淺析汾河二庫(kù)帷幕灌漿施工中對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)及施工機(jī)具實(shí)用性的驗(yàn)證

洪濤

(中國(guó)水電基礎(chǔ)有限公司，天津 301700)

1 概 述

1.1 工程概況

山西省汾河二庫(kù)總庫(kù)容1.33億m3，是一座以防洪為主，兼顧供水、發(fā)電、旅游養(yǎng)殖等綜合效益的大型水利樞紐工程。

壩址控制流域面積2348km2，原設(shè)計(jì)多年平均入庫(kù)徑流量1.45億m3，多年平均入庫(kù)沙量560萬(wàn)t，水庫(kù)總庫(kù)容1.33億m3，興利調(diào)節(jié)庫(kù)容0.48億m3，防洪庫(kù)容0.058 億m3。水庫(kù)興利水位905.70m，設(shè)計(jì)洪水位907.32m，校核洪水位909.92m。

汾河二庫(kù)應(yīng)急專項(xiàng)除險(xiǎn)加固工程帷幕灌漿工程主要施工內(nèi)容包括：

a.上游帷幕：左岸防滲墻下帷幕灌漿范圍為樁號(hào)0-001.0～0-144.0m，共計(jì)73孔；右岸引張線廊道內(nèi)帷幕灌漿范圍為0+217.5～0+273.75，共計(jì)29孔。

b.下游帷幕：左岸帷幕灌漿范圍為樁號(hào)0+010.25～0+068.25，共計(jì)32孔；右岸帷幕灌漿范圍為樁號(hào)0+186～0+214，共計(jì)20孔。

1.2 試驗(yàn)段工程地質(zhì)

帷幕灌漿試驗(yàn)選擇在右岸引張線廊道(樁號(hào)0+237.7～0+253.7)處，先導(dǎo)孔取芯情況表明，該部位0～0.6m為混凝土蓋板，0.6～1.6m接觸段，混凝土與基巖面之間空隙較大，1.6m以下為弱風(fēng)化、微風(fēng)化基巖，完整性較好。其中3.55～48.55m之間不均勻分布有細(xì)微裂隙，先導(dǎo)孔取芯多呈短柱狀、碎塊形態(tài)，裂隙大多閉合無(wú)充填，少數(shù)見(jiàn)白色鈣質(zhì)物充填。48.55m以下巖石完整，先導(dǎo)孔取芯多呈長(zhǎng)柱狀，斷面新鮮，無(wú)明顯水蝕痕跡。

1.3 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

灌漿試驗(yàn)主要是驗(yàn)證設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)的可行性和施工機(jī)具的實(shí)用性，為后續(xù)帷幕灌漿施工起指導(dǎo)作用，其主要目的如下：

a.檢驗(yàn)施工所采用的地質(zhì)鉆機(jī)、灌漿自動(dòng)記錄儀、灌漿泵、水泥漿液攪拌系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)備的性能是否滿足施工要求。

b.通過(guò)生產(chǎn)性試驗(yàn)驗(yàn)證帷幕灌漿的設(shè)計(jì)參數(shù)及帷幕灌漿的深度和寬度等[1]，主要包括灌漿孔距、灌漿壓力、灌漿分段、灌漿孔深、漿液比級(jí)等參數(shù)。

c.驗(yàn)證采用“孔口封閉、自上而下循環(huán)式灌漿”方法的可行性。

d.通過(guò)生產(chǎn)性試驗(yàn)尋找試驗(yàn)工藝的矛盾點(diǎn)以及需完善的各種措施。

2 試驗(yàn)區(qū)選擇及布置

2.1 試驗(yàn)區(qū)選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選定右岸引張線廊道內(nèi)帷幕灌漿(樁號(hào)0+237.7～0+253.7)共9個(gè)孔作為生產(chǎn)性試驗(yàn)段。

