小塔山水庫主壩溢洪閘基礎(chǔ)防滲帷幕灌漿施工要點

黎昱 蔡淵蛟

（江蘇省工程勘測研究院有限責(zé)任公司 江蘇揚州 225002)

1 工程概況

小塔山水庫位于連云港市贛榆西北部，距贛榆縣城約17Km。水庫于1959年10月在原青口河中游筑壩攔蓄而成，集水面積 386Km2，總庫容2.7×108m3，是一座以防洪為主，結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉、城鎮(zhèn)工業(yè)生活供水和水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大（2)型水庫，主壩溢洪閘為2級水工建筑物。溢洪閘位于水庫主壩東端，為圬工結(jié)構(gòu)，閘基巖石為片麻巖、混和巖、角礫巖、輝綠巖等幾種變質(zhì)巖，施工時采用大爆破，基巖破碎并有多道裂縫，對基巖裂隙未作處理，僅澆筑0.3m厚混凝土底板，抗?jié)B性能較差，投入運行后陸續(xù)出現(xiàn)病險情況，需將主壩溢洪閘拆除重建。

2 工程地質(zhì)

小塔山水庫位于沂蒙山東南坡麓丘陵區(qū)，地勢西北較高，東南低緩，地貌類型屬低山丘陵～剝蝕殘丘。在大地構(gòu)造上庫區(qū)位于華北準地臺魯蘇地質(zhì)，由太古代的一套受到不同程度混合巖化作用的變質(zhì)巖系組成基底，庫區(qū)東南約40km為連云港斷裂帶，通過庫區(qū)主壩的為走向N70°～85°E的塔山斷裂帶（F3)，溢洪閘全部座落在這一破碎斷裂帶上，斷層兩側(cè)與破碎帶之間則表現(xiàn)為垂直差異運動，并具有趨勢性彈性波狀變形運動（蠕變)的特性。

溢洪閘閘基巖石以風(fēng)化碎斑巖、碎斑片麻巖、碎裂安山玢巖為主（局部為輝綠巖脈)，灰黃、灰雜肉紅色，巖石遭受過強烈的構(gòu)造運動，節(jié)理裂隙較發(fā)育（一般每隔20～50cm一條，節(jié)理密集帶每 2～10cm就見一條，主要為剪切共軛節(jié)理，呈X狀交叉)，走向以近東西向居多，傾角大多為 50～80°，部分節(jié)理間隙內(nèi)填充棕紅色硬塑粘土，一般厚1～2cm，個別較厚，可達5cm左右，且粘土中雜石英質(zhì)碩石，棱角狀。節(jié)理面光滑，多呈閉合狀，少數(shù)張開，可見鐵銹膜。

為測得閘基巖體透水性，對基巖采用單栓塞分段壓水試驗。試段透水率采用下式計算：

式中：q——試段透水率（Lu)；

l——試段長度（m)；

Q3——第三壓力階段的計算流量（l/min)；

P3——第三壓力階段的試段壓力（MPa)。

壓水試驗成果見表 1。巖體平均透水率q=43Lu，閘基巖石破碎帶具中等透水性。壓水過程中，有水沿裂隙冒出地表。

表1 鉆孔壓水試驗成果一覽表

3 帷幕設(shè)計簡況

在工程加固初步設(shè)計中，考慮到主壩溢洪閘閘下巖石風(fēng)化、裂隙較發(fā)育，采取了帷幕灌漿的加固方案。具體為：在閘底板及上游第一節(jié)翼墻底板下各布設(shè)兩排帷幕灌漿孔，孔距 2m、排距1.7m、孔位呈梅花型布置，底板頂標(biāo)高 29.5m，灌漿孔底標(biāo)高 23.5m，孔深 6m。施工過程中，在對先導(dǎo)孔進行的壓水試驗中發(fā)現(xiàn)，部分鉆孔水壓僅能維持在30kpa，局部鉆孔水壓為零，地面有冒水現(xiàn)象發(fā)生，進一步表明閘基下巖石較破碎且透水性較強。為確保防滲帷幕效果，灌漿孔布置由原先2排改為3排，同時將原下游側(cè)孔孔距由2.0m改為1.0m。其主要設(shè)計參數(shù)如下：

