常林河水库大坝帷幕灌浆质量检查及效果分析

2022-06-20张仕海李新华

小水电 2022年3期

张仕海，李新华

(云南省水利水电工程有限公司，云南昆明 650000)

1 工程概况

常林河水库位于云南省南部墨江哈尼族自治县县城西北部方向的常林寨，距县城44 km，距昆明348 km。坝址所处布龙河流域属李仙江水系布龙河的一级支流，常林河水库建在布龙河流域的核桃箐河与常林河两河交汇处下游约260 m。水库正常蓄水位为1 764.6 m，死水位1 727.7 m，总库容为1 378.1万m3，灌溉面积3.727 8万亩(1亩=1/15 hm2)，是一座专供农业灌溉用水的中型水库，工程等别为Ⅲ等。

常林河水库枢纽工程由大坝、溢洪道、导流输水隧洞、输水干渠组成。大坝坝型为粘土心墙风化石碴坝，坝顶高程为1 769.6 m，最大坝高69.3 m，坝顶长213.9 m，宽6 m。坝址河谷两岸岸坡较陡，一般为35°～45°。根据地质勘探和地质分析，坝址区存在坝基及绕坝渗漏问题，渗漏量大，必须进行帷幕灌浆防渗处理。通过查阅有关文献，水利水电工程中常存在绕坝渗漏问题，处理不当会造成蓄水后再进行补灌的后果，由此导致工程造价大大增加。因此，在蓄水前进行科学有效的帷幕灌浆防渗处理是十分必要的[1_7]。

2 灌浆布置

2.1 平面布置

灌浆轴线总长351.024 m，左坝肩向山体延伸80.41 m，右坝肩向山体延伸59.05 m。左岸0+026.084～0+131.684沿坝轴线单排孔布置，孔距1.5 m;河床段0+131.684～0+279.076为双排孔布置，孔、排距均为2.0 m，上下游帷幕轴线各距坝轴线1.0 m；右岸0+279.076～0+377.708沿坝轴线单排孔布置，孔距1.5 m。由于左岸工程地质条件较差，在总结灌浆情况并进行资料分析后，提出专题报告请示对左岸混凝土盖板及延伸段进行加密，对左岸0+026.684～0+130.184段进行上游侧补强加密，排距1.0 m，孔距1.5 m，钻孔编排JM_2～JM69。

2.2 帷幕深度

帷幕深度的确定以岩层透水率q≤5 Lu为相对隔水层，帷幕深入相对隔水层顶板以下5 m，为接地式帷幕。根据帷幕灌浆分期分序平面布置图，左岸0+026.684～0+130.184帷幕底界高程1 718.32～1 759.45 m，以实测孔口高程1 741.5～1 804.35 m计，钻孔深度20.73～74.88 m；河床段131.684～278.684帷幕底界高程1 694.27～1 727.53 m，以实测孔口高程1 730.91～1 739.58 m计，钻孔深度10.09～36.72 m。右岸0+280.208～377.708帷幕底界高程1 628.26～1 739.77 m，以实测孔口高程1 740.32～1 800 m计，钻孔深度11.38～63.13 m。

钻孔终孔深度不得小于设计孔深，并根据终孔段压水及灌浆情况结合监理工程师现场指示确定是否加深，以q≤5 Lu且吃浆量小为原则确定终孔深度。实际施工过程中，共加深34段，179.67 m，最大加深深度15.72 m。以岩石的透水率q≤5 Lu确定为相对隔水层，帷幕灌浆深度深入相对隔水层5 m。

3 灌浆质量检查及效果分析

3.1 灌浆质量检查

3.1.1 单孔单段验收

施工过程严格实行“单孔单段”验收制度。各施工流程由甲方代表、监理全程监督并现场签字认可，前一道工序合格后方能进入下一道工序施工，每一钻孔终孔前建设单位、监理单位和施工单位联合进行测深、测斜并现场签字。每一灌浆孔结束后，及时做好灌浆资料的整理工作，并作资料分析。每一单元灌浆结束后，及时填写单元工程质量验收单，并按单元工程质量评定标准，分析评价单元工程质量，报建设单位和监理部门审核签字认可。

