尋甸縣磨盤(pán)寺水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程大壩帷幕灌漿試驗(yàn)淺析

劉朝波

（昆明市河湖管理中心，云南 昆明 650000）

1 工程概況

磨盤(pán)寺水庫(kù)位于羊街鎮(zhèn)甸龍村委會(huì)磨盤(pán)寺村后箐，地理坐標(biāo)為東經(jīng)103°5′，北緯22°28′。磨盤(pán)寺水庫(kù)控制流域面積為5.4km2，水庫(kù)壩址與羊街鎮(zhèn)的直線(xiàn)距離約5.5 km，與尋甸縣城的直線(xiàn)距離約22 km。水庫(kù)主河道長(zhǎng)3.98 km，主河道平均比降為35‰。磨盤(pán)寺水庫(kù)于1992年5月竣工，同期開(kāi)始蓄水，建成的土壩高20.4 m，蓄水40萬(wàn)m3。壩型為均質(zhì)土壩，現(xiàn)狀壩頂高程為2020.7 m，最大壩高20.4 m，壩頂長(zhǎng)150 m，壩頂寬7.8 m，無(wú)防浪墻，壩頂寬度及大壩壩坡極不規(guī)整，上下游壩坡均無(wú)護(hù)坡。

2 帷幕灌漿設(shè)計(jì)

磨盤(pán)寺水庫(kù)大壩帷幕灌漿工程設(shè)計(jì)為單排孔，沿壩軸線(xiàn)布置，孔距2 m，分三次序施工。左壩肩延伸5個(gè)孔，右壩肩延伸9個(gè)孔，總計(jì)灌漿孔90個(gè)，設(shè)計(jì)鉆孔進(jìn)尺2042.59 m，設(shè)計(jì)灌漿進(jìn)尺2042.59 m。

3 灌漿試驗(yàn)的目的和任務(wù)

灌漿試驗(yàn)的目的是通過(guò)灌漿試驗(yàn)驗(yàn)證大壩采用防滲帷幕灌漿處理方案在技術(shù)上的可行性、效果上的可靠性和經(jīng)濟(jì)上的合理性，進(jìn)一步確定有關(guān)灌漿技術(shù)的參數(shù)（如孔距、排距、防滲帷幕邊界、灌漿壓力、材料消耗量、漿液待凝時(shí)間等），明確帷幕灌漿施工方案，指導(dǎo)灌漿施工。

主要任務(wù)是了解壩土、結(jié)合部和壩基巖層的力學(xué)性狀、可灌性和透水性，論證壩基帷幕灌漿的可行性，以及壩土、結(jié)合部、壩基巖層灌漿后力學(xué)性狀的提高程度，探索適合壩基帷幕灌漿的灌漿工藝，為優(yōu)化灌漿參數(shù)、簡(jiǎn)化施工工序、降低工程造價(jià)提供依據(jù)。

4 灌漿試驗(yàn)施工

4.1 灌漿試驗(yàn)孔的布置

根據(jù)《磨盤(pán)寺水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程大壩帷幕灌漿設(shè)計(jì)圖》及業(yè)主單位、監(jiān)理單位的相關(guān)要求，本工程帷幕灌漿試驗(yàn)孔共布置一組，孔號(hào)為WM32-Ⅰ～WM36-Ⅰ，共計(jì)5個(gè)孔，為單排布置，孔距2.0 m，分三序施工。

4.2 鉆孔

本次試驗(yàn)采用全站儀按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行鉆孔和孔位放線(xiàn)，并注明孔號(hào)和次序。鉆機(jī)采用XY-1型回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，將鉆機(jī)就位，安裝平穩(wěn)無(wú)擺動(dòng)、校正立軸無(wú)偏斜后，要先對(duì)準(zhǔn)一序孔的孔位中心開(kāi)孔，開(kāi)始采用低壓力慢轉(zhuǎn)速，鉆進(jìn)到一定深度時(shí)，應(yīng)適時(shí)變徑，并加長(zhǎng)巖芯管長(zhǎng)度，逐漸加大壓力及轉(zhuǎn)速，有效保證了鉆孔孔向垂直向下。

鉆孔的開(kāi)孔孔徑為110 mm，終孔孔徑為91 mm，采用硬質(zhì)合金鉆頭清水鉆進(jìn)。所有鉆孔在達(dá)到設(shè)計(jì)孔深終孔時(shí)，監(jiān)理工程師應(yīng)到現(xiàn)場(chǎng)量孔，鉆孔深度符合設(shè)計(jì)要求。

