浅谈石漫滩水库大坝帷幕灌浆施工技术措施

2018-01-31高省锋袁萧丽姜靖超

治淮 2018年8期

高省锋袁萧丽姜靖超

一、工程概况

石漫滩水库位于河南省平顶山市舞钢市境内的淮河上游洪河支流滚河上，控制流域面积230km2。原水库始建于1951年，1975年8月因遭遇特大暴雨洪水垮坝失事。水库复建工程于1993年9月开工，1998年1月竣工并投入运行。大坝为全断面碾压混凝土重力坝，总库容1.20亿m3，最大坝高40.50m，坝长645m。水库经多年运行，存在的主要问题有：坝体层间结合面及廊道周围局部混凝土质量较差，坝体混凝土裂缝严重。存在多条贯穿性裂缝，裂缝及分缝处射水和漏水；廊道渗漏明显且析出物较多，坝体渗漏量增加明显。2012年8月，被鉴定为三类坝。

水库除险加固工程主要施工项目有：增设上下游混凝土防渗面板，增加基础防渗帷幕灌浆，对坝体裂缝进行灌浆处理，对廊道周边补强灌浆，对廊道碳化混凝土进行修复处理，对桥头堡及启闭机房进行拆除重建，新建坝区管理房，对部分监测设备进行完善等。

二、灌浆施工地质条件

石漫滩水库位于低山丘陵区。左岸山脉走向与库岸基本一致，山顶高程200～250m，呈单斜构造。南坡由石英岩组成，相对较陡，北坡为页岩组成，山势平缓。约在高程125～130m以下发育坡积、残积物和二三级阶地，沿库岸冲沟不甚发育。右岸山势浑厚，山顶高程240～300m，库岸相对曲折。石漫滩水库坝基为石英砂岩或石英岩，岩石硬度较大。帷幕灌浆区覆盖层厚约20～128m左右，主要为混合土碎块石、碎块石混合土、冲积卵石混合土和冰水积卵石混合土，其中冰水积卵石混合土厚约30～100m。大坝河槽段 0+23m～0+158m为强透水区，主要集中在粗安岩地层中。地层不均一，地质条件复杂，粗安岩地层中不规则分布有极强透水层，给大坝帷幕灌浆造成极大困难。

三、帷幕灌浆设计方案

坝基帷幕灌浆为石漫滩水库除险加固工程的一部分，此次帷幕灌浆加固工程设计在新浇筑的坝前趾防渗面板上进行，平行于坝轴线形成单排帷幕，范围为左岸桩号0+000.00～0+193.0，右岸桩号0+000.00～0+452.0，长度645m，由于坝基岩石裂隙发育，相对隔水层埋藏深，渗流控制考虑到各种因素，设计在坝基中做单排悬挂防渗帷幕。设计要求在坝前前址轴线上布置帷幕灌浆孔，钻孔孔径Φ91mm，孔间距为2.0m，孔深15～40m不等，灌浆采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1 等 5 个比级，浆液容重为11.3～15.7kN/m3，粘度达到30s以上，灌浆浆液浓度由稀到浓逐级变换，开灌水灰比5∶1。首段灌浆压力为0.50MPa，以下逐段以0.20MPa的梯度增加，最大灌浆压力不超过2～2.50MPa，严格控制时间、深度、段长，测定浆液密度，检测管路是否畅通，压力表性能确定灌浆参数。灌浆采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥。分三序施工，灌浆后要求达到透水率q〈5Lu。

四、帷幕灌浆施工方法

1.帷幕灌浆孔的分序

帷幕灌浆采用单排帷幕，在防渗面板前址中预埋灌浆管，在混凝土浇筑前用钢筋固定，采取措施防止预埋管倾斜，当预埋灌浆管与钢筋或伸缩缝冲突，对相应及相邻的预埋管位置做适当调整，帷幕孔轴线距防渗面板前址上缘0.80m（19#坝段距离前址上缘1.3m），造孔分三序进行，先疏后密。

2.帷幕灌浆孔钻孔

帷幕灌浆孔采用KG010BD露天潜孔钻车造孔，钻孔孔径Φ91mm。钻孔位与设计位置的偏差不大于10cm，以保证相邻两灌浆孔之间所形成的防止渗浆体帷幕能够衔接良好。

3.裂隙冲洗

采用孔口敞开，孔底导水法冲洗。

4.阻塞

灌浆采用自上而下孔口封闭、纯压式分段灌浆。

5.灌浆

帷幕灌浆按分序加密的原则进行，一般采用自上而下灌浆法，灌浆段长度首段2.00m，以下管段5～6m，具备一定条件时可适当增加长度不大于10.00m。在地质条件好、岩石完整地段采用自下而上的方式进行灌浆。

（1）阻浆：在坝前址混凝土预埋的钢管上安装孔口控制器或在钢管内卡阻浆塞。

（2）水灰比：灌浆采用 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1 等 5 个比级。浆液容重为11.3～15.7kN/m3，粘度达到30s以上，灌浆浆液浓度由稀到浓逐级变换，开灌水灰比5∶1。

（3）变浆：灌浆浆液由稀到浓逐渐变换，变浆标准为某一比级浆液注入量达300L以上，或灌浆时间已达0.5h，而灌浆压力和注入率均无显著变化时，变浓一级；当注入率大于30L/min时，可越级变浆。

