灌漿技術(shù)在壩基接觸帶處理中的應用

劉妍

摘 要：為保證大壩的安全，防止壩體與壩基接觸帶上、下兩個部分由于變形不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的裂縫和滲流破壞，在大壩建設中選擇合適的基礎處理措施，越來越受到施工管理者的高度重視。灌漿技術(shù)作為重要的施工技術(shù)手段，能有效提高壩體和壩基的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)安全事故和經(jīng)濟損失。由此，本文主要分析灌漿技術(shù)在壩基接觸帶處理中的應用。

關(guān)鍵詞：灌漿技術(shù);壩基接觸帶;帷幕灌漿;固結(jié)灌漿

中圖分類號：TV543文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）01-0099-03

Abstract： In order to ensure the safety of the dam， to prevent the contact zone between the dam body and the foundation， the lower two parts due to the deformation of uncoordinated cracks and seepage damage， the selection of appropriate foundation treatment measures in the dam construction has been paid more and more attention by the construction managers. As an important construction technology， grouting technology can effectively improve the stability of dam body and foundation， and avoid safety accidents and economic losses. Therefore， this paper mainly analyzed the application of grouting technology in the treatment of dam foundation contact zone.

Keywords： grouting technology;dam foundation contact zone;curtain grouting;consolidation grouting

灌漿是將具有流動性和膠凝性的漿液，按一定的配比要求，以適當?shù)膲毫嗳氲鼗紫?、裂縫或建筑物自身的接縫、裂隙中作充填、膠結(jié)的防滲或加固處理[1]。壩體和壩基接觸帶上、下兩部分的材料成分和結(jié)構(gòu)各異，這樣會引起壩體、壩基產(chǎn)生不一致的變形，壩體與壩基接觸帶上、下兩部分由于變形不協(xié)調(diào)，兩者之間容易出現(xiàn)裂縫，在滲流作用下，兩者之間將產(chǎn)生更為強烈的接觸沖刷，這種沖刷逐漸帶走壩基接觸帶中的顆粒物，從而產(chǎn)生集中滲漏通道。因此，采用灌漿技術(shù)對壩基接觸帶進行適當處理，是保證大壩安全性的有效措施之一。

1 灌漿技術(shù)的類型及特點

按照不同的灌漿目的，灌漿技術(shù)可分為帷幕灌漿、固結(jié)灌漿、接觸灌漿、回填灌漿等。在壩基接觸帶灌漿中，使用較多的是帷幕灌漿和固結(jié)灌漿技術(shù)，許多工程中也采用多種灌漿相結(jié)合的方式加固地基。

1.1 帷幕灌漿

帷幕灌漿是用漿液灌入巖體或土層的裂隙、空隙，形成防水幕，以減小滲流量或降低揚壓力的灌漿。通常情況下，帷幕灌漿是在填筑好的壩下施工。帷幕灌漿按防滲帷幕的灌漿孔排數(shù)分為兩排孔帷幕和多排孔帷幕。地質(zhì)條件復雜且水頭較高時，多采用3排以上的多排孔帷幕。按灌漿孔底部是否深入相對不透水巖層劃分，可分為深入的稱封閉式帷幕和不深入的稱懸掛式帷幕。其施工的主要工藝包括鉆孔、鉆孔沖洗、壓水試驗、灌漿和灌漿的質(zhì)量檢查等。

1.2 固結(jié)灌漿

固結(jié)灌漿是用漿液灌入巖體裂隙或破碎帶，以提高巖體的整體性和抗變形能力的灌漿。固結(jié)灌漿的地層以灰?guī)r、泥巖為主，夾層及裂隙發(fā)育或受開挖爆破影響卸荷裂隙發(fā)育等。通過對壩基進行固結(jié)灌漿處理，能改善地基承載能力。固結(jié)灌漿的施工工藝和帷幕灌漿基本相同。通過前期現(xiàn)場生產(chǎn)性固結(jié)灌漿試驗結(jié)果，結(jié)合壩基地質(zhì)、壩體形態(tài)、壩基開挖后巖體卸荷情況、大壩受力情況等，固結(jié)灌漿按照分區(qū)進行參數(shù)設計。

2 壩基加固處理技術(shù)的應用

2.1 帷幕灌漿在高生大壩施工中的應用

2.1.1 工程概況。高生水電站壩址位于貴州省務川縣境內(nèi)洪渡河，距務川縣城約50 km，距遵義約245 km，距貴陽約395 km。高生大壩為碾壓混凝土擋水壩，最大壩高120.5 m。