4.3 鉆孔沖洗及壓（注）水試驗(yàn)

（1）鉆孔沖洗只在基巖灌漿段中進(jìn)行，鉆孔達(dá)到規(guī)定深度后，用鉆孔機(jī)具取出孔內(nèi)巖渣，確認(rèn)打撈干凈后，下入射漿管至孔底，用大泵量脈動(dòng)水流，由孔內(nèi)向孔外沖洗，同時(shí)上下提動(dòng)射漿管作活塞運(yùn)動(dòng)，如此反復(fù)沖洗至回水變清（肉眼看不見(jiàn)巖粉顆粒）后延時(shí)10～20 min結(jié)束，總時(shí)間不少于30 min。

（2）鉆孔注水試驗(yàn)。對(duì)壩體土層及強(qiáng)風(fēng)化巖層采用注水試驗(yàn)，灌段達(dá)到規(guī)定深度后，用鉆孔機(jī)具取出孔內(nèi)巖渣，隨后開(kāi)始地下水位觀(guān)測(cè)，得到地下水位數(shù)據(jù)后進(jìn)行注水試驗(yàn)，用量杯或水表控制孔內(nèi)注水量，注水水頭高度一般與孔口齊平，個(gè)別漏水孔段在大流量的情況下仍不能將孔注滿(mǎn)，則在注水的同時(shí)，下入水位計(jì)測(cè)出注水水頭高度，作為計(jì)算依據(jù)；注水所采用的流量計(jì)為1000 mL量杯或水表。

注水試驗(yàn)時(shí)，保持注水水位不變，每2～5 min讀取一次注入流量，當(dāng)連續(xù)4次讀數(shù)的最大值與最小值之差小于最終值的10%，或不大于1 L時(shí)，即可結(jié)束試驗(yàn)。取最終值作為計(jì)算值，若遇有漏水孔段，注入水流量較大時(shí)，則盡量縮短注水的時(shí)間，以免造成危害。

根據(jù)工程實(shí)際情況，本次注水試驗(yàn)采用式（1）計(jì)算。

式中：Q——穩(wěn)定注入量，m3/d；S——注水水頭高度，m；d——鉆孔直徑，m。

（3）壓水試驗(yàn)。在壓水試驗(yàn)之前，先觀(guān)測(cè)地下水位作為計(jì)算全壓力的參數(shù)，5 min觀(guān)測(cè)一次鉆孔內(nèi)水位，當(dāng)觀(guān)測(cè)到的地下水位數(shù)據(jù)連續(xù)兩次之差小于5 cm/min，即可確定地下水位值，并以最后一次的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)作為地下水位值。

“簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)”的壓水時(shí)間為20 min，每2～5 min測(cè)讀一次壓水流量，當(dāng)連續(xù)4次壓入流量的最大值與最小值之差小于最后一次流量值的10%即可結(jié)束，以最后一次流量值作為計(jì)算流量。

壓水試驗(yàn)流量穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)與注水試驗(yàn)相同，其試驗(yàn)采用式（2）計(jì)算。

式 中：q——透 水 率，Lu；Q——壓 入 流 量，L/min；P——作用于試段的全壓力，MPa；L——試段長(zhǎng)度，m。

4.4 灌漿

4.4.1 灌漿方法與程序

灌漿采用自上而下分段灌漿與異常段復(fù)灌相結(jié)合的方法。灌漿分三序進(jìn)行，Ⅰ序孔鉆孔灌漿結(jié)束后，進(jìn)行Ⅱ序孔的鉆孔和灌漿，最后進(jìn)行Ⅲ序孔的鉆孔和灌漿施工，逐漸加密。

自上而下分段灌漿的施工程序?yàn)椋恒@進(jìn)（一段）→撈渣→水位觀(guān)測(cè)→鉆孔沖洗與否→壓（注）水試驗(yàn)→灌漿→待凝→復(fù)灌與否→掃孔鉆進(jìn)（下—段）。如此反復(fù)直至終孔灌漿結(jié)束，然后進(jìn)行灌漿段封孔，之后取拔套管，進(jìn)行非灌段封孔至結(jié)束。

4.4.2 灌漿段長(zhǎng)