3.1.2 检查孔布置

灌浆结束14 d后，按总孔数的10%布置检查孔进行灌浆效果检查。通过钻设检查孔，采集岩心，编录和照相，进行压水试验；根据透水率的大小和岩心中浆液结石的充填情况等指标，综合全面评价灌浆质量。

检查孔的孔位和压水压力由建设单位、监理、设计在分析灌浆成果资料的基础上，联合研究决定：左岸共布置17个检查孔，孔号ZJ1～ZJ17；河床共布置14个检查孔，孔号HJ1～HJ14；右岸共布置5个检查孔，孔号YJ1～YJ5；合计36孔，每个单元至少1个检查孔。

3.1.3 检查孔的施工

(1)检查孔的孔位严格按给定孔位确定。

(2)坝土钻进时干钻，基岩严格采用硬质合金或金刚石钻头钻进，不得采用钢粒钻进。每一试段灌前均进行严格冲洗，准确量取工作管长度；接头部位采用止水胶带密封，精心止水，保证止水效果。

(3)检查孔自上而下分段卡塞进行压水试验。压水试验采用“五点法”：在稳定的压力下，每3计读1次流量，连续4次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1 L/min时，试验即可结束。

(4)地下水位的测定：在钻至地下水位后，停歇6～12 h，再进行实测；达到稳定标准后采用最后观测值作为整个检查孔的计算水位。

(5)检查孔钻进严格控制回次进尺，回次进尺一般不超过1 m，控制钻速、水量、压力，保证岩芯采取率≥70%。

(6)整孔压水试验结束后，基岩部分采用水泥浆分段进行压力灌浆封孔，段长不超过10～20 m；坝土部分采用4∶1∶3、3∶1∶3(水∶水泥∶粘土)水泥粘土混合浆液进行自流式封孔。

(7)检查孔施工实行联检制：每一试段，管理局、监理部、设计及施工方联合对孔深、栓塞位置、地下水位、压水过程等全过程参与并对成果现场签字认可。联检制真实、准确反映检查孔施工情况，从而可以正确评价灌浆质量。

3.1.4 检查孔岩心观察

检查孔全部采集岩芯，进行编录和拍照。取芯观察，基础岩层主要为三叠系一碗水组下段青灰色、灰色、灰黑色上石英砂岩、泥岩，受岩性、构造裂隙、钻进工艺等因素的影响，检查孔上部取芯较破碎，多呈散沙状、碎块状，但越往深处，地层逐渐完整，体现出正常变化的规律。检查孔取芯中可见大量的团块状、脉状水泥结石充填，与围岩胶结紧密，结合情况良好；这说明灌浆过程中浆液得到了充分扩散，也反映出灌浆效果是良好的，防渗帷幕已经形成。

3.2 效果分析

通过对各排孔、各序孔原始资料进行统计分析，看是否符合灌浆规律来分析评价灌浆质量。遵循“没有比较就没有鉴别”的原则，双排孔先钻灌下游排，后钻灌上游排；每排孔先钻灌Ⅰ序孔，后钻灌Ⅱ序孔，再钻灌Ⅲ序孔逐渐加密施工。从透水率和单位注入量(kg/m)随着排孔序的增加而是否有规律性地随之递减，以及递减是否明显进行分析，来评价灌浆效果。

3.2.1 左岸

(1)排间递减分析

左岸下游排、上游排透水率为28.06→12.37 Lu，单位注入量为399→120.9 kg/m，分别递减55.9%和69.7%，均递减过半，表现出正常的灌浆规律；表明1.0 m的排距起到了加密的效果，灌浆效果良好(见表1)。

表1 左岸各排孔透水率和单位注入统计

(2)下游排透水率和单位注入量递减分析

左岸下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平均透水率分别为39.76→32.4→20.04 Lu，递减率依次为18.5%→38.1%，单位注入量为364.7→316.4→166.4 kg/m，递减率依次为13.2%→47.4%。透水率和单注依次递减，递减明显，符合灌浆规律；表明1.5 m的孔距起到了加密的效果，灌浆效果良好。

