淺談帷幕灌漿在石壁水庫除險加固中的應用

王潤新

(泉州市石壁水庫管理處， 福建 泉州　362000)

?

淺談帷幕灌漿在石壁水庫除險加固中的應用

王潤新

(泉州市石壁水庫管理處， 福建 泉州362000)

【摘要】石壁水庫是福建省一座重要的中型水庫。該水庫存在滲透安全隱患。結(jié)合壩基的工程地質(zhì)條件，采用帷幕灌漿對兩岸壩基、壩肩山體基礎進行了防滲處理。處理后壩基的滲透壓力得到了有效控制，消除了安全隱患。

【關鍵詞】水庫；帷幕灌漿；壩基；防滲處理

1概述

石壁水庫位于泉州市南安大盈溪上游，建于1955年12月，壩址以上控制流域面積79.6km2，總庫容6147萬m3,最大壩高48.56m，設計正常蓄水位62m，相應庫容4860萬m3，死水位28.1m。庫區(qū)多年平均降雨量1624mm，多年平均徑流量6624萬m3；水庫下游有沈海高速公路、324國道、晉江機場，關系到安海鎮(zhèn)、水頭鎮(zhèn)20多萬人口、10多萬畝農(nóng)田的安全，是一座集灌溉、供水、防洪、發(fā)電等綜合利用于一體的重要中型水庫，對當?shù)厝嗣裆詈徒?jīng)濟發(fā)展有著不可替代的重要作用。水庫大壩2001年進行了安全鑒定，評定為二類壩[1]。

2滲透安全隱患

a.經(jīng)分析計算，壩體壓實填土滲透系數(shù)平均值為4.21×10-5cm/s，大值平均值為4.29×10-4cm/s; 斜墻壓實填土滲透系數(shù)平均值為2.157×10-4cm/s，大值平均值為5.87×10-4cm/s。; 心墻壓實填土滲透系數(shù)平均值為4.69×10-6cm/s，大值平均值為1.079×10-5cm/s。大壩防滲體(包括心墻和斜墻)壓實土的滲透系數(shù)不滿足《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL 274—2001)的規(guī)定，存在滲透安全隱患。

b.經(jīng)分析計算，壩體與壩基結(jié)合部位的滲透系數(shù)平均值為1.11×10-3cm/s，大值平均值為7.61×10-3cm/s; 壩基全風化二長花崗巖的滲透系數(shù)平均值為1.75×10-3cm/s，大值平均值為3.49×10-3cm/s。 壩體與壩基接觸部位存在滲漏安全隱患，兩岸壩肩基礎存在繞壩滲漏隱患。

3工程地質(zhì)條件

a.壩址處河流自北西流向南東，河谷呈U形，兩岸左陡右緩較不對稱，左岸坡度 31°～49°，山頂高程約 75m，右岸坡度 24°～41°，山頂高程約 56m，自然河床寬約 171m，正常蓄水位62m處的河谷寬約 261m。

b.壩址兩岸山體風化較淺，邊坡均見有強弱風化基巖出露。水庫范圍內(nèi)地層巖性較單一，主要為侏羅系上統(tǒng)南園組第三段 (J3nc)英安質(zhì)凝灰熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r，第二段 (J3nb)流紋質(zhì)凝灰熔巖，燕山早期侵入的碎裂二長花崗巖(ηγ52(3)a)、輝綠巖以及第四系覆蓋層，主要為殘坡積砂質(zhì)黏土(el+dlQ)。

4帷幕灌漿防滲處理

4.1鉆孔

4.1.1孔位布置

該工程壩基布置80個帷幕灌漿孔，左岸壩肩(樁號FS0+000.00)布置9個灌漿斜孔。灌漿遵循逐序加密的原則，分Ⅰ、Ⅱ兩個次序進行灌漿，其中Ⅰ序孔45個、Ⅱ序孔45個。

4.1.2施工控制

帷幕灌漿采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)，自上而下分段灌漿施工。全孔灌漿結(jié)束后采用“全孔灌漿封孔法”封孔。灌漿遵循逐序加密的原則，分Ⅰ、Ⅱ兩個次序進行灌漿。同一排中相鄰的兩個次序孔之間在巖石中鉆孔、灌漿時高差不得小于15m。設備資源按“三機兩泵”配置。具體施工工藝流程見圖1。

圖1　帷幕灌漿施工工藝流程

4.1.3鉆孔控制

a.根據(jù)BJ-3、BJ-5、BJ-9、BJ-13鉆孔過程中覆蓋層鉆孔情況(見表1)，左壩肩部分灌漿孔黏土層與基巖層之間夾有一層砂壤土層，厚度約0.5m。大壩左岸壩肩(樁號FS0+00.0～FS0+36.8區(qū)域位置)帷幕灌漿孔需鑲筑孔口管。為保證灌漿質(zhì)量，存在砂壤土層的帷幕灌漿孔鑲筑孔口管至黏土層底高程，自黏土底高程鉆灌第一段；不存在砂壤土層的帷幕灌漿孔鑲筑孔口管至基巖層，深入基巖0.5m。采用φ91鉆具鉆進至基巖面，然后下入φ89孔口管，并導正孔口管，用0.5∶1的水泥濃漿進行鑲筑，保證孔口管上端口高出地面10cm，待凝48h后即進行掃孔鉆進第一段。

