北川開茂水庫(kù)帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)施工技術(shù)

史青松， 劉 煒， 李成斌

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

北川開茂水庫(kù)帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)施工技術(shù)

史青松， 劉 煒， 李成斌

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

開茂水庫(kù)地處巖溶發(fā)育地區(qū)，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。結(jié)合開茂水庫(kù)左岸防滲帷幕灌漿試驗(yàn)施工過(guò)程及資料分析，介紹了施工過(guò)程中的心得體會(huì)，可為類似工程提供借鑒。

開茂水庫(kù)；帷幕灌漿試驗(yàn)；巖溶發(fā)育；裂隙；工藝參數(shù)；施工技術(shù)

1 工程概述

開茂水庫(kù)位于四川省北川羌族自治縣安昌鎮(zhèn)和永安鎮(zhèn)，為水利樞紐工程。整個(gè)庫(kù)區(qū)處于巖溶發(fā)育地區(qū)，左岸山脊工程地質(zhì)條件尤為復(fù)雜，其山體相對(duì)單薄，左岸壩肩～王家灣一帶巖溶十分發(fā)育，地下巖溶通道眾多且彼此相互交錯(cuò)貫通，從目前已有資料分析，至少存在6個(gè)巖溶通道，巖溶規(guī)模較大，主要為管道型巖溶通道。水庫(kù)中擋水壩最大壩高約56 m，其防滲體系累計(jì)長(zhǎng)度為3 208．7 m，帷幕灌漿工程量約10萬(wàn)余m，最大灌漿孔孔深70 m。

2 實(shí)施帷幕灌漿試驗(yàn)的目的及場(chǎng)地選擇

為驗(yàn)證帷幕灌漿底線高程設(shè)計(jì)的是否合理，以及編寫適用于溶洞發(fā)育、大裂隙等特殊地質(zhì)情況下的帷幕灌漿施工方案，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、專家、項(xiàng)目部等共同召開的咨詢會(huì)達(dá)成意見，在左岸山脊巖溶發(fā)育地段新增兩個(gè)帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)，以進(jìn)一步驗(yàn)證帷幕灌漿施工工藝和施工參數(shù)，為大規(guī)模的帷幕灌漿施工創(chuàng)造條件。本次帷幕灌漿試驗(yàn)于2013年10月2日開工，至2013年12月17日完成所有試驗(yàn)區(qū)的鉆灌和檢查孔施工，共完成灌漿孔720．7 m，檢查孔208．8 m。

3 灌漿試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

3．1 帷幕灌漿試驗(yàn)孔位的布置方式

帷幕灌漿試驗(yàn)布置在防1+326～防1+369 (分為Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)區(qū)，Ⅰ區(qū)孔距1．5 m，Ⅱ區(qū)孔距2 m)，雙排(排距1．2 m)，梅花形布置，兩個(gè)區(qū)各布置帷幕灌漿孔10個(gè)(包括1個(gè)先導(dǎo)孔)，檢查孔2個(gè)。

3．2 帷幕灌漿試驗(yàn)孔底線高程的確定

先導(dǎo)孔深入招標(biāo)設(shè)計(jì)建議帷幕灌漿底線以下10 m(2段左右)，用于復(fù)核灌漿段地質(zhì)條件，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案中的灌漿底線深度。對(duì)先導(dǎo)孔要求全孔取芯，取出巖芯并進(jìn)行地質(zhì)編錄，以判斷灌漿底線是否位于相對(duì)隔水層內(nèi)。下游排灌漿孔深度根據(jù)先導(dǎo)孔情況確定，上游排灌漿孔深度為下游排對(duì)應(yīng)灌漿孔深度的1/2。

4 帷幕灌漿的試驗(yàn)施工

4．1 鉆孔施工

鉆孔在蓋板混凝土達(dá)到70%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行。鉆孔采用XY－2型回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，先導(dǎo)孔、檢查孔采用金剛石鉆具清水鉆進(jìn)采取芯樣，灌漿孔采用沖擊式風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)。

4．2 鉆孔沖洗及壓水試驗(yàn)

鉆孔完成后進(jìn)行沖洗，直至回水清凈，延續(xù)10 min結(jié)束，沖洗后孔內(nèi)殘留物沉積厚度不大于20 cm；灌漿前進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，壓力為該段灌漿壓力的80%，該值大于1 MPa時(shí)，采用1 MPa。壓水20 min，每5 min測(cè)讀一次壓入流量，取最后的流量值作為計(jì)算流量。