壩址位于紅絲向斜翹起端附近，受向斜影響，壩址區(qū)巖層傾角平緩，走向變化較大，總體產(chǎn)狀為N60°～80°E/SE∠4°～14°，傾向右岸偏上游。壩址區(qū)未發(fā)現(xiàn)區(qū)域性斷層通過，但次級斷層、巖性夾層、層間錯動及裂隙均較為發(fā)育。壩址區(qū)地表巖溶形態(tài)以溶洞、落水洞及溶蝕洼地漏斗為主。其中，溶洞9個，落水洞8個，溶蝕洼地漏斗9個[2]。

庫區(qū)以碳酸鹽巖為主，巖溶發(fā)育，巖溶個體形態(tài)主要有溶蝕洼地、落水洞、溶洞、巖溶管道等。地下水在碳酸鹽巖區(qū)以巖溶管道水、巖溶裂隙水為主，在碎屑巖區(qū)以基巖裂隙水為主，第四系中存在孔隙水。按巖性、巖性組合及地下水賦存形式可將庫區(qū)含水巖組劃分為強巖溶含水巖組、中等巖溶含水巖組、弱巖溶含水巖組及非可溶巖含水巖組。地下水以巖溶水為主，靠大氣降雨補給，洪渡河為區(qū)內(nèi)最低排泄基準面，地下水補給河水。

2.1.2 接觸帶處理措施。根據(jù)地質(zhì)勘探及綜合分析可知，庫首左岸沿O1t3地層發(fā)生巖溶管道型繞壩向下游滲漏的可能性不大，主要是近壩庫岸沿構(gòu)造、溶蝕裂隙的繞滲問題，庫首右岸存在庫水沿O1h和O1t3地層內(nèi)巖溶管道或裂隙向壩址下游發(fā)生巖溶滲漏問題;存在沿fb2斷層帶及其附近的巖溶管道向壩址下游的新場一帶洪渡河發(fā)生巖溶滲漏問題;存在沿紅絲逆沖斷層（F9）帶向壩址下游發(fā)生滲漏的可能。根據(jù)壩址河床鉆孔揭露情況，壩基巖體為O1t2相對隔水層，但其下伏的O1t1地層在河床深部基巖存在一溶蝕層，厚度為5.5～7.0 m，溶蝕現(xiàn)象以小型溶洞、溶孔為主，蓄水后由于水壓力作用，庫水可能沿壩基巖體裂隙進入該溶蝕層發(fā)生壩基滲漏問題。為防止庫水滲漏和降低壩基揚壓力，必須進行防滲處理[3]。

兩岸各分三層（321、365 m和427.5 m）進行灌漿布孔施工，帷幕頂高程為427.5 m，左岸接相對隔水層（O1t2），并以其為防滲底界;右岸帷幕中部越過fb2斷層、端點越過F9斷層，岸邊至fb2斷層之間以O1t1相對隔水層為底界，fb2斷層至F9斷層之間采用懸掛帷幕，底界按0.5倍壩高考慮，底界高程為356 m;河床中部為懸掛帷幕，底界以封堵壩基下伏的溶蝕層，河床處帷幕底界高程為243.20 m。

2.1.3 灌漿施工。灌漿施工要處理以下幾方面問題。①帷幕灌漿試驗的施工嚴格遵循灌漿程序，分排分序分段進行。施工順序為：抬動觀測孔→下游排Ⅰ序孔（先導孔）→下游排Ⅲ序孔→上游排II序孔→上游排Ⅲ序孔→檢查孔。②各次序孔的鉆孔灌漿高差不小于15 m。③帷幕灌漿孔施工工藝流程見圖1。

2.2 帷幕灌漿、固結(jié)灌漿在毛家河大壩施工中的應用

2.2.1 工程概況。毛家河水電站位于北盤江上游支流清水河上，電站距水城70 km，距貴陽市336 km，是一座以發(fā)電為主的水利樞紐工程。毛家河大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高為74.5 m，壩頂寬度為7 m，最大壩底寬度為67.35 m，壩頂全長為175.035 m，分為左、右岸非溢流壩段、河床溢流壩段以及左、右岸沖沙孔壩段[4]。

根據(jù)物探、平硐及鉆孔資料可知，河床覆蓋層厚一般為1～6.2 m，成分為沖積砂卵礫石及大塊石。除壩軸線上下游兩岸河邊出露零星帶狀基巖外，兩岸岸坡坡腳均連續(xù)分布崩塌堆積塊碎石夾黏土、坡殘積黏土夾塊碎石以及沖積的砂卵礫石層，最厚達40 m，水平深度可達33 m。壩基為C1b2中厚層、薄層含炭質(zhì)灰?guī)r夾中厚層、薄層炭質(zhì)泥頁巖，發(fā)育軟弱夾層，左岸巖層傾角為10°～25°，右岸巖層傾角為12°～30°，左岸和右岸均傾向山內(nèi);河床為背斜軸部，巖層傾角平緩（近于水平），張性節(jié)理發(fā)育。由于軟弱夾層的發(fā)育，存在以軟弱夾層面為底滑面，構(gòu)造裂隙、卸荷裂隙為后緣及側(cè)向切割面的淺層和深層抗滑穩(wěn)定問題。

