北川开茂水库帷幕灌浆生产性试验施工技术

史青松， 刘 炜， 李成斌

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

北川开茂水库帷幕灌浆生产性试验施工技术

史青松， 刘 炜， 李成斌

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

开茂水库地处岩溶发育地区，工程地质条件复杂。结合开茂水库左岸防渗帷幕灌浆试验施工过程及资料分析，介绍了施工过程中的心得体会，可为类似工程提供借鉴。

开茂水库；帷幕灌浆试验；岩溶发育；裂隙；工艺参数；施工技术

1 工程概述

开茂水库位于四川省北川羌族自治县安昌镇和永安镇，为水利枢纽工程。整个库区处于岩溶发育地区，左岸山脊工程地质条件尤为复杂，其山体相对单薄，左岸坝肩～王家湾一带岩溶十分发育，地下岩溶通道众多且彼此相互交错贯通，从目前已有资料分析，至少存在6个岩溶通道，岩溶规模较大，主要为管道型岩溶通道。水库中挡水坝最大坝高约56 m，其防渗体系累计长度为3 208．7 m，帷幕灌浆工程量约10万余m，最大灌浆孔孔深70 m。

2 实施帷幕灌浆试验的目的及场地选择

为验证帷幕灌浆底线高程设计的是否合理，以及编写适用于溶洞发育、大裂隙等特殊地质情况下的帷幕灌浆施工方案，经业主、设计、监理、专家、项目部等共同召开的咨询会达成意见，在左岸山脊岩溶发育地段新增两个帷幕灌浆试验区，以进一步验证帷幕灌浆施工工艺和施工参数，为大规模的帷幕灌浆施工创造条件。本次帷幕灌浆试验于2013年10月2日开工，至2013年12月17日完成所有试验区的钻灌和检查孔施工，共完成灌浆孔720．7 m，检查孔208．8 m。

3 灌浆试验的设计

3．1 帷幕灌浆试验孔位的布置方式

帷幕灌浆试验布置在防1+326～防1+369 (分为Ⅰ、Ⅱ两个区，Ⅰ区孔距1．5 m，Ⅱ区孔距2 m)，双排(排距1．2 m)，梅花形布置，两个区各布置帷幕灌浆孔10个(包括1个先导孔)，检查孔2个。

3．2 帷幕灌浆试验孔底线高程的确定

先导孔深入招标设计建议帷幕灌浆底线以下10 m(2段左右)，用于复核灌浆段地质条件，验证设计方案中的灌浆底线深度。对先导孔要求全孔取芯，取出岩芯并进行地质编录，以判断灌浆底线是否位于相对隔水层内。下游排灌浆孔深度根据先导孔情况确定，上游排灌浆孔深度为下游排对应灌浆孔深度的1/2。

4 帷幕灌浆的试验施工

4．1 钻孔施工

钻孔在盖板混凝土达到70%的设计强度后进行。钻孔采用XY－2型回转式钻机，先导孔、检查孔采用金刚石钻具清水钻进采取芯样，灌浆孔采用冲击式风动潜孔锤钻进。

4．2 钻孔冲洗及压水试验

钻孔完成后进行冲洗，直至回水清净，延续10 min结束，冲洗后孔内残留物沉积厚度不大于20 cm；灌浆前进行简易压水试验，压力为该段灌浆压力的80%，该值大于1 MPa时，采用1 MPa。压水20 min，每5 min测读一次压入流量，取最后的流量值作为计算流量。

4．3 灌浆施工

4．3．1 灌浆方法

试验孔灌浆方法:1．5 m孔距试验区采用“孔口封闭、孔内循环、自上而下分段”灌浆法；2 m孔距试验区采用“综合灌浆法”。

4．3．2 灌浆压力与灌浆分段

按照帷幕灌浆试验段技术要求，分段长度及灌浆压力见表1，后序孔的灌浆压力比前序孔提高10%或15%。

表1 试验区灌浆分段及灌浆压力表

4．3．3 灌浆水灰比及浆液变换原则

(1)灌浆浆液遵循由稀到浓的原则逐级改变，其水灰砂比(重量比)为5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0．8∶1、0．5∶1、0．5∶1∶0．15、0．5∶1∶0．3等8个比级。

(2)开灌水灰比根据灌前透水率确定，一般原则如下:

①当地层q≤5 Lu时，采用水灰比为5∶1的浆液开灌；

②当地层q值为5～10 Lu时，采用水灰比为2∶1的浆液开灌；

③当地层q≥10 Lu时，采用水灰比为1∶1的浆液开灌。

(3)灌浆时，当灌浆压力保持不变、吸浆量均匀减少时或当吸浆量不变而灌浆压力均匀升高时，灌浆工作必须持续下去，不得改变水灰比。

(4)浆液水灰比的变换原则，当某一级水灰比的浆液已灌入300 L以上或灌注时间达30 min以上，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，则改浓一级灌注。

(5)当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浆。

4．3．4 灌浆结束标准

帷幕灌浆结束标准依据DL/T5148—2012《灌浆规范》:一般情况下，当灌浆段在最大设计压力下、注入率不大于1 L/min后，继续灌注30 min即可结束灌浆。

4．3．5 封 孔

全孔灌浆完毕，先采用导管注浆法将孔内的余浆置换成水灰比为0．5的浓浆，而后将灌浆塞塞在孔口，继续采用这种浆液进行纯压式灌浆封孔，封孔灌浆的压力使用最大灌浆压力，灌浆持续时间不应小于1 h。

