云南墨江山卡水库帷幕灌浆施工技术

2010-12-08张梦宇刘志强罗应培

黄河水利职业技术学院学报 2010年3期

张梦宇，刘志强，罗应培

（1.黄河水利职业技术学院，河南开封 475001；2.开封黄河河务局，河南开封 475000；3.云南省水利水电科学研究院，云南昆明 650228）

1 工程概述

云南墨江山卡水库位于云南省墨江县西南部鱼塘乡树林村境内的山卡河上游，距墨江县城78 km，是以灌溉为主，兼顾防洪和解决灌区人畜饮水的综合开发利用水库。水库控制径流面积为32.8 km2，总库容268 万m3，设计灌溉面积373.3 hm2，土坝坝顶高程1 459.00 mm，最大设计坝高31 m。

该水库于1965 年开始建设，1986 年全部竣工，建设工期21 年。由于各种原因，大坝在运行中出现浸润线上升，坝面渗水潮湿，坝身、坝基渗漏，大坝产生渗漏变形，大坝上、下游坝坡均不稳定，水库淤积严重等病险状况。为了大坝和下游人民生命财产的安全，有关部门采用帷幕灌浆对大坝进行除险加固处理。

2 防渗帷幕灌浆布置

2.1 帷幕长度和深度

防渗帷幕线全长176.5 m。根据山卡水库拦河坝帷幕灌浆防渗剖面图及施工设计要求，帷幕最大深度11.54 m。在实际施工中，由于地表高程的变化，在保持帷幕底界不变的情况下，根据实测孔口高程与相应孔底高程之差确定钻孔深度。

2.2 灌浆孔的布置

根据山卡水库拦河坝帷幕灌浆设计图，帷幕灌浆孔的布置按孔距分为1.5m 和1.0 m 两个区。孔距为1.5 m 的孔为:左岸0+001.5～0+34.5 的1#～23#孔、坝体段0+43.5～0＋82.5 的24#～44#孔、0+91.5～0+133.5 的s15#～s24#孔、0+143.5～0+176 的64#～86#孔，其余孔距为1.0 m。

3 灌浆施工技术及相关参数的选择

3.1 灌浆材料及配合比

3.1.1 灌浆材料

（1）水泥。工程采用的水泥为墨江县水泥厂生产的强度等级为32.5 的普通硅酸盐水泥。该水泥经水电十四局中心试验室试验，符合施工要求。（2）水。山卡河河水水质能够满足灌浆要求。在大坝导流洞上下游分设泵站，采用三级离心泵直接抽水至水池，再由水池供给各机组和灌浆点。（3）黏土。采用大坝左岸上游红土区土料，经水电十四局中心试验室试验，土质符合要求。

3.1.2 配合比

坝体段采用1∶2 水泥黏土浆、坝体及基岩接触带采用1∶1 水泥黏土浆、基岩采用纯水泥浆浆液进行灌注。水泥黏土浆的重量比分为4 级，分别为：水泥∶黏土∶水=1∶2∶4、1∶2∶3、1∶1∶3、1∶1∶2，纯水泥浆浆液水灰比（重量比）分为7 级，分别为：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1[1]。

浆液变换遵循以下6 个原则：（1）当灌浆压力保持不变、注入量持续减少时，或当注入量持续不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。（2）当某一比例浆液注入量已达300 L 以上或灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应提高一级浓度。（3）当注入率大于30 L/min 时，可根据具体情况越级变浓。（4）当灌前透水率大，或灌浆过程中地表出现冒浆，或灌注过程中压力突然下降、吸浆率增大时，可根据具体情况越级变浓或采用浓浆灌注。（5）如一次灌注单位注入量大于1 t/m 仍不能正常结束时，采用间歇灌注法，待凝结8～12 h 后，重新进行扫孔，由稀变浓、逐级灌注，直至正常结束。

3.2 灌浆方法和施工程序

坝土段采用自下而上分段充填式灌浆法、基岩段采用自上而下分段纯压式灌浆法施工，射浆管距段底小于0.5 m。各孔按照“先Ⅰ序、后Ⅱ序、再Ⅲ序”的原则，逐序加密施工。每一灌浆孔的施工程序为：钻孔定位、整平场地→钻进灌段→钻孔冲洗→压水试验→灌浆→钻进下一段→循环以上第二至第六步，直至终孔段（终孔测深、测斜、灌浆）→封孔→孔口标记、全孔结束。

3.3 灌浆段长

根据施工技术要求、工程地质条件等实际情况，对灌浆段长度确定如下：坝体段段长一般为5.0～10.0 m。接触带段长为3.0 m。基岩段段长一般为5.0 m，当岩层透水率小或灌注量小时，段长可适当延长，最长不超过8.0 m。

