水利工程中帷幕灌浆施工技术的有效运用

2021-08-16黄磊栋

山西水利 2021年3期

黄磊栋

（广州坚磊建设有限公司，广东广州 510900）

在水利工程施工中，松软深厚的岩土地质工况比较多见，要确保工程的防渗性能，必须选择合适的灌浆防渗施工技术。传统的施工技术灌浆压力受限，均一性较差[1]，并且相关工艺难度较大，难以形成符合要求的防渗帷幕。现代帷幕灌浆施工技术，施工效率较高，工程质量好，无论是经济性还是高效性都要优于传统灌浆施工技术。

1 工程概况

某河流全长约170 km，流域面积约为3 165 m2，水库位于该河流的出山口位置，总库容约为1 700 m3，自水库大坝以上的流域面积约2 360 m2。工程设计为III等中型工程，大坝最高处为34.6 m，坝型设计为壤土斜墙土石坝。坝基基岩以红色泥质砾岩夹薄层泥岩为主，兼有少量灰白色砾岩夹泥岩。基岩弱风化的厚度大致在6～11 m，强风化的厚度大致在5～6 m，属于中等弱透水岩体，局部为强透水岩体。鉴于大坝所在位置基础岩土性质的特殊性，为确保坝体防渗效果，决定采用帷幕灌浆施工技术。

2 帷幕灌浆施工

2.1 施工方案

项目施工方案设计中，坝土与坝基采用帷幕灌浆施工技术，堵塞渗漏通道，确保大坝持久发挥蓄水作用，解决周边村镇居民生活、灌溉用水以及水生态用水需求。项目一期帷幕施工采用的是单排孔灌浆技术，孔间距1.5 m；二期帷幕施工采用双排孔灌浆技术，孔间距1.5 m，设计排距65 c m，两排桩呈梅花形布设。

2.2 施工设备

项目施工设备包括：地质钻、灌浆泵、高速制浆机、自动记录仪、排污泵、搅拌机、多级泵以及测斜仪等，如表1所示。

表1 施工机械设备表

其中，地质钻选用XY-2P C机型；注浆泵采用100 k W发电机组；记录仪采用G JY-6机型，其压力传感器精度为±0.5%FS，电磁流量的计量精度为±0.1%FS。

2.3 布孔

项目一期施工都采用单排孔，布置5个灌浆孔，1个检查孔，孔间距1.5 m，检查孔需要布置在两孔之间，处于帷幕灌浆的轴线上。二期施工的灌浆孔布置在一期灌浆孔下游位置，以梅花形布置，每5个灌浆孔，设1个检查孔，检查孔的位置在一期灌浆孔与二期灌浆孔之间。

2.4 钻孔

按照项目施工图纸给定的控制点，全站仪放孔定位后，测量孔口高程，孔位偏差不能超过10 c m，若遇到特殊情况，则需要经监理单位审核批准后才能进行钻孔施工[2]。灌浆孔为铅直孔，施工中要严格控制误差，钻孔深度以项目设计图纸为准，孔底深度误差要符合表2的标准。

表2 钻孔孔底允许误差

钻孔作业完成后，为取得灌浆压力准确值，确保灌浆效果，在灌浆作业前要开展注水试验，确定基岩的渗透系数，渗透系数计算公式：

式中：K——岩土渗透系数，c m/s；

Q——注入流量，L/m in；

H——试验水头，c m；

L——试段长度，c m；

R——钻孔半径，c m。

在注浆压确定后，采用五点法进行压水试验，确定透水率，透水率计算公式：

式中：q——透水率，lu；

Q——压入流量，L/m in；

P——该段全压力，M P a；

L——该段长度，m。

2.5 灌浆施工

一期施工中，为单排孔布置，按照从I序孔～III序孔的顺序逐个进行灌注。二期施工为双排孔布置，施工时先灌注靠近上游的灌浆孔，然后注下游灌浆孔，同一排孔采用隔一抽一的方式注浆。相邻注浆孔灌浆的高差不应低于15 m。

灌浆施工流程：造孔→钻孔冲洗→裂隙冲洗→五点法压水试验→灌浆→全孔灌浆结束→封孔。

3 关键性施工技术分析

3.1 钻孔工艺

钻孔施工环节是帷幕灌浆施工的关键性环节之一，成孔质量直接关系到灌注施工质量，为确保注浆固结质量，此环节要进行冲孔施工。

钻孔工艺采用清水钻进，由于钻孔过程中，粘土与冷却水混合后会形成浓度较高的泥浆附着在孔壁上，对水泥浆液压入基岩层以及扩散范围造成不良影响，因此选择清水钻孔施工工艺[3]。

采用钻孔冲洗工艺，对孔底的粘土以及沉淀物等进行冲洗，通过高压水流携带出孔外，同时及时对附着在孔壁上的泥浆皮进行冲洗，以便后续进行灌注施工。

在冲洗过程中，流量、压力以及冲洗时间都需要使用全自动记录仪进行记录。

3.2 压水试验

在确定灌浆系数，厘定灌浆压后，进行压水试验。通过压水试验计算出透水率，根据土层透水率，对帷幕灌注效果进行预测评估，以便在正式施工环节采取针对性措施。

根据透水率试验结果，为后续灌注施工做准备，确保灌注施工完成后，在覆盖层基岩中形成符合设计要求的防渗帷幕墙。

3.3 埋设孔口管

本项目选择在覆盖层的非灌浆段，埋设外径102mm，管壁厚度3 mm的钢孔口管，以限制水泥浆串流扩散空间，减少材料浪费，控制项目施工成本。

同时在灌浆施工前，为避免基岩帷幕钻灌施工过程中，有压水泥浆以及有压水流，对已形成的覆盖层帷幕抗渗结构造成冲蚀或者劈裂[4]，需要在完成覆盖层帷幕终孔灌注施工后，埋设外径95 mm，管壁厚度3 mm的钢孔口管，以阻断施工过程中产生的有压水流、冷却水以及有压水泥浆，对帷幕抗渗结构起到一定的保护作用。

3.4 限量灌浆

在灌注施工过程中，为避免水泥浆液因串流扩散造成浪费，施工现场需要严格控制水泥浆的扩散半径，不得超过2 m；各个灌浆孔单次的灌浆量不能低于3 t，同时复灌要控制在2次以下，最后1次复灌，必须采用低压、浓浆、限流、限量以及间歇灌注等措施[5]。其中，压力不得超过0.1 MPa；水泥浆浓度为0.5∶1；灌注流量控制在10～20 L/min；单次灌浆量不得低于3 t；灌浆间歇时间不得低于30 m in，确保灌浆作业质量严格符合设计要求，有效保障工程项目施工质量。