2.2.2 接觸帶處理措施。根據(jù)復雜的地基情況，本工程對壩基的處理采取壩基固結(jié)灌漿、壩基帷幕灌漿及接觸灌漿、壩基與混凝土接觸面錨筋、壩基排水孔等工程措施。若同一部位有多種工程措施，則應依次進行回填灌漿、固結(jié)灌漿、帷幕灌漿、接縫灌漿和排水孔的施工[5]。

2.2.3 灌漿施工

2.2.3.1 固結(jié)灌漿。固結(jié)灌漿按分排分序加密的原則進行，灌漿一般分兩個次序，按Ⅰ、Ⅱ序依次施工。例如，灌漿部位存在臨空面，則先進行周邊灌漿封閉。固結(jié)灌漿采用有蓋重方式施工時，蓋重層厚度要滿足設計要求，有蓋重灌漿的鉆孔和灌漿在相應部位混凝土達到50%設計強度后進行。在灌漿施工過程中，應對壩體橫縫、混凝土冷卻水管進行通水，防止固結(jié)灌漿漿液串入縫面或鉆斷冷卻水管，造成橫縫或冷卻水管堵塞。根據(jù)大壩結(jié)構(gòu)特點，基礎廊道（包括灌漿廊道、排水廊道等）附近固結(jié)灌漿孔應盡量在廊道形成前完成，若與廊道混凝土施工相互影響時，經(jīng)監(jiān)理人同意，可移至廊道外或后期在廊道內(nèi)施工。各部位固結(jié)灌漿完成后，其相應的質(zhì)量檢查（包括檢查孔壓水試驗和聲波測試等）安排在合適的混凝土層面或者在廊道內(nèi)進行。

基礎固結(jié)灌漿入巖孔深一般為8 m，主要采取孔內(nèi)卡塞、自上而下分段的循環(huán)方法灌漿，淺孔（小于6 m）固結(jié)灌漿可采用全孔一次灌漿法;特殊部位，按監(jiān)理人的指示采用合宜的灌漿方法。原則上采用單孔灌注，當發(fā)生串孔且設備能滿足施工要求時，可采用并聯(lián)灌注，且孔數(shù)不得多于3個，并控制灌漿壓力。采用自上而下的方式進行灌漿時，各段灌漿結(jié)束后一般可不待凝，固結(jié)灌漿一般采用3SNS-A泥漿泵進行灌漿。

2.2.3.2 帷幕灌漿。本工程中的帷幕灌漿主要在兩層廊道內(nèi)進行，物探孔、抬動觀測孔、先導孔、帷幕灌漿孔、質(zhì)量檢查孔等均采用XY-2型、XY-2PC型回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機配金剛石鉆頭進行鉆孔;鉆孔過程中嚴格控制鉆壓，采用“低壓高速”的方法進行鉆孔，以防止遇到不均勻地層時鉆孔偏斜。

壩基帷幕灌漿必須在具備以下條件才能開始灌漿：①灌漿區(qū)鄰近30 m范圍內(nèi)的勘探平洞混凝土回填、回填灌漿等工作完成并通過驗收以后;②本層和下層平洞的混凝土襯砌、回填灌漿等工作完成并通過驗收以后;③以施灌區(qū)域為中心、30 m為半徑的范圍內(nèi)的壩基固結(jié)灌漿、基巖接觸灌漿相鄰壩段最底部橫縫的接縫灌漿等作業(yè)完成并通過驗收以后;④待上、下層同單元帷幕灌漿施工完成后進行帷幕搭接孔施工。

灌漿以一個灌漿單元為一個施工單位，按分序加密的原則進行。施工次序：抬動觀測孔及安裝→Ⅰ序孔鉆孔、灌漿→Ⅱ序孔鉆孔、灌漿→Ⅲ序孔鉆孔、灌漿→檢查孔鉆孔、壓水試驗。由兩排孔組成的帷幕，先施工下游排，再施工上游排，三排孔組成的帷幕，先施工下游排孔，再施工上游排孔，最后施工中間排帷幕孔。先導孔的灌漿施工按Ⅰ序孔對待。防滲帷幕灌漿主要采用“自上而下、孔口封閉灌漿法”的高壓灌漿工藝，灌漿采用分段施工。

3 結(jié)語

當各種不同的壩體或地基材料不同時，接觸帶可能出現(xiàn)的破壞形式也有所不同，那么在處理設計時應考慮不同的壩型、壩基、當?shù)夭牧?、施工條件等因素，采取一種或多種處理方法相結(jié)合的處理措施。

參考文獻：

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