4．3 灌漿施工

4．3．1 灌漿方法

試驗(yàn)孔灌漿方法:1．5 m孔距試驗(yàn)區(qū)采用“孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段”灌漿法；2 m孔距試驗(yàn)區(qū)采用“綜合灌漿法”。

4．3．2 灌漿壓力與灌漿分段

按照帷幕灌漿試驗(yàn)段技術(shù)要求，分段長(zhǎng)度及灌漿壓力見表1，后序孔的灌漿壓力比前序孔提高10%或15%。

表1 試驗(yàn)區(qū)灌漿分段及灌漿壓力表

4．3．3 灌漿水灰比及漿液變換原則

(1)灌漿漿液遵循由稀到濃的原則逐級(jí)改變，其水灰砂比(重量比)為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0．8∶1、0．5∶1、0．5∶1∶0．15、0．5∶1∶0．3等8個(gè)比級(jí)。

(2)開灌水灰比根據(jù)灌前透水率確定，一般原則如下:

①當(dāng)?shù)貙觪≤5 Lu時(shí)，采用水灰比為5∶1的漿液開灌；

②當(dāng)?shù)貙觪值為5～10 Lu時(shí)，采用水灰比為2∶1的漿液開灌；

③當(dāng)?shù)貙觪≥10 Lu時(shí)，采用水灰比為1∶1的漿液開灌。

(3)灌漿時(shí)，當(dāng)灌漿壓力保持不變、吸漿量均勻減少時(shí)或當(dāng)吸漿量不變而灌漿壓力均勻升高時(shí)，灌漿工作必須持續(xù)下去，不得改變水灰比。

(4)漿液水灰比的變換原則，當(dāng)某一級(jí)水灰比的漿液已灌入300 L以上或灌注時(shí)間達(dá)30 min以上，而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不明顯時(shí)，則改濃一級(jí)灌注。

(5)當(dāng)注入率大于30 L/min時(shí)，可根據(jù)具體情況越級(jí)變漿。

4．3．4 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

帷幕灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)DL/T5148—2012《灌漿規(guī)范》:一般情況下，當(dāng)灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下、注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min即可結(jié)束灌漿。

4．3．5 封 孔

全孔灌漿完畢，先采用導(dǎo)管注漿法將孔內(nèi)的余漿置換成水灰比為0．5的濃漿，而后將灌漿塞塞在孔口，繼續(xù)采用這種漿液進(jìn)行純壓式灌漿封孔，封孔灌漿的壓力使用最大灌漿壓力，灌漿持續(xù)時(shí)間不應(yīng)小于1 h。

4．3．6 特殊情況的處理

(1)帷幕灌漿試驗(yàn)中出現(xiàn)的異常特殊現(xiàn)象主要為鉆進(jìn)時(shí)塌孔卡鉆，夾泥、不返水或返水較小、返水呈黃色等；灌漿過(guò)程中有冒、漏漿、灌漿量大、無(wú)法加壓等現(xiàn)象出現(xiàn)。

(2)對(duì)于灌漿過(guò)程中地面巖石裂隙有冒、漏漿的情況，對(duì)冒、漏漿點(diǎn)進(jìn)行了封堵，均采取低壓限流、間歇循環(huán)灌注，當(dāng)灌注砂漿在一定量后，如流量和壓力均未有明顯變化時(shí)采取待凝8 h以上再繼續(xù)灌漿的措施，依此循環(huán)直至正常灌注結(jié)束。

(3)對(duì)于在灌漿過(guò)程中灌漿量大、無(wú)法加壓的情況，主要采取低壓、限流、限量、灌注砂漿的方式；若達(dá)到限量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)流量和壓力均未有明顯變化，則采取待凝后復(fù)灌的措施，依此循環(huán)直至正常灌注結(jié)束。

5 帷幕灌漿試驗(yàn)成果分析

5．1 水泥注入量成果分析

5．1．1 水泥注入量遞減關(guān)系分析

(1)各次序孔單位注入量成果見表2。

表2 左岸山脊試驗(yàn)區(qū)各次序孔單位注入量成果匯總表

(2)對(duì)表2進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):

①Ⅰ區(qū)下游排各序孔平均單位注入量關(guān)系:Ⅰ序孔＞Ⅲ序孔＞Ⅱ序孔；Ⅰ區(qū)上游排各序孔平均單位注入量關(guān)系:Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔。下游排隨孔序的加密單位注入量遞減不明顯，主要是由于在施工WRI－1－2第四段時(shí)(11～16m)鉆孔返紅褐色泥土并遇到溶蝕型裂縫，該段注灰量較大，達(dá)到2 995．22 kg/m?？傮w來(lái)說(shuō)，各次序孔的單位注入量隨灌漿孔序的加密而逐漸減小，符合帷幕灌漿規(guī)律。