4．3．6 特殊情况的处理

(1)帷幕灌浆试验中出现的异常特殊现象主要为钻进时塌孔卡钻，夹泥、不返水或返水较小、返水呈黄色等；灌浆过程中有冒、漏浆、灌浆量大、无法加压等现象出现。

(2)对于灌浆过程中地面岩石裂隙有冒、漏浆的情况，对冒、漏浆点进行了封堵，均采取低压限流、间歇循环灌注，当灌注砂浆在一定量后，如流量和压力均未有明显变化时采取待凝8 h以上再继续灌浆的措施，依此循环直至正常灌注结束。

(3)对于在灌浆过程中灌浆量大、无法加压的情况，主要采取低压、限流、限量、灌注砂浆的方式；若达到限量标准时流量和压力均未有明显变化，则采取待凝后复灌的措施，依此循环直至正常灌注结束。

5 帷幕灌浆试验成果分析

5．1 水泥注入量成果分析

5．1．1 水泥注入量递减关系分析

(1)各次序孔单位注入量成果见表2。

表2 左岸山脊试验区各次序孔单位注入量成果汇总表

(2)对表2进行分析发现:

①Ⅰ区下游排各序孔平均单位注入量关系:Ⅰ序孔＞Ⅲ序孔＞Ⅱ序孔；Ⅰ区上游排各序孔平均单位注入量关系:Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔。下游排随孔序的加密单位注入量递减不明显，主要是由于在施工WRI－1－2第四段时(11～16m)钻孔返红褐色泥土并遇到溶蚀型裂缝，该段注灰量较大，达到2 995．22 kg/m。总体来说，各次序孔的单位注入量随灌浆孔序的加密而逐渐减小，符合帷幕灌浆规律。

②Ⅱ区下游排各序孔平均单位注入量关系:Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔；上游排各序孔平均单位注入量关系:Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔。表中数据表明:随着孔序的加密，后序孔的注灰量有明显降低的趋势，符合帷幕灌浆规律。

③Ⅰ区和Ⅱ区下游排平均单位注入量＞上游排平均单位注入量，反映出随着排序的增加水泥注入量呈逐渐降低的趋势，符合帷幕灌浆规律。

5．1．2 水泥注入量频率区间成果分析

(1)各次序孔单位注入量频率成果见表3。

表3 左岸山脊试验区各次序孔单位注入量频率成果汇总表

(2)对表3进行分析可以看出:

①对Ⅰ、Ⅱ试验区注灰量进行统计分析可以看出:随着灌浆孔、排序的增加，大耗灰量的孔段逐渐减少，各次序的单位注入量随灌浆孔排、序的加密其注入量逐渐减小，符合灌浆规律。

②Ⅰ区单位注入量大于1 000 kg/m的17个孔段全部集中在下游排；Ⅱ区单位注入量大于1 000 kg/m的15个孔段也集中在下游排。数据表明:大耗浆段主要集中在下游排孔段上，随着灌浆施工的深入，后序孔与后序排的大耗浆段逐步减少直至没有，符合一般灌浆规律。

③幕体中较大的水泥耗量主要出现在溶蚀部位，两个试验区中单位注入量大于1 000 kg/m的32段占灌浆总段数的18．3%，但灌入水泥量占64．5%，充分反映出试验区岩溶较发育的特点。

④总体来看，不论是在Ⅰ区，还是在Ⅱ区，先灌孔和先灌排逐步加密灌浆后，与灌浆孔贯通的基岩裂隙、渗浆通道逐步被水泥浆液充填，基岩的可灌性逐步降低，后灌孔和后灌排的水泥注入量相应减少，各次序和排序之间的注入量频率区间递减符合灌浆的一般递减规律，一定程度上证明了灌浆的效果良好。

5．2 不同压力、孔距灌浆效果分析

对两个试验区检查孔压水试验成果进行对比分析可以看出:只有试验Ⅰ区(孔距1．5 m、最大灌浆压力2 MPa)双排帷幕范围内能满足设计防渗要求，说明在不同孔距、不同灌浆压力下灌浆效果有一定区别。

5．3 双排帷幕深度分析

本次帷幕灌浆试验上游排灌浆孔深度为下游排深度的1/2。根据灌后检查孔压水试验成果，两个试验区在单排帷幕范围内透水率均出现大于设计指标(q＜5 Lu)的孔段。试验证明:在岩溶发育地段采取单排的布孔方式难以形成高质量的帷幕。

6 结 语本次灌浆试验成果表明:所采用的孔位布置方式、灌浆材料、灌浆参数、结束标准等能够很好地满足岩溶及裂隙发育地区的帷幕灌浆施工质量和进度要求，可供类似工程借鉴。

TV52;TV543;TV44;TV7;TV522

B

1001-2184(2015)05-0013-03

史青松(1975-)，男，内蒙古赤峰人，基础工程分局副分局长，高级工程师，学士，从事水利水电基础工程施工技术与管理工作；

刘 炜(1982-)，男，四川南充人，工程师，从事水利水电基础工程施工技术与管理工作；

(责任编辑:李燕辉)

2015-08-25

李成斌(1989-)，男，甘肃天水人，助理工程师，从事水利水电基础工程施工技术与管理工作．