2.2 灌漿孔布置

試驗(yàn)段布置單排帷幕孔，孔距2m，分三序施工。布置一個(gè)抬動(dòng)觀測(cè)孔、一個(gè)先導(dǎo)孔和一個(gè)檢查孔。試驗(yàn)孔布置如圖1所示：

圖1 生產(chǎn)性試驗(yàn)灌漿孔布置

2.3 完成工程量

鉆孔編號(hào)為w右-上-Ⅲ-11～w右-上-Ⅰ-19。共布設(shè)一個(gè)檢查孔、一個(gè)抬動(dòng)孔，其完成工程量見(jiàn)表1。

表1 生產(chǎn)性帷幕灌漿孔完成工程量

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

試驗(yàn)孔分三序進(jìn)行，施工順序?yàn)棰裥蚩?Ⅰ序孔中先施工先導(dǎo)孔)→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔。

3.2 鉆孔

a.鉆孔采用XY-2PC型地質(zhì)鉆機(jī)，按照設(shè)計(jì)要求帷幕灌漿孔開(kāi)孔孔徑φ91mm；鉆孔孔徑選用φ75mm、φ60mm兩種；壓水檢查孔孔徑φ75mm；抬動(dòng)觀測(cè)孔孔徑φ91mm。

b.帷幕灌漿孔的開(kāi)孔位置與設(shè)計(jì)孔位偏差一般不大于10cm。鉆孔的終孔深度符合設(shè)計(jì)規(guī)定，鉆孔孔底允許偏差符合表2規(guī)定[2]。

表2 帷幕灌漿孔底偏差要求

3.3 鉆孔沖洗與壓水試驗(yàn)

a.試驗(yàn)設(shè)備：該次灌漿采用3SNS型灌漿泵、鉆桿、封閉器(壓水塞)、灌漿自動(dòng)記錄系統(tǒng)等施工設(shè)備。

b.各灌漿段灌漿前應(yīng)采用壓力水進(jìn)行裂隙沖洗，沖洗壓力為該段灌漿壓力的80%，且不大于1MPa；沖洗時(shí)間至回水清凈時(shí)為止，且不大于20分鐘[2]。

c.壓水采用簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，可結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行；壓水試驗(yàn)壓力為該孔段灌漿壓力的80%，若大于1.0MPa時(shí)，采用1.0MPa。壓水試驗(yàn)每5min測(cè)讀一次流量，連續(xù)4次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min時(shí)，該階段試驗(yàn)即可結(jié)束，取最終值作為計(jì)算值[2]。

3.4 灌漿

a.灌漿設(shè)備：3SNS型灌漿泵、高速渦輪制漿機(jī)、立式雙桶儲(chǔ)漿攪拌機(jī)、灌漿自動(dòng)記錄儀、不鑄鉆孔口封閉器等。

b.灌漿方法：采用“孔口封閉、自上而下，孔內(nèi)循環(huán)”分段灌漿方法施工。

c.灌漿段長(zhǎng)及壓力:詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 帷幕灌漿分段及壓力

d.灌漿漿液。

?采用普通水泥漿液灌漿，水泥標(biāo)號(hào)為P.O 42.5MPa；水泥細(xì)度要求通過(guò)80μm方孔篩的篩余量不超過(guò)5%。

?灌漿用水采用水庫(kù)中的水，水質(zhì)符合《水工混凝土施工規(guī)范》要求。

?使用高速攪拌機(jī)制漿，攪拌時(shí)間不少于30s，自制備至用完時(shí)間宜小于4h。

e.漿液濃度等級(jí)。漿液濃度遵循由稀到濃的原則逐級(jí)變換，采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1等六個(gè)比級(jí)，開(kāi)灌比級(jí)為5∶1。

f.灌漿結(jié)束與封孔。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求和(DL/T 5148—2012)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行，即在最大設(shè)計(jì)壓力下，或注入率不大于1.0L/min時(shí), 繼續(xù)灌注30min結(jié)束[1]。