②Ⅱ區(qū)下游排各序孔平均單位注入量關(guān)系:Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔；上游排各序孔平均單位注入量關(guān)系:Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔。表中數(shù)據(jù)表明:隨著孔序的加密，后序孔的注灰量有明顯降低的趨勢(shì)，符合帷幕灌漿規(guī)律。

③Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)下游排平均單位注入量＞上游排平均單位注入量，反映出隨著排序的增加水泥注入量呈逐漸降低的趨勢(shì)，符合帷幕灌漿規(guī)律。

5．1．2 水泥注入量頻率區(qū)間成果分析

(1)各次序孔單位注入量頻率成果見表3。

表3 左岸山脊試驗(yàn)區(qū)各次序孔單位注入量頻率成果匯總表

(2)對(duì)表3進(jìn)行分析可以看出:

①對(duì)Ⅰ、Ⅱ試驗(yàn)區(qū)注灰量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以看出:隨著灌漿孔、排序的增加，大耗灰量的孔段逐漸減少，各次序的單位注入量隨灌漿孔排、序的加密其注入量逐漸減小，符合灌漿規(guī)律。

②Ⅰ區(qū)單位注入量大于1 000 kg/m的17個(gè)孔段全部集中在下游排；Ⅱ區(qū)單位注入量大于1 000 kg/m的15個(gè)孔段也集中在下游排。數(shù)據(jù)表明:大耗漿段主要集中在下游排孔段上，隨著灌漿施工的深入，后序孔與后序排的大耗漿段逐步減少直至沒(méi)有，符合一般灌漿規(guī)律。

③幕體中較大的水泥耗量主要出現(xiàn)在溶蝕部位，兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)中單位注入量大于1 000 kg/m的32段占灌漿總段數(shù)的18．3%，但灌入水泥量占64．5%，充分反映出試驗(yàn)區(qū)巖溶較發(fā)育的特點(diǎn)。

④總體來(lái)看，不論是在Ⅰ區(qū)，還是在Ⅱ區(qū)，先灌孔和先灌排逐步加密灌漿后，與灌漿孔貫通的基巖裂隙、滲漿通道逐步被水泥漿液充填，基巖的可灌性逐步降低，后灌孔和后灌排的水泥注入量相應(yīng)減少，各次序和排序之間的注入量頻率區(qū)間遞減符合灌漿的一般遞減規(guī)律，一定程度上證明了灌漿的效果良好。

5．2 不同壓力、孔距灌漿效果分析

對(duì)兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)檢查孔壓水試驗(yàn)成果進(jìn)行對(duì)比分析可以看出:只有試驗(yàn)Ⅰ區(qū)(孔距1．5 m、最大灌漿壓力2 MPa)雙排帷幕范圍內(nèi)能滿足設(shè)計(jì)防滲要求，說(shuō)明在不同孔距、不同灌漿壓力下灌漿效果有一定區(qū)別。

5．3 雙排帷幕深度分析

本次帷幕灌漿試驗(yàn)上游排灌漿孔深度為下游排深度的1/2。根據(jù)灌后檢查孔壓水試驗(yàn)成果，兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)在單排帷幕范圍內(nèi)透水率均出現(xiàn)大于設(shè)計(jì)指標(biāo)(q＜5 Lu)的孔段。試驗(yàn)證明:在巖溶發(fā)育地段采取單排的布孔方式難以形成高質(zhì)量的帷幕。

6 結(jié) 語(yǔ)本次灌漿試驗(yàn)成果表明:所采用的孔位布置方式、灌漿材料、灌漿參數(shù)、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)等能夠很好地滿足巖溶及裂隙發(fā)育地區(qū)的帷幕灌漿施工質(zhì)量和進(jìn)度要求，可供類似工程借鑒。

TV52;TV543;TV44;TV7;TV522

B

1001-2184(2015)05-0013-03

史青松(1975-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，基礎(chǔ)工程分局副分局長(zhǎng)，高級(jí)工程師，學(xué)士，從事水利水電基礎(chǔ)工程施工技術(shù)與管理工作；

劉 煒(1982-)，男，四川南充人，工程師，從事水利水電基礎(chǔ)工程施工技術(shù)與管理工作；

(責(zé)任編輯:李燕輝)

2015-08-25

李成斌(1989-)，男，甘肅天水人，助理工程師，從事水利水電基礎(chǔ)工程施工技術(shù)與管理工作．