浆砌石坝体内灌浆技术的探讨

2011-03-15王科

湖南水利水电 2011年3期

关键词：序孔漏浆砌石

王科

（宜章县水利局郴州市 424200）

龚高武谭勇

（湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司长沙市 410007）

1 工程概况

林子坪水库位于湖南省郴州市宜章县莽山国家森林公园内，枢纽工程由浆砌石重力坝、输水管道、坝后式电站等组成。最大坝高44.00m，坝顶宽5.00m，坝轴线长182.5 m，坝底宽35.00m，坝顶高程1266.03m，水库正常蓄水位为1265.03m，总库容为1032万m3，水库是以灌溉防洪为主，兼顾发电、养殖等综合利用效益的中型水利工程。

工程于1997年10月建成并投入使用。建坝时，由于施工工艺粗糙等种种原因，运行后，病险相继出现，2008年9月经相关单位安全评估为三类病险坝，列入除险加固工程。

2 坝体水文工程地质条件

根据钻孔揭露，坝体浆砌石块体为粉红色花岗岩，主要矿物有正长石、石英、及少量暗色矿物，其中块石多为弱风化，少数为强风化，结构松散。大多数块石间不见砂浆，连接不密实。砌石之间多呈松散堆积状态，钻进时，多数孔段无回水，压水试验时连水位均无法观察到，砌石间空隙多且大，连通性极好。前期安全评估时，现场测得坝体密度最小为1.76g/cm3、最大的仅2.12g/cm3，坝体空隙率极高，坝体漏水严重，水库不能正常蓄水。

3 坝体防渗灌浆设计

原设计坝体防渗灌浆孔为三排，排距1m,上游排在坝下0+000.1m处，下游排在坝下0+002.1m处，中间排在0+001.1m处，上、下游排孔距为2.0m，中间排孔距为1.0m，分三序进行施工，自孔深1m开始自上而下每5m一段进行灌浆，灌浆压力根据试验确定。灌浆水泥使用P.O42.5级普通硅酸盐水泥。防渗标准q＜5Lu。此外，防渗体后至坝址设计了孔、排距分别为3m的坝体固结灌浆孔。其他要求按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2001）执行。

4 防渗体灌浆施工技术探讨

4.1 防渗体灌浆生产性试验

（1）防渗体灌浆生产性试验技术要求。

根据设计要求，生产性试验安排在大坝左岸0+139～0+144m段进行。防渗体灌浆试验采用自上而下分段孔内循环灌浆方法，段长原则上5m一段，，但当钻孔回水消失，不受段长限制；灌浆压力：上、下游排（1～6）m，压力0.2 MPa；（6～16）m，压力0.4MPa；（16～26）m，压力0.6MPa；26 m以下0.8MPa；中间排（1～6）m，压力0.3MPa；（6～16）m，压力 0.6MPa，（16～26）m，压力 0.9MPa，26m以下 1.2 MPa；分Ⅲ序逐序施工。在各段规定压力条件下，当注入率小于1L/min时，继续灌注60min，灌浆结束；封孔采用导管将孔内余浆置换成为水灰比0.5∶1的浓浆，而后进行纯压式灌浆封孔。灌浆结束7天后，在试验区适当位置检查孔，进行钻孔取芯和压水试验检查，评价灌浆效果。

（2）防渗灌浆生产性试验施工。

按照防渗灌浆生产性试验拟定的施工参数和技术要求，完成试验灌浆孔11个，进尺162.78m，简易压水38段，灌浆段长151.78m，共注入水泥189.6t。检查孔1个，进尺15.5m，压水试验3段，压水试验结束后全孔灌入水泥400kg。

（3）施工时出现的特殊情况。

钻孔孔口回水情况：Ⅰ序排钻孔时全部没有回水，中间还有少量掉钻；上游排Ⅱ序孔及中间排Ⅲ序孔钻孔时上部段回水情况有所好转，有少量回水；到中间排Ⅲ序孔钻孔时回水有明显好转，但是在钻进过程中仍有某些部位仍然出现回水减少，甚至消失，说明坝体内空洞通过上、下游排Ⅰ、Ⅱ序孔灌浆后仍存在少数空隙未得到充分灌注。

灌浆段坝坡冒浆情况及处理：在灌浆过程中，出现多处漏浆现象。特别是刚开始对下游排Ⅰ序孔灌浆时，从下游坝坡不同高程处多达20余处出现冒水和漏浆。灌浆时，冒浆量较小处，随浆液水灰比变浓，漏浆点逐渐消失，按正常灌浆方式灌注至结束标准；当冒浆量较大，采取用水不漏和棉纱等材料嵌缝、地表封堵方法封堵，再采取低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法处理，灌至结束标准。

灌浆段大量吸浆情况及处理方法：由于坝体裂隙、空洞较多，结构较松散，导致灌浆过程中孔段吸浆量非常大，如下游排的Ⅰ序孔K21″、K23″孔，其分别灌注水泥59.5t和49.3t，平均单耗达到4.25t/m和3.18t/m。整个灌浆试验的平均单耗为1.25t/m。远大于设计的100kg/m。