g.抬動(dòng)變形觀測(cè)。試驗(yàn)各段次從鉆孔沖洗到封孔全過(guò)程均進(jìn)行變形觀測(cè)，未出現(xiàn)抬動(dòng)變形。

h.特殊情況處理。灌漿試驗(yàn)各孔段均按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求一次灌注結(jié)束，沒(méi)有出現(xiàn)冒(漏)漿、灌漿中斷、串漿等情況。

i.灌漿質(zhì)量及效果檢查。灌漿結(jié)束14d后，進(jìn)行檢查孔施工。檢查孔分段進(jìn)行壓水試驗(yàn)檢查，同時(shí)采取巖芯。在W右-上-Ⅲ-16～W右-上-Ⅰ-15之間，軸線中點(diǎn)位置布設(shè)一個(gè)質(zhì)量檢查孔，編號(hào)為w右-上-JC-1。經(jīng)檢查孔資料數(shù)據(jù)分析，滿足設(shè)計(jì)小于3Lu的防滲要求。

4 試驗(yàn)成果分析

4.1 灌前透水率分析

a.巖體透水率分析。在試驗(yàn)段布設(shè)3個(gè)Ⅰ序孔，包括1個(gè)先導(dǎo)孔，施工中采用簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，成果以透水率q表示，其值可認(rèn)為代表該部位巖體原始透水率情況，具體情況見(jiàn)表4。

表4 灌前壓水試驗(yàn)透水率統(tǒng)計(jì)結(jié)果匯總

由表4可以看出，壓水試驗(yàn)1～3Lu的占總段數(shù)的7.5%，3～5Lu的占12.5%，5～10Lu的占63%，10～100Lu的占17%，反映出巖體初始滲透性基本大于設(shè)計(jì)防滲要求，小于10Lu的占80%以上，說(shuō)明巖石裂隙發(fā)育以細(xì)微裂隙為主；大于10Lu的全部在前3段，接觸段均在20Lu以上，說(shuō)明局部存在中等裂隙，混凝土與基巖接觸段存在較大縫隙，可灌性較強(qiáng)。

b.各次序孔透水率分析。由表5及圖2可知，小于5Lu的頻率為20%、20%、37%，Ⅲ序孔較Ⅰ序孔、Ⅱ序孔頻率隨著灌漿次序的加密而提高；5～10Lu的頻率為63%、65%、49%，隨著灌漿次序變化，Ⅲ序孔頻率較Ⅰ序孔、Ⅱ序孔有明顯減少；大于10Lu的頻率為18%、15%、14%，Ⅲ序孔、Ⅱ序孔、Ⅰ序孔逐序減少。隨著灌漿次序的增加，透水率在小區(qū)間內(nèi)的頻率增加、大區(qū)間內(nèi)的頻率減少，符合一般灌漿規(guī)律。從各次序孔平均透水率看，Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔透水率平均值為8.64Lu、7.12Lu、5.98Lu，隨著灌漿次序的增加，透水率逐次減小，符合一般灌漿規(guī)律。

表5 生產(chǎn)性帷幕灌漿試驗(yàn)壓水成果匯總

4.2 水泥注入量分析

根據(jù)灌漿資料分析，單位水泥注入量大于100kg/m的段次主要分布在Ⅰ鉆孔、Ⅱ鉆孔中，與灌前壓水透水率基本吻合。

各次序孔平均單位注入量值隨著灌漿次序的增加，有明顯的減少，其中Ⅱ序孔比Ⅰ序孔減少39%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔減少28%，單位注入率逐次減小，符合一般灌漿規(guī)律。

圖3 帷幕灌漿試驗(yàn)孔單位注灰量/頻率曲線

試驗(yàn)段單位注灰量10～30kg/m的孔段共11段占9%，在30～100kg/m區(qū)間的80段占69%，大于100kg/m的26段占22%，與該部位巖體透水性基本相對(duì)應(yīng)。

根據(jù)圖3各次序孔耗灰量頻率曲線圖，可以看出從右到左Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔逐漸減少，符合一般灌漿規(guī)律，灌漿效果良好(表6)。

