鉆機，XY-300型鉆機，SGB-60型灌漿泵，JJS-2B型灰漿攪拌機等鉆孔和灌漿設(shè)備，自2010年8月27日開始，2011年9月2日結(jié)束，累計鉆孔進尺2300余米，灌漿1700余米。

2.2 施工過程

鉆機定位→開孔→壩體鉆孔→基巖鉆孔→分段洗孔→基巖壓水→基巖灌漿→基巖段壓力封孔→壩體土層段泥漿封孔→本孔鉆灌結(jié)束→移機。

2.3 帷幕灌漿成果：

帷幕灌漿透水率值是隨著灌漿孔的加密而逐漸減小的，符合一般灌漿規(guī)律。灌前透水率小于10Lu的孔段，Ⅰ序孔為94%，Ⅱ序孔為95%，Ⅲ序孔為99.4%。Ⅰ序孔灌漿壓水成果基本反應(yīng)了自然狀態(tài)下巖石透水性的情況，透水率小于10Lu的孔段所占頻率90%以上，說明基巖總體透水性較??；隨著灌漿孔逐漸加密，透水率小于10Lu的孔段所占頻率越來越大，到Ⅲ序孔已達到99%以上，說明灌漿效果較為明顯,達到了防滲要求。

3.壩基帷幕灌漿施工情況及分析

根據(jù)山口水庫總體施工進度結(jié)合現(xiàn)場實際情況，首先開始進行右壩肩位于導(dǎo)流管底部的75#、76#孔灌漿施工。按照圖紙設(shè)計帷幕灌漿初始壓力為0.4MPa，在做灌漿壓水試驗時出現(xiàn)了蓋重混凝土抬動現(xiàn)象。經(jīng)邀請省內(nèi)知名專家咨詢后，分析可能由于初始壓力過大造成，業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計、地質(zhì)及施工單位等研究決定，將帷幕灌漿初始壓力適當(dāng)減小，暫定為0.2MPa，進行灌漿試驗，按照降低后的初始壓力灌漿完成后，在75#、76#之間鉆J8檢查孔，作為試驗檢查孔檢查灌漿情況，經(jīng)壓水試驗檢查合格。（透水率 0.35～2.06Lu）。

導(dǎo)流管底部灌漿完成后，進行截水槽段灌漿施工。由于在截水槽段部分巖石為強風(fēng)化巖石，在進行接觸段灌漿時，基巖與混凝土接觸部位及附近巖石縫出現(xiàn)冒漿情況。經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計、地質(zhì)和施工單位多次研究，并邀請省內(nèi)知名專家到現(xiàn)場查看咨詢，分析認為由于截水槽部位巖石情況特殊，安山玢巖遇水易軟化。巖石軟化后，在巖石與混凝土接觸部位及其他巖石部位易產(chǎn)生縫隙，從而造成了冒漿的情況，因此，需要采用多次灌漿、低壓、閉漿、待凝、掃孔等方式完成灌漿施工。按照上述施工方法反復(fù)灌漿后，在截水槽冒漿處的37#、38#之間鉆J4檢查孔，并經(jīng)檢驗合格。（透水率0.28～1.19Lu）

4.壩肩帷幕灌漿施工情況及分析

4.1 施工情況

2011年7月，山口水庫大壩壩體填筑完成，隨后開始了剩余部分壩體帷幕灌漿施工。由于土壩剛剛填筑完成，壩體內(nèi)部土體還沒有開始沉降，而且帷幕灌漿需要在土壩壩體內(nèi)部鉆孔的土層較深（最深處47m），為了盡量避免水流沖刷壩體，保證大壩土體密實安全，首先采取在土層干鉆，為了使鉆孔沖洗及灌漿質(zhì)量滿足設(shè)計要求，下套管同時泥漿護壁，但是在右壩肩73#、77#鉆至20m左右時出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，施工單位立即停止鉆進，并用原狀土回填、壓實。同時，移機至81#孔，繼續(xù)采用原方案進行鉆孔，在鉆孔完成，成孔拔起套管時仍出現(xiàn)了塌孔現(xiàn)象且塌孔位置的體積較大。

在灌漿施工過程中，針對以上問題，建管處再次邀請省內(nèi)知名專家詳細咨詢論證并經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計、地質(zhì)、施工等各方討論研究決定，采用新的施工方法，用72#孔作為試驗孔，首先開孔后，用水泥漿盡量將孔口封閉，防止在造孔過程中水由孔口流入孔內(nèi)，采用麻花鉆干鉆至接近混凝土蓋重時，停止鉆孔，下套管，改用91mm合金鉆頭鉆進至蓋重并取出圓柱混凝土芯，取出鉆具，拔出少許套管，再次下91mm合金鉆頭，擺動鉆具注入黏土水泥漿液，待凝24h后，下套管并砸入2～5cm，管口用水泥漿固定防止沿管壁滲入壩體，再待凝24h后，合金鉆頭巖石鉆進。造孔完成后，按照帷幕灌漿施工方法進行灌漿，灌漿完畢，拔出套管后，未出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，試驗成功。

4.2 土壩鉆孔實踐情況分析

4.2.1 壩肩部位土壩壩體內(nèi)鉆孔容易塌孔的原因

水庫壩體剛剛填筑至壩頂高程，壩體內(nèi)的沉降還未完成，大壩土體之間密實度不夠；大壩填筑土料為低液限粘土，塑性指數(shù)小，水穩(wěn)定性差，遇到少部分的水就容易流動，造成塌孔；大壩土體內(nèi)鉆孔深度較深，因此需要的鉆孔時間較長，土體與水接觸時間長，從而造成了土體穩(wěn)定性較差。

4.2.2 解決壩肩土壩壩體內(nèi)鉆孔容易塌孔的思路

采用鋼套管和泥漿護壁等多種方式保護鉆孔孔壁；盡量減少灌漿過程中水與土體的接觸，即采用多種方法防止水與鉆孔孔壁及土體的接觸，從鉆孔的孔口、土體內(nèi)孔末端等部位防止水流入孔內(nèi)。

5.結(jié)語

從帷幕灌漿造孔的布置、施工過程、施工方法以及灌漿效果檢查、灌漿成果研究等綜合分析，得出如下結(jié)論和經(jīng)驗：

一是通過帷幕灌漿的情況可以看出，灌漿設(shè)備選擇、灌漿壓力控制、灌漿漿液的配置以及灌漿方法等是正確合理的。二是在灌漿過程中，對各項灌漿控制措施是切實可行的。三是土壩壩體內(nèi)鉆孔應(yīng)根據(jù)壩體土的性質(zhì)、造孔深度、鉆孔機具等方面因素綜合考慮，同時，經(jīng)山口水庫帷幕灌漿的多次反復(fù)現(xiàn)場實踐后證明，采用這種造孔方法是合理可行的，不僅能夠保證造孔及灌漿質(zhì)量，同時也能夠保證剛剛填筑完成的土壩壩體內(nèi)的土顆粒盡量少的與水接觸發(fā)生反應(yīng)或者被水帶走，從而保證壩體的安全。