（4）防渗灌浆生产性试验孔统计情况分析。

试验孔按排别、序次统计情况见附表。统计情况表明：

●先灌的下游排孔段平均耗灰量为2682.9kg/m,后灌的上游排孔段平均耗灰量为637.5kg/m，最后施工的中间排孔段为706kg/m。先灌的下游排耗灰量明显大于后灌的上游排和中间排，但上游排孔与中间排差别不大。说明先灌的下游排灌注充填浆砌石孔隙范围较远，已部分充填了上游排及中间排坝体内空隙。最后施工的中间排孔段仍有较大的灌入量；一方面说明灌入范围仍然较大，另一方面也说明上、下游排孔之间灌后仍然存在较大的灌注空间。

●下游排Ⅱ序孔较Ⅰ序孔减少较多，但在上游排和中间排孔段虽有所减少，但减少幅度不大。这种现象表明前期灌入的浆量仍未完全充填坝体空隙，是造成Ⅲ序孔仍有较大的灌入量的主要原因。这在后续Ⅲ序孔施工坝面仍有少量漏水、漏浆得到印证。

●从总体灌入量来看，11个试验孔151.78m灌段中共消耗水泥189.6t，平均单位注入量为1249kg/m。表明坝体空隙度高，可灌性强。坝体浆砌石空隙率达20%以上。

防渗灌浆生产性试验成果表明:浆砌石坝体孔隙率高透水性十分强烈，空隙间连通性好。这也是坝体灌入量大、可灌性强的主要原因所在。

附表坝体防渗灌浆生产性试验灌浆孔情况统计表

●质量检查：在灌后质量检查孔施工中，岩芯较完整，多呈短圆～长圆柱状，裂隙空洞均被水泥结石充填，胶结紧密；检查孔透水率分别为6.3，6.5，1.6Lu，第一、二段稍大于设计要求5Lu。

通过试验区11孔上、中、下三排防渗灌浆和检查孔及相关情况分析，坝体浆砌石缝隙已得到有效充填，灌后检查孔透水率虽稍大于设计要求，但通过后期两侧灌注和经有效凝固期后，能够满足设计要求。灌浆试验采用的施工参数基本有效，经补充完善后用于坝体防渗灌浆。

4.2 防渗体灌浆技术要求的补充

通过防渗灌浆生产性试验成果分析，结合灌浆过程中各种不同情况的处理结果，经深入总结探讨，对防渗体灌浆技术要求补充如下：

（1）灌浆材料。

防渗体灌浆上、下游排出现大量吸浆时添加细砂，要求洁净，含泥量＜3%。出现漏浆时掺加水玻璃，掺加比例为3%～5%。

（2）灌浆方法。

大坝防渗体灌浆上游排和下游排孔先自上而下用水泥砂浆进行充填灌浆，出现漏浆时掺水玻璃进行堵漏处理，再按防渗体灌浆要求，自下而上分段孔内循环灌浆方法复灌至结束标准。防渗体灌浆中间排采用纯水泥浆自上而下分段孔内循环灌浆方法进行灌浆。

（3）施工参数：段长原则上为5m，但当遇孔内钻孔回水消失，即停即灌，不受段长限制；纯水泥灌浆压力上、下游排（1～6）m，压力0.2MPa、（6～16）m采用0.4MPa，16m以下采用0.6MPa；中间排（1～6）m，压力0.3MPa，6m以下压力0.6MPa；充填灌浆当孔口无回水，采用掺加细砂10%～20%进行空隙充填灌浆，一旦出现坝外漏浆，结合掺加水玻璃进行，至孔内填满溢浆为止；浆液的水灰比，充填灌浆浆液一律为0.8∶1，掺砂量按20%左右进行；砂浆充填灌满至孔口返浆，充填灌浆结束。双液灌浆至漏浆现象停止，停止掺加水玻璃，再按纯水泥浆灌浆要求灌至结束标准。

（4）灌浆时地表冒浆处理：灌浆过程中，发现冒浆、漏浆，应先查明原因，根据漏浆量的大小，选用不同方法处理：

如漏浆量较小，按正常灌浆方式灌至结束标准；当漏浆量较大时，暂停灌浆作业，对灌浆影响范围内的廊道、坝坡、结构分缝等进行逐项检查并进行封堵处理后再恢复灌浆；恢复灌浆时，采取灌注水泥砂浆加水玻璃结合低压、限流、间歇、待凝等方法处理。

4.3 防渗体灌浆效果

防渗体灌浆按照设计布置和相关技术要求，施工完成钻孔364个，累计灌浆段长8161.08m，灌入水泥3942.5 t，单位注入量483.1kg/m，砂480t，水玻璃100t。防渗体灌浆施工完成后，综合效果表明防渗体灌浆质量良好，达到预定效果。

（1）单位注入量逐排逐序减少明显。先施工的下游排单位注入量914.7kg/m，上游排单位注入量643.0kg/m，后施工的中间排单位注入量193.1kg/m。序次上先施工的下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序单位注入量分别为1189.3，1073.3，691.4kg/m，上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序分别为952.9，648.8，481.1 kg/m，中间排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序分别为257.8，231.7，141.8kg/m，逐排逐序减少明显。

（2）浆砌石内空隙充填密实。坝体随机钻孔容重检测试验，坝体容重达到2.33t/m3。此外，溢流面开挖揭露，水泥结石已基本密实地充填在空隙中，钻孔岩芯多呈柱状，胶结良好。

（3）坝内防渗体检查孔压水试验透水率均＜5Lu,满足设计要求。防渗体灌浆完成14天后，施工检查孔37个，压水试验190段，透水率均＜5Lu，全部合格。