表6 帷幕灌漿試驗(yàn)孔注入率匯總

4.3 透水率與單位水泥注入量的關(guān)系

由表7可知，Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔平均單位透水率逐次減小，單位水泥注入量隨著透水率的減小而減少，符合一般灌漿規(guī)律。

表7 透水率與單位水泥注入量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.4 檢查孔成果分析

W右-上-JC-1檢查孔巖芯采取率為86.9%，從巖芯看，混凝土與基巖結(jié)合面膠結(jié)良好，密實(shí)無(wú)縫隙。

檢查孔總共壓水12段，透水率最大2.71Lu，最小1.27Lu，透水率均小于設(shè)計(jì)3Lu的防滲標(biāo)準(zhǔn)。

檢查孔在壓水檢查后，與試驗(yàn)灌漿孔要求一致，進(jìn)行分段灌漿，灌漿壓力同帷幕灌漿，灌漿12段，單位水泥注入量最大為12.81kg/m，最小為5.156kg/m，平均為7.94kg/m，呈現(xiàn)不吃漿或吃漿量很小的狀態(tài)，表明試驗(yàn)區(qū)灌漿效果良好。檢查孔質(zhì)量檢查統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表8。

表8 檢查孔壓水試驗(yàn)成果

4.5 鉆孔測(cè)斜成果分析

灌漿孔每間隔5m測(cè)斜一次，計(jì)算鉆孔的孔底偏差值。偏距范圍在0.12～0.55m之間，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4.6 變形觀測(cè)分析

試驗(yàn)段10個(gè)孔(1個(gè)檢查孔)129個(gè)灌漿段從裂隙沖洗、壓水、灌漿及封孔過(guò)程中，均密切進(jìn)行趾板抬動(dòng)變形觀測(cè)分析，各孔段均未出現(xiàn)抬動(dòng)變形。

4.7 灌漿水灰比分析

灌漿過(guò)程中采用設(shè)計(jì)要求的5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1六個(gè)比級(jí)漿液灌注，其統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表9。

由表9可知，試驗(yàn)段117個(gè)灌漿段，72%的孔段都使用兩個(gè)及以上的比級(jí)灌注。使用開(kāi)灌水灰比5∶1結(jié)束的孔段有33段，占28%，說(shuō)明開(kāi)灌水灰比選擇5∶1是適合該地層灌漿的。結(jié)束水灰比3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1分別為52段、23段、7段、2段、0段，漿液由稀到濃使用頻率逐漸減少，說(shuō)明試驗(yàn)選用的各個(gè)比級(jí)水灰比符合地層情況，能夠滿足灌漿需求。

表9 灌漿使用水灰比統(tǒng)計(jì)匯總

4.8 灌漿壓力分析

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況及灌漿資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，所有灌漿孔均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大壓力，在達(dá)到設(shè)計(jì)壓力下，趾板均未發(fā)生抬動(dòng)且達(dá)到了灌漿效果，說(shuō)明各段壓力選擇能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)檢查孔施工，接觸段透水率為2.71Lu，單位注灰量為12.81kg/m，說(shuō)明接觸段壓力選擇能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

4.9 灌漿結(jié)束條件分析

帷幕灌漿結(jié)束條件：灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注30min即可結(jié)束，結(jié)合該次試驗(yàn)段117個(gè)灌漿段成果資料，認(rèn)為試驗(yàn)施工結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足要求。

5 結(jié) 論

通過(guò)試驗(yàn)可以得出結(jié)論，試驗(yàn)段按設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工，完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的灌漿效果；施工機(jī)具選用科學(xué)合理，可以滿足施工要求。在后續(xù)工作中，可以試驗(yàn)段為依據(jù)，擬定施工方案，合理安排施工。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙英.淺析帷幕灌漿施工方法及效果[J].水利建設(shè)與管理，2016(6)：14-17.

[2] DL/T 5148—2012 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社,2012.