（4）终孔标准：在规定压力下，注入率小于1L/min，继续注30min或不大于1L/min时，继续灌注90min，灌浆结束。

6.灌浆压力及控制

首段灌浆压力为0.50MPa，以下逐段以0.20MPa的梯度增加，最大灌浆压力不超过2～2.50MPa，严格控制时间、深度、段长，测定浆液密度，检测管路是否畅通，以压力表性能确定灌浆参数。

7.灌浆材料及制供浆

（1）水：灌浆用水符合拌制水工混凝土用水要求

（2）水泥：采用新鲜的同一强度等级的水泥。灌浆采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥。

（3）灌浆浆液采用现场临时简易制浆站集中拌制（湿法制浆），水泥浆自制浆站至灌入孔内时间不超过4h，否则要弃用。

8.封孔

由于该工程深度较浅且灌浆前后孔口没有涌水现象，选择导管注浆法进行封孔，封孔浆液浓度为0.5∶1。

9.灌浆检查孔技术要求

（1）检查孔压水试验应在该部位灌浆结束14d后进行。

（2）检查孔部位由现场监理工程师根据具体情况确定，为方便钻孔，防渗面板前址对应检查孔处预埋管，检查孔检查结束后进行灌浆和封孔。

（3）压水方式采用简易压水试验。压力和压入流量达到“稳定标准”，可结束压水试验工作，取最终值作为计算值。

（4）检查孔压水试验结束后，按帷幕灌浆技术要求进行灌浆和封孔。

（5）灌浆孔的封孔质量采用抽样检查方式进行。对检查不合格的重新进行灌浆，另在该孔两侧加作检查孔，以此类推，直至合格为止，并对不合格段灌浆孔全部返灌。

（6）灌浆质量压水试验检查，透水率值不大于设计值（5Lu），各孔压水试验合格率在90%以上，且不合格点分布不集中，灌浆质量可认为合格。

五、帷幕灌浆施工中遇到特殊地基采取的措施

帷幕灌浆工程施工按照土石坝帷幕灌浆规范的标准和设计要求进行控制，但由于地层的特殊性，施工中出现了不少特殊问题，采取了不同的工程措施进行处理，取得了较好的效果。

（1）帷幕灌浆设计轴线在大坝前址板上，由于工期紧，要求汛前面板浇筑完成，达到蓄水条件，灌浆施工和面板浇筑交叉作业，局部垫层浇筑完成后即进行帷幕灌浆。在灌浆施工中，由于岩层破碎，灌浆孔距混凝土垫层边沿局部不足1m，厚度仅1～2m，垫层和岩层接触面和附近岩层内冒浆现象较为严重，采用间隔待凝、减压、加浓浆液比重等措施处理。首段灌浆完成后，进行下一段灌浆时，随着灌浆压力逐步增大，已按要求灌浆完成的首段又出现破坏，造成循环反复，施工中采用先固结、后帷幕的方法，延长水泥凝结时间，增加首段强度，固结孔布置在帷幕灌浆孔上游侧0.5m处，与灌浆孔呈梅花形布置，间距2m，孔深深入基岩2m。在时间紧迫无法固结的情况下，首段灌浆完成后采用特种水泥预埋钢管，同样取得了较好的效果。

（2）由于大坝上游临时围堰蓄水，河槽部位灌浆孔口高程比上下游水位低20m，属于基坑内灌浆，压力水透过岩石，钻孔过程中涌水孔口，局部还存在承压水，对灌浆施工造成一定的困难，在施工中主要采取缩短灌段长度，适当增大灌浆压力，利用孔口封闭器将孔封死，孔内水泥凝固后方取下孔口封闭器，以防止涌水对灌浆浆液造成破坏。为解决灌浆时间过长出现埋插管的问题，在灌浆时还采用了塑料管前端加钢制导向管下入孔底进行灌浆和封孔，但该法只能在最后一段才能应用。

（3）11#、12#坝段位于河道中心位置，基坑该部位地势最低，垫层下部破碎严重，碎石开挖已超过坝基，为保证大坝安全，避免坝基下部掏空，在不影响基础安全的情况下进行了垫层浇筑施工，但帷幕灌浆施工时，无法成孔，造成超过接触面1～2m，钻杆拔出后，灌浆插管只能下至接触面，经过反复造孔、灌浆，混凝土垫层下悬空面越来越大，无法造孔，不具备灌浆施工条件。施工中采取了从两端向中间合拢的方法进行灌浆，从下部加压渗透的浆液逐步向中间扩散，凝固后再进行造孔，取得了不错的效果，但这种方式需要的时间较长。

（4）17#、18#坝段石英砂岩以下 20m处有一破碎带，破碎带内含泥量大，水势较大，灌浆施工在设计压力作用下，吃浆量达到70L/min，增大浆液浓度，不见吃浆量减小，由于泥层较软，压力作用下，一直顺裂隙走向推进，在该段采取缩小灌段长度、增大浆液浓度、减小灌浆压力、多次复灌等措施进行处理，最终达到了灌浆应有的效果。

（5）石漫滩水库地层裂隙发育、破碎严重，缝隙之间渗透性差，施工中采用了稀浆施灌，以便使浆液在压力作用下走得更远，质量更容易保证。