（1)帷幕由3排灌漿孔組成，孔距一般為1.0m。

（2)帷幕深度按照設(shè)計底線和伸入透水率q≤50Lu的巖體內(nèi)的標(biāo)準控制，鉆孔深度一般為6m。

（3)灌漿孔均為垂直孔，考慮到鉆孔深、造孔精度高、工期緊等特點，分為兩個次序施工，成孔在底板混凝土澆筑前完成，孔內(nèi)預(yù)埋鋼管高于底板頂，底板澆筑時，在底板上預(yù)留檢查孔。

（4)灌漿后的合格標(biāo)準為：檢查孔壓水試驗透水率q≤5Lu。

4 帷幕灌漿施工

4.1 布孔

用經(jīng)緯儀按照設(shè)計圖紙測放出施工帷幕中心線，再用鋼尺量距，確定鉆孔位置，在每一孔位上打入20cm定位鋼筋，孔位偏差小于10cm。

4.2 成孔及注漿管埋設(shè)

考慮到閘底板的整體性，在澆筑閘底板前用鉆機成孔并預(yù)埋注漿管。成孔前測孔口高程確保閘底板孔底高程在22.3m以下，翼墻孔底高程在22.6m以下。成孔時利用機器自身的垂直度控制系統(tǒng)并配合水平尺調(diào)平，確保鉆孔垂直；成孔后，在預(yù)埋注漿管前測量實際孔深，保證孔深符合設(shè)計要求；埋管時地面向下1.0m處注漿管壁用編織袋扎好，以防做阻漿蓋時砂漿落入孔內(nèi)，并用鉛垂線校直注漿管。

4.3 壓水試驗

鉆機鉆孔達預(yù)定的深度后，取出孔內(nèi)巖芯，將鉆具下到孔底，用大于60L/min的大水量進行洗孔，直到回水變清，孔內(nèi)的雜質(zhì)沉淀物厚度不超過10cm時，結(jié)束洗孔。依據(jù)規(guī)范要求對部分孔進行壓水試驗，因裂隙較發(fā)育，壓水過程中大多數(shù)孔均順裂隙向地表冒水，僅有3個孔試驗較成功。

4.4 漿液配合比與濃度控制

灌漿材料為 425＃普硅水泥，水泥計量誤差不大于5%。灌漿前進行灌漿試驗，取得適宜的灌漿參數(shù)，以使帷幕灌漿達到設(shè)計要求。漿液濃度按先稀后濃逐漸變換的原則，根據(jù)現(xiàn)場實際情況結(jié)合規(guī)范“當(dāng)注水率大于 30L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃”的原則。本次灌漿基本以5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1 七級水灰比進行注漿，開罐水灰比采用5∶1，特殊情況時用 0.6∶1的漿液灌注（如 15＃、16＃等孔在閘底板外上游側(cè)冒漿時采用)。灌漿過程中采用限量法進行濃度變換，即：當(dāng)?shù)谝患墲{液注入量達300L以上或灌注時間達1h，而注漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，則漿液加濃一級。

4.5 灌漿壓力控制與抬動觀測

小塔山水庫溢洪閘帷幕灌漿的時間，選在閘室底板施工完畢后進行，不允許灌漿對閘室底板產(chǎn)生抬動，依據(jù)設(shè)計要求灌漿壓力控制在300kPa，采用一次升壓法，灌漿開始盡快地升高到規(guī)定壓力，并在灌漿時安排專人對底板進行垂直位移監(jiān)測。

4.6 終灌及封孔

灌漿采用自上而下分段灌漿法，在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于 0.4L/min時，繼續(xù)灌注60min，或不大于1L/min，繼續(xù)灌注90min?，F(xiàn)場采用測5min灌漿量的方法控制這一指標(biāo)，確保符合規(guī)范要求。灌漿結(jié)束后，隨著水泥漿液的凝結(jié)收縮，灌漿孔上部形成空洞，吸出其中結(jié)水后用高標(biāo)號砂漿封填。底板上的孔口重鑿后再用高標(biāo)號微膨脹砂漿將底板混凝土面摸平。