3.4 钻孔

钻孔孔位按照以下步骤确定：（1）根据帷幕灌浆孔设计图，用全站仪确定帷幕轴线。在帷幕轴线上确定控制点，并测出控制点桩号及高程。（2）采用自动安平水准仪精确测定孔口高程，用钢卷尺测量控制灌浆轴线里程。（3）根据钻孔里程，采用“内插法”，用钢卷尺量定钻孔孔位（孔位偏差不得超过10 cm）。孔位确定后，采用ZPC－150 型钻机硬质合金、金刚石或锋钢钻头回转钻进。坝体部分采用无泵反循环钻进或人工少许加水钻进。在基岩处，用套管隔离坝土后，采用清水循环钻进。坝体段一般以110 mm孔径开孔，终孔直径为91 mm 或75 mm，检查孔终孔直径不小于75 mm。为保证钻孔铅直，钻进前，应对正孔位、校正立轴，整平夯实场地；钻进时，应控制钻速和钻压。采用铅直度较高的钻具时，随着钻孔深度的增加，应及时更换较长的岩心管，以减少钻孔的偏斜量。在钻孔过程中，应及时填写钻孔报表，记录地层变化（如软弱夹层，变层等）情况，补勘基础地质情况，做到资料准确、可靠。

3.5 钻孔冲洗

钻孔时，每钻完一段，均应进行冲洗。冲洗可采用单孔冲洗法。钻孔冲洗压力应为该段灌浆压力的80%,若大于1 MPa，采用1 MPa。冲洗直至孔口返出清水10 min 为止，总的冲洗时间不小于30 min。孔底岩心和岩屑厚度不超过20 cm。

3.6 压水试验

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔灌浆前均应作简易压（注）水试验，以便了解基岩透水性。在施工中，应选择合理的起始水灰比或预测水泥用量，进行灌浆效果分析。检查孔压水试验应按设计要求进行，坝土及覆盖层段采用注水试验，基岩一般采用“简易压水”、“单点法”，必要时采用3 个压力阶段“五点法”进行。

土坝及覆盖层部分的注水试验采用量杯注水，2～3 min 测读一次流量，当流量稳定（2 次观测的流量之差不大于10%）时，结束试验，同时量测水头，以最终流量为计算流量。基岩段压水试验[2]应在裂隙冲洗后，根据监理指示进行。简易压水试验应在裂隙冲洗后，或结合裂隙冲洗进行。压水压力为灌浆压力的80%，如超过1.0 MPa，采用1.0 MPa。压水时间为12 min，每2～3 min 记录一次流量，取最后的流量作为计算流量，计算结果以透水率表示。 “单点法”和“五点法”压水试验按DL/T5148-2001 附录A执行。

压（注）水试验成果以透水率表示，并按下式计算：

式中：q 为透水率，Lu；Q 为压水流量，L/min；S为试验段全压力，MPa；L 为压水试验段长，m。

流量稳定标准为：（1）当流量大于5 L/min 时，连续4 次读数，最大值与最小值之差小于最终值的10%；（2）当流量小于5 L/min 时，连续4 次读数，最大值与最小值之差小于最终值的20%。（3）连续4次读数，流量均小于0.5 L/min。（4）简易压水试验计算流量的稳定时间为30 min。

3.7 灌浆过程控制

为提高灌浆效果，加快泥浆固结，保证灌浆坝体安全，灌浆不但要控制压力，而且要控制每次灌浆量。每次灌浆量的控制方法为：（1）确定防渗帷幕厚度，其中包括估计隐患所占体积。（2）计算每孔灌入的干土重（W干）。（3）根据孔深及灌浆序号，确定每孔灌浆次数。 Ⅰ序孔灌浆量占灌浆量60%以上，灌浆2～3 次，Ⅱ、Ⅲ序孔灌浆1～2 次。（4）每次灌浆量按下式计算。

式中：W干为每孔应灌入总干土重，t；R 为浆液的水土比（以水量为1 单位）；r浆为浆液密度，t/m3；n为每孔灌浆次数；Vn为每孔每次平均灌浆量，L/次。

在正常工艺下，灌浆控制原则为：（1）压力控制。对于初灌和复灌时不起压的钻孔，控制压力P0≤0.05 MPa。一般坝体灌浆压力不超过钻孔起裂压力和土柱自重力，折算为控制压力（用孔口压力表示）。根据灌浆试验，控制压力为0.05 MPa。（2）坝肩位移和坝顶裂缝宽度的控制。大量泥浆压入坝体，使坝