某水库除险加固中大坝帷幕灌浆施工技术分析

2023-05-25谭会平

河南水利与南水北调 2023年4期

谭会平

（贵州省毕节市勘测设计研究院，贵州毕节 551700）

1 工程概况

杨湾桥水库坝址以上集雨面积为97.40 km2。主河道长11.20 km，河床平均比降7.70%，流域地处北亚热带，属中亚热带湿润季风气候流域内地表径流主要来自降雨，但降雨时空中分布不均，大多集中在每的5～9月，降雨量占全年降雨总量的70～80%，多年平均降水量为950 mm。流域内森林履盖率低，林地面积占总面积的10%左右，土地稀薄，质地松散，易于流失，属强度水土流失侵蚀区。本次除险加固设计水库正常蓄水位为2 188.00 m，总库容1 877万m3，兴利库容1 434万m3，死库容311 万m3，校核洪水位2 188.30 m（P=0.10%），设计洪水位2 188.00 m（P=2%）。根椐《水利电力工程等级划分及洪水标准》，杨湾桥水库为中型水库，工程等别为Ⅲ等，大坝、溢洪道为3级建筑物，是一座以人、蓄饮水为主兼灌溉的中型水库。

2 大坝帷幕灌浆工程施工技术

2.1 工程布置

大坝工程帷幕灌浆集中在大坝轴线上游50 cm 处，全长580 m，孔距2 m，孔数290个，灌浆孔径φ75 mm。

2.2 主要施工方法

①大坝帷幕灌浆按照先导孔→帷幕孔→质量检查孔施工顺序施工，帷幕孔分三序逐渐加密；工程帷幕钻孔灌浆施工按工艺要求执行。②采用X-2PC 型地质回转钻机造孔，孔位偏差均控制在10 cm内；采用KXP—1型测斜仪进行全孔测斜，每6 m段长可测斜一次，钻孔偏斜控制在规范允许范围内。③根据工程实际情况及设计要求，钻孔孔径执行标准：大坝帷幕灌浆钻孔孔径均为Φ75 mm，严格按照设计高程控制钻孔。

2.3 钻孔、裂隙冲洗及压水试验

灌浆到钻孔及裂隙冲洗，达到孔内沉积厚度≤20 cm，裂隙回水清净，冲洗压力可为灌浆压力的80%，若该值大于1 MPa时采用1 MPa。先导孔应自上而下分段进行压水试验。

帷幕灌浆按Ⅲ序施工，为防漏灌一般在已灌段段底以上0.50 m处塞上灌浆塞，孔口皆可不待凝。灌浆除断层、破碎带等地段宜待凝外，孔口无涌水。灌浆压力根据试验或经验确定后，在灌浆过程中在进行调整。灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。

2.4 先导孔施工

结合坝基近坝库岸岩体完整性、断裂发育情况等，按照设计要求将帷幕灌浆孔ZK3#、ZK11#……ZK275#、ZK283#设为先导孔。先导孔压水采用自上而下逐段压水，先导孔采用自下而上分段灌浆施工工艺，采用自下而上灌浆的除第一段与最后一段皆采取5 m段长灌浆。压水实验成果及先导孔灌浆成果详见表1。

表1 先导孔灌浆、压水成果表

根据先导孔灌浆成果统计，灌前透水率压水统计共计206段，q≤5 Lu计49段，5 Lu＜q≤10 Lu计42段，10 Lu＜q≤50 Lu计114段，50 Lu以上计1段，灌前压水透水率q最大段76.10 Lu，q最小段0.60 Lu，q平均值9.47 Lu；基岩透水率5 Lu以上共计157段，占先导孔压水段数的76.21%，说明基岩具备可灌性；先导孔基岩注浆最大段平均注入量121.83 kg/m，最小段平均注入11.58 kg/m（由于此先导孔已经在大坝主体工程之外），平均注入量为60.52 kg/m，说明岩石裂隙较大，吃浆量较大。先导孔最后一段透水率基本小于设计帷幕防渗标准值（q≤5 Lu），表明帷幕设计孔深合理，符合土石坝灌浆地质特性，帷幕下限线以下岩石已无灌浆必要。