表1　左壩肩鉆孔覆蓋層情況

b.鉆孔灌漿深度確定。按照設計要求壩基帷幕灌漿前，取BJ-3、BJ-15、BJ-19、BJ-23、BJ-27、BJ-39、BJ-48、BJ-60和BJ-72 九個孔作為先導孔，量測壩基地下水位的埋置深度，進行壓水試驗和現(xiàn)場灌漿試驗。先導孔每一段灌漿前均進行壓水試驗以確定該段的基巖透水率，透水率大于5Lu的基巖部分需做灌漿處理。當設計終孔段透水率不大于5Lu時，該段需灌漿，灌漿結(jié)束后滿足規(guī)范要求方可終孔，進行置換濃漿壓力封孔(如存在灌漿孔達到結(jié)束標準段鉆孔孔底高程但未達到設計灌漿孔終孔高程，則需要繼續(xù)鉆進一段，段長3.0m，進行壓水灌漿)。其余灌漿孔深度均按照先導孔施工流程進行簡易壓水試驗確定終孔深度。鉆進結(jié)束等待灌漿或灌漿結(jié)束等待鉆進時，孔口必須堵蓋，做好保護。鉆孔的最終孔深、高程一定要滿足設計要求。

c.鉆孔沖洗。為保證灌漿效果，帷幕灌漿孔每段鉆孔結(jié)束后，應馬上用大流量水流沖洗鉆孔，沖凈孔內(nèi)雜質(zhì)、巖粉，其結(jié)束標準為至回水澄清后再持續(xù)10min為止；在灌漿前還必須沖洗裂隙，沖洗結(jié)束標準為至回水澄清后再延續(xù)10min為止，沖洗壓力不大于1MPa，且總的沖洗時間必須大于30min，孔底沉積厚度要小于20cm。

4.2帷幕灌漿

4.2.1灌漿機械選用

該工程灌漿泵選用3SNS型灌漿泵，其性能及外形如圖2所示。

圖2　3SNS200/10型高壓灌漿泵

灌漿過程數(shù)據(jù)采集: 采用自行研制的GMS2007型灌漿自動記錄儀進行數(shù)據(jù)的采集和漿液的計量工作。該系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)齊全、準確、系統(tǒng)運行穩(wěn)定，并具有資料報表自動生成功能，如圖3所示。

圖3　多路灌漿監(jiān)控系統(tǒng)裝配連接示意圖

4.2.2帷幕灌漿措施

a.灌漿過程中要上下活動和經(jīng)常轉(zhuǎn)動射漿管，為防止射漿管在孔內(nèi)因水泥凝固而造成孔內(nèi)事故，回漿管要達到15L/min以上的回漿量。

b.利用鉆桿做射漿管時，采用平接頭連接鉆桿；各灌漿段灌漿時，射漿管管口距孔底不超過50cm，射漿管的外徑與鉆孔孔徑之差不超過20mm；射漿管口距孔底距離不合要求必須重新安裝。

c.若是斷層破碎帶等地質(zhì)條件復雜的孔段，灌漿結(jié)束后需待凝24h后方可進行下一段鉆灌作業(yè)；孔口無涌水孔段，灌漿結(jié)束后正常情況下不待凝，即可進行下一段鉆灌作業(yè)。

d.帷幕灌漿段長與壓力見表2。

表2　帷幕灌漿壓力及段長劃分

注灌漿段第一段均自防滲墻深度以上0.5m位置卡塞。

4.2.3帷幕灌漿漿液及變換

a.帷幕灌漿漿液應以普通純水泥漿液為主，正常情況下不摻加外加劑。特殊情況下可采用混合漿液或在水泥漿液中加入外加劑。

b.漿液水灰比。普通純水泥漿液水灰比(重量比)采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個比級；注入率超過30L/min時，可根據(jù)具體情況采用越級變濃水灰比。

c.變漿標準。注入量超過300L，且壓力和注入量變化不大；灌注時間大于1h，且壓力和注入量變化不大。

d.灌漿過程中，如果灌漿壓力保持不變，則注入率持續(xù)減??；如果注入率不變而壓力持續(xù)升高，則不得改變漿液水灰比。應每隔15～30min測記一次回漿溫度和漿液密度，漿液變換和灌漿結(jié)束時亦應測記漿液密度，測值必須做好記錄。