壩土段段長(zhǎng)控制在5 m左右，接觸段在巖石中的長(zhǎng)度不大于2.0 m?；鶐r每個(gè)灌漿段長(zhǎng)度為5～6 m，特殊情況下則適當(dāng)縮短或加長(zhǎng)，最長(zhǎng)不大于10 m。

4.4.3 灌漿壓力

灌漿試驗(yàn)壓力按孔口壓力控制，各試段的灌漿壓力按照式（3）控制。

式中：P0——初始?jí)毫?，MPa；M——壓力增率；Z——試段上覆巖土體厚度，m。

根據(jù)磨盤(pán)寺水庫(kù)大壩帷幕灌漿設(shè)計(jì)要求，壩頂以下第一段灌漿壓力0.01 MPa～0.075 MPa，灌漿每加深1m灌漿壓力上升0.015 MPa，第二段以后每段灌漿壓力根據(jù)分段長(zhǎng)度升高0.06 MPa～0.09 MPa，當(dāng)壓力達(dá)到最大灌漿壓力0.3 MPa時(shí)，其余各段均按0.3 MPa進(jìn)行。

4.4.4 灌漿材料及設(shè)備

根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，壩體土層采用1:3水泥黏土混合漿灌注；壩基結(jié)合部采用1:1水泥黏土混合漿灌注；基巖采用純水泥漿灌注。

灌漿用水泥采用尋甸縣羊街水泥廠(chǎng)生產(chǎn)的P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，黏土采用上壩用黏土，兩項(xiàng)材料均取樣送檢，其各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

灌漿設(shè)備為100/15型砂漿泵，自帶200 L立式雙層攪拌桶。灌漿機(jī)最大工作壓力為1.5 MPa，水平輸送距離為200 m，垂直輸送距離為50 m，完全滿(mǎn)足施工需要，泥漿攪拌機(jī)采用自制臥式0.8 m3攪拌機(jī)，其能連續(xù)工作，出漿量大，可滿(mǎn)足施工需要。灌漿管路采用硬管連接，在與孔口壓力表裝置之間采用軟管連接，能承受1.5 MPa的壓力。

4.4.5 制漿及漿液濃度變換

純黏土原漿制作是采用濕法制漿，將黏土在堆料場(chǎng)浸濕，之后用水沖入泥漿攪拌機(jī)中攪拌成漿，經(jīng)0.5 cm篩網(wǎng)過(guò)濾，并經(jīng)沉淀池沉淀后將泥漿中的大顆粒雜物如碎石、草根、枯枝等全部清除后倒入2 m3的儲(chǔ)漿池中備用。水泥黏土混合漿拌制是根據(jù)需要的配合比先將黏土原漿抽至灌漿攪拌桶中，之后放入相應(yīng)配比的水泥，最后再加入一定量的清水，攪拌均勻后即成待灌的混合漿液。純水泥漿液制作是根據(jù)水灰比先將水放至攪拌桶中之后再投入相應(yīng)的水泥，經(jīng)過(guò)攪拌機(jī)攪拌均勻后即成待灌漿液。

壩體土層采用1:3水泥黏土混合漿灌注，水灰比由稀到濃依次為2:1、1.5:1、1:1、0.8:1；壩基結(jié)合部采用1:1水泥黏土混合漿灌注，水灰比依次為3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1；基巖層采用純水泥漿灌注，水灰比依次為5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1。漿液濃度大小的變化應(yīng)根據(jù)試段地質(zhì)條件及滲漏情況而定。濃度大適用于強(qiáng)透水巖體，濃度小適用于弱透水巖體?？筛鶕?jù)壓（注）水試驗(yàn)值來(lái)初步確定，在實(shí)際工作中根據(jù)壓力變化情況和灌漿注入量來(lái)確定漿液的變換，漿液濃度應(yīng)由稀到濃逐漸變換[1]。

4.4.6 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)與封孔

灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：在灌段達(dá)到規(guī)定的壓力下，單位吸漿量不大于1 L/min時(shí)延續(xù)灌注60 min結(jié)束，或灌段停止吸漿時(shí)延續(xù)灌注30 min結(jié)束。封孔：采用全孔灌漿封孔法進(jìn)行封孔[2]。

5 灌漿試驗(yàn)成果分析與評(píng)述

5.1 完成工程量

本次試驗(yàn)共計(jì)完成試驗(yàn)孔一組，共計(jì)5個(gè)孔，完成鉆孔進(jìn)尺139.23 m，完成灌漿段長(zhǎng)139.23 m，灌漿注入水泥12 t，完成檢查孔2個(gè)，完成鉆孔進(jìn)尺56.08 m，完成壓水試驗(yàn)9段。