2.5 帷幕孔施工

大坝帷幕灌浆严格按照布孔——钻孔——洗孔——量孔——灌浆——封孔的工艺流程进行施工。

大坝帷幕灌浆施工采用5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.80∶1，0.50∶1共计6 个比级，灌浆压力为0.40～1.00 MPa,初始灌浆压力为0.40 MPa，每增加15 m 灌浆压力增加0.20 MPa,最大灌浆压力不超过1 MPa。

工程帷幕灌浆自上而下灌浆的除第一段与最后一段皆采取5 m 段长灌浆；灌浆采用由稀到浓标准执行，当灌前压水试验（或简易压水）透水率＞100 Lu时，直接采用3∶1浓浆开灌，当灌前透水率q＜100 Lu 时，采用5∶1 浆液开灌，按照技术规范和设计，当灌浆压力达设计值，注入量＜0.40 L/min 及延续30 min后灌浆结束。当单孔全部灌浆结束后，采用机械压浆置换法封孔，封堵水泥浆比级为0.50∶1浓浆。帷幕灌浆单元注入量与灌浆次序之间的关系见表2。

表2 单元注入量与灌浆次序关系表

2.6 帷幕检查孔施工

工程共计290孔，质量检查孔为29个。帷幕检查孔施工在灌后7 d以后开始施工，压水采用自上而下分段压水。钻孔取芯在本段压水前完成，取出的岩芯按自上而下有序排列，用红漆对＞5 cm 的岩芯编号，以带分数表示，检查孔压水合格后即进行灌浆封孔，封孔灌浆采用压力灌浆封孔法。

3 帷幕灌浆成果分析

3.1 注入量关系分析

3.1.1 平均注入量递减百分比

先施工的先导孔平均单耗注入量62.30 kg/m，Ⅰ序孔平均单耗注入量53.20 kg/m，Ⅱ序孔平均单耗注入量26.10 kg/m，最后Ⅲ序孔平均单耗注入量22 kg/m，大坝帷幕灌浆单位注入量40.90 kg/m。先导Ⅰ序平均注入量递减14.60%，先导Ⅱ序平均注入量递减58.10%，先导Ⅲ序平均注入量递减64.70%；ⅠⅡ序平均注入量递减50.90%，ⅠⅢ序平均注入量递减58.60%，ⅡⅢ序平均注入量递减15.70%。

3.1.2 各单元平均注入量极值

各单元先导孔平均单位注入量最大的是YWQSK-C-2 单元86.50 kg/m，Ⅰ序孔平均注入量最小的是YWQS-C-1 为18.90 kg/m；各单元Ⅰ序孔平均单位注入量最大的是YWQSKC-3 单元77.60 kg/m，Ⅰ序孔平均注入量最小的是YWQS-C-1为19.30 kg/m；各单元Ⅱ序孔平均单位注入量最大的是YWQSK-C-2 单元30.20 kg/m，Ⅱ序孔平均注入量最小的是YWQS-C-1为19.10 kg/m；各单元Ⅲ序孔平均单位注入量最大的是YWQSK-C-2 单元24.20 kg/m，Ⅲ序孔平均注入量最小的是YWQSK-C-5为18.50 kg/m。

3.1.3 各单元单耗递减规律

各单元Ⅱ序孔较Ⅰ序孔单耗明显下降；其中ⅠⅡ序递减最大的是YWQSK-C-3 单元，递减了62.40%；递减最小的是YWQSK-C-1单元，递减了1%；灌浆次序与注入量关系符合大坝地质条件情况，表明通过Ⅰ序孔灌注后效果明显，Ⅱ序、Ⅲ序孔吃浆量规律呈下降趋势；单位注入量呈逐序减小趋势，表明大坝基岩岩体裂隙发育，可灌性较好，布孔间距基本合适。

3.2 灌后检查孔压水分析

按设计要求，本工程大坝帷幕灌后压水检测透水率标准为不大于5 Lu。灌后大坝帷幕各单元共检查29 孔，压水144 段；检查孔最大段透水率q=3.80 Lu，最小段q=0.40 Lu，透水率q≤1 Lu 为26 段，占18.10%；透水率1 Lu＜q≤5 Lu 为118 段，占81.90%。灌后质量检查帷幕灌浆施工质量满足设计要求。