(3)上游排透水率和单位注入量递减分析

左岸上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平均透水率分别为13.07→11.46 →12.47 Lu,基本持平；单位注入量为203.7→115.5→85.0 kg/m，递减率依次为43.3%→26.4%。各序孔透水率基本持平而Ⅲ序孔较Ⅱ序孔稍大的原因是由于后序孔压水压力的提高，左岸地层对过大压水压力表现出的不适应性。单注依次递减，递减明显，符合灌浆规律。

3.2.2 河床段

(1)排间递减分析

河床段下游排、上游排透水率为15.88→11.63 Lu,单位注入量为90.9→78.1 kg/m，分别递减26.8%和14.1%，排间有所递减但单注均较小；反映出河床段地层的可灌性较差，地质条件较好，但2.0 m排距仍具有加密效果(见表2)。

表2 河床各排孔透水率和单位注入统计

(2)下游排透水率和单位注入量递减分析

下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平均透水率分别为12.22→29.96→9.55 Lu，Ⅱ序孔透水率和单注均突然增大，表现出异常。分析原因为：一是增大了Ⅱ序孔的压水和灌浆压力。二是河床段节理裂隙发育的局部集中性。三是混凝土盖板与基岩接触不密实的影响。通过Ⅱ序孔的灌注，Ⅲ序孔透水率和单注均有明显减少，这说明2.0的孔距具有加密的效果，灌浆效果是良好的。

(3)上游排透水率和单位注入量递减分析

上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平均透水率分别为13.57→18.69→6.86 Lu；单位注入量为82.3→112.6→57.3 kg/m。同样，Ⅱ序孔表现出异常，原因同下游排；但透水率和单注Ⅲ序孔较Ⅰ、Ⅱ序孔明显降低，上、下游排同序孔之间明显递减，上游排Ⅲ序孔的平均透水率为6.86 Lu,接近防渗标准5.0 Lu；说明2.0 m的孔排距是合理的，能起到加密的效果。

3.2.3 右岸

右岸单排孔Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平均透水率分别为7.41→6.45→2.63 Lu,递减率依次为13.0%→59.2%；单位注入量为467.0→296.3→94.8 kg/m，递减率依次为36.6%→68.0%。透水率和单注依次递减，递减明显，符合灌浆规律。Ⅲ序孔平均透水率为2.63 Lu,小于防渗标准5.0 Lu；说明1.5 m的孔距加密效果明显，灌浆质量是良好的，但也可看到“透水率小而单注量大”的现象出现，这是提高灌浆压力带来的影响(见表3)。

表3 右岸单排孔透水率和单位注入统计

随着孔序的加密，右岸单排孔透水率q<1 Lu的区间段数从Ⅰ序孔的7段增加至Ⅲ序孔的50段，频率由11.1%增加至42.0%；透水率q=50～100 Lu的区间段数由Ⅰ序孔的3段减少至Ⅲ序孔的0段，频率从4.8%减少至0%；透水率q>100 Lu区间段数Ⅰ、Ⅲ孔均未出现，Ⅱ序孔出现1段，为Y13孔第2段(2.6～7.6 m)，透水率为139.53 Lu；这也反映出裂隙局部发育的特点。单位注入量e<20 kg/m的区间段数由Ⅰ序孔的15段增加至Ⅲ序孔的69段，频率由23.8%增加至58.0%；单位注入量e=20～50 kg/m的区间段数由Ⅰ序孔的8段增加至Ⅲ序孔的17段，频率由12.7%增加至14.3%；e=500～1 000 kg/m的区间段数由Ⅰ序孔的6段减少至Ⅲ序孔的4段，频率由9.5%减少3.4%；e=1 000～5 000 kg/m的区间段数由Ⅰ序孔的10段减少至Ⅲ序孔的1段，频率由15.9%减少至0.8%。从以上可以看出，区间段数及频率变化正常，符合灌浆规律。

3.2.4 压水试验成果分析

检查孔压水试验是目前检验和分析灌浆效果最主要的方法。通过36个检查孔，151段压水试验资料(见表4)，q最大值3.9，最小值0.00，平均值0.87；q值除1段大于3.0 Lu(3.9 Lu)外，全部小于3 Lu；q<1 Lu的有93段，占总段数的61.6%，已过大半；q=1～3 Lu的有57段，占总段数的37.7%。压水试验分析成果说明，灌浆质量是良好的。