4.2.4帷幕灌漿結(jié)束標準

帷幕灌漿結(jié)束標準為：灌漿段在最大設計壓力下，注入率不大于1L/min，延續(xù)灌注60min。

4.3帷幕灌漿封孔

a.漿液必須采用水灰比0.5∶1剛攪拌的普通水泥漿，封孔灌漿壓力采用該灌漿孔的最大灌漿壓力。

b.帷幕灌漿封孔采用“置換和壓力灌漿封孔法”。封孔時先采用新鮮的水灰比0.5∶1的濃漿置換孔內(nèi)的水和稀漿，待回漿管排出水灰比為0.5∶1的濃漿后，拆除孔內(nèi)灌漿管，用灌漿軟管做進漿管，補充注漿至孔口冒出水灰比0.5∶1的濃漿。補充注漿時，進漿管在提出過程中必須保持在漿面以下，以防止空氣滲入漿液中，破壞封孔的質(zhì)量。然后采用水灰比0.5∶1的濃漿進行純壓式起壓灌漿，持續(xù)灌漿時間達到1h以上方可停止灌漿封孔。

c.已采用“置換和壓力灌漿封孔”的灌漿孔，孔內(nèi)水泥漿液凝固后，必須清除上部孔內(nèi)的浮漿及污水。如果上部空余段超過3m，繼續(xù)采用“機械壓漿封孔法”進行封孔；如果小于3m，用M30水泥砂漿回填密實。然后再割除高出混凝土底板的孔口管。最后用M30水泥砂漿抹平。

d. 帷幕灌漿全孔灌漿結(jié)束后，對孔深、全孔灌漿成果進行確認后應馬上進行封孔。

4.4特殊情況及處理

a.灌漿過程中，出現(xiàn)地表冒漿、吸漿量突然遞減或遞增、壓力突降或突升等不尋常情況時，必須馬上查找原因，采取相應措施進行處置，并做好詳細記錄，必要時報請設計等有關單位研究處置。

b.鉆灌過程中發(fā)現(xiàn)串通時，必須查清串通量和串通部位。如與其他灌漿孔串通，應將串通孔阻塞住，位置選擇在串通部位上方0.5～1m處，灌漿孔灌漿結(jié)束凝固達24h后，再進行串通孔的掃孔、沖洗、鉆進及灌漿。

c.出現(xiàn)漿液失水回濃(回濃達一個比級)時，必須換用相同水灰比剛攪拌的漿液進行灌注，如果效果不顯著，延續(xù)灌注30min且總的灌漿時間大于120min后，才能結(jié)束灌漿。

d.對孔口有涌水的孔段，灌漿前應測記涌水量和涌水壓力，根據(jù)出現(xiàn)的涌水情況，可按如下方法進行處置：適當加大灌漿壓力；以涌水壓力+設計灌漿壓力作為實際灌漿壓力控制；減小段長。

e.發(fā)現(xiàn)漏漿、冒漿時，根據(jù)不同情形采用嵌縫、表面封堵、濃漿、低壓、限流、間歇灌注、限量等方法處置，最好不采用待凝處置方式。如處理無效，才能停止灌注，考慮其他處理措施。

f.對注入率大，累計灌入量大于150kg/m的孔段，必須對灌漿鄰近的洞室、人工堆積、上下游邊坡露頭、積水、結(jié)構縫面等部位進行檢查，必要時可進行示蹤劑檢查。如果有外漏，必須按漏漿、冒漿處置；如果沒有外漏，根據(jù)控制壓力與注入量的關系進行灌注，直至達灌漿結(jié)束標準為止，禁止采用灌漿中斷、待凝、間歇等措施，任何人為的中斷措施必須視為灌漿事故。

g.灌漿工作應連續(xù)進行，因故中斷應盡早恢復灌漿?；謴凸酀{時，采用開灌水灰比的漿液灌注，如果注入率與中斷前相近，可改用中斷前水灰比的漿液灌注；如果恢復灌漿后，注入率較中斷前減少很多，且在短時間內(nèi)停止吸漿，必須通知設計等有關單位，作為事故孔處理。

5結(jié)語

采用帷幕灌漿方法對石壁水庫兩岸壩基、壩肩山體基礎進行防滲處理，帷幕灌漿孔中心距2.5m，灌漿孔深入相對隔水層頂板線(q≤5Lu)以下3m。灌漿后帷幕線上壩基巖的透水率q<0.05L/(min·m),巖芯完整連續(xù)，滿足防滲要求，石壁水庫壩基的滲透壓力得到了有效控制，消除了水庫的安全隱患。

參考文獻

方云.泉州市石壁水庫輸水系統(tǒng)改造[J].水利科技，2008(2)：65.

On application of curtain grouting in Shibi Reservoir risk removal and consolidation

WANG Runxin

(QuanzhouShibiReservoirManagementOffice,Quanzhou362000,China)

Abstract:Shibi Reservoir is an important medium-sized reservoir in Fujian Province. The reservoir has seepage safety hazards. Engineering geological conditions of the dam foundation are combined. Curtain grouting is adopted for anti-seepage treatment on the dam foundation of both banks, and abutment mountain foundation. The seepage pressure of dam foundation after treatment is effectively controlled, and safety hazards are eliminated.

Key words:reservoir; curtain grouting; dam foundation; anti-seepage treatment

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.06.005

中圖分類號：TV543

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8241(2016)06- 0011- 04