5.2 透水率與灌漿次序關(guān)系的分析與評(píng)述

統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)孔各次序孔透水率情況如表1所示。

表1 各次序孔透水率情況

由表1可以看出，試驗(yàn)孔的透水率值均不大，且都隨著灌漿次序的推進(jìn)而逐漸降低，巖層的透水率隨著灌漿次序的增加，而呈現(xiàn)明顯的遞減趨勢(shì)，符合正常的灌漿規(guī)律，說(shuō)明灌漿效果較好。

5.3 單位注入量與灌漿次序關(guān)系的分析與評(píng)述

統(tǒng)計(jì)各次序孔單位注入量如表2所示。

表2 各次序孔單位注入量

由表2可看出，各次序孔單位注入量隨著灌漿次序的增加而呈現(xiàn)顯著減少，符合灌漿規(guī)律[3]。同時(shí)也證明了壓（注）水試驗(yàn)資料準(zhǔn)確，滲透系數(shù)與透水率值與單位注入量成正比關(guān)系，符合客觀(guān)實(shí)際。

6 灌漿質(zhì)量與效果檢查

6.1 各次序孔灌前壓水試驗(yàn)檢查

各次序孔在灌漿前均作了壓（注）水試驗(yàn)，I序孔的壓水試驗(yàn)值準(zhǔn)確地探明了巖層在灌漿前的原始透水能力，滲透系數(shù)平均值Ⅰ序孔為43.15×10-5cm/s、Ⅱ序孔滲透系數(shù)平均值降為13.85×10-5cm/s、Ⅲ序孔滲透系數(shù)平均值則降為8.96×10-5cm/s，Ⅰ序孔透水率平均值為12.80 Lu、Ⅱ序孔透水率平均值為9.94 Lu、Ⅲ序孔透水率平均值為8.53 Lu。通過(guò)上述對(duì)透水率與灌漿次序的分析，可以看出經(jīng)過(guò)灌漿處理后，巖層的透水性逐漸降低，且隨著灌漿次序的推進(jìn)，至Ⅲ序孔時(shí)透水率值已趨近于防滲標(biāo)準(zhǔn)值，符合正常灌漿規(guī)律，說(shuō)明灌漿效果良好。

6.2 檢查孔壓水試驗(yàn)檢查

灌漿試驗(yàn)結(jié)束后，經(jīng)待凝14 d后開(kāi)始打檢查孔。該組試驗(yàn)孔布置檢查孔2個(gè)，J4位于鉆孔WM33～WM34孔中間，J5位于鉆孔WM35～WM36號(hào)孔中間。共開(kāi)展了12段壓（注）水檢查，壩土段采用鉆孔常水頭注水試驗(yàn)進(jìn)行檢查，滲透系數(shù)最大值為5.68×10-6cm/s，小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1.0×10-5cm/s；基巖段采用五點(diǎn)法壓水進(jìn)行檢查，透水率最大值為4.48 Lu，小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)10 Lu。說(shuō)明該部位壩體及壩基巖層，經(jīng)過(guò)灌漿處理后，其透水性降低，防滲性能大幅提高，達(dá)到設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)，已形成了防滲帷幕[4]。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)尋甸縣磨盤(pán)寺水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程大壩帷幕灌漿試驗(yàn)，得出以下結(jié)論。

（1）采用本次試驗(yàn)中所用的施工工藝、試驗(yàn)方法及灌漿程序和帷幕的布置形式（單排布置、2.0 m孔距），在WM33孔第3段灌漿及WM35孔第2段灌漿時(shí)，壩頂產(chǎn)生劈裂，寬度控制在2 cm，說(shuō)明采用該工藝進(jìn)行防滲帷幕灌漿是可行的，通過(guò)試驗(yàn)孔壓水試驗(yàn)表明，灌漿是可以將帷幕的防滲性能提高到小于10 Lu標(biāo)準(zhǔn)的[5]。

（2）在灌漿試驗(yàn)中所采用的水泥材料、漿液配比及濃度變換等，可以用于下一步灌漿工作。

（3）在施工中所使用的各型機(jī)械設(shè)備均能滿(mǎn)足施工要求，可以用于下步的灌漿工作。