4.7 常見問題的處理

在灌漿過程中出現(xiàn)灌漿中斷、串漿、地表冒漿等問題，現(xiàn)場作出了如下的解決措施。

4.7.1 灌漿中斷

灌漿過程中因輸漿管堵塞、連接不牢、壓力表失靈等因素引起的暫?，F(xiàn)象為灌漿中斷。灌漿中斷后由于漿液中的水泥顆粒沉淀和漿液凝結(jié)將堵塞原來漿液流動通道。本次采取的措施為每半天將輸漿管及三通用清水徹底沖洗一遍，確保輸漿管暢通，另預(yù)備清水和綁扎工具以及壓力表，隨時準備維修。

4.7.2 串漿

灌漿過程中，漿液從鄰孔冒出的現(xiàn)象為串漿。產(chǎn)生串漿的原因是巖石中裂隙較多，相互串連形成通道。本次灌漿過程中采取用蓋頭堵住串漿孔，多孔同時灌注的方法進行處理。

4.7.3 地表冒漿

灌漿過程中漿液順裂隙往上冒出或沿底板與基巖接觸帶冒出的現(xiàn)象稱地表冒漿。本次采用降低灌漿壓力。增大漿液濃度、限制進漿量的方法，待冒漿停止，壓力達到規(guī)定壓力后，再正常進行灌漿。

5 灌漿效果及質(zhì)量分析

在滿足規(guī)范要求的同時考慮到閘底板鋼筋的整體性，共鉆6個檢測孔，壓水試驗檢測結(jié)果見表2。

檢測孔壓水試驗透水率均小于5Lu，滿足設(shè)計檢查要求，說明灌漿質(zhì)量和防滲效果良好。

表2 檢測孔壓水試驗成果表

6 結(jié)語

（1)小塔山水庫溢洪閘全部座落在塔山斷裂帶（F3)上，巖石遭受過強烈的構(gòu)造運動，節(jié)理裂隙較發(fā)育，具中等透水性，采用帷幕灌漿，是很好的防滲方法，既可降低閘基的揚壓力，又可減少滲流量。

（2)灌漿材料采用水泥漿，可灌性和抗?jié)B性好，在灌漿時用比重計測定輸入漿液的比重推算水灰比，以使?jié){液質(zhì)量得到有效控制，并根據(jù)灌漿進程及時變換漿液濃度。

（3)防滲帷幕深度根據(jù)作用水頭、工程地質(zhì)、地下水文特性確定。防滲帷幕厚度滿足抗?jié)B穩(wěn)定要求，即帷幕內(nèi)滲透坡降應(yīng)小于容許的滲透坡降[J]。帷幕厚度應(yīng)以漿液擴散半徑組成區(qū)域的最小厚度為準，厚度與排數(shù)有關(guān)，排距宜比孔距略小。

（4)小塔山水庫溢洪閘帷幕灌漿除在閘室底板下進行外，還在上游第一節(jié)翼墻底板進行了帷幕灌漿，防滲帷幕在閘室兩側(cè)延伸一定距離，有利于溢洪閘的滲流穩(wěn)定。

（5)小塔山水庫溢洪閘帷幕灌漿時間選在閘室底板施工完畢后進行，灌漿壓力進行了嚴格控制，不允許灌漿對閘室底板產(chǎn)生抬動；灌漿結(jié)束后在檢測孔進行了壓水試驗，透水率均小于5Lu，滿足設(shè)計要求，灌漿質(zhì)量和防滲效果良好。

1 《工程地質(zhì)手冊》編寫委員會.工程地質(zhì)手冊［M］.4版.北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2007.

2 《水利水電鉆孔壓水試驗規(guī)程》（SL31－2003).北京: 中國水利水電出版社, 2003.

3 小塔山水庫除險加固工程竣工驗收工作報告.連云港市小塔山水庫除險加固工程建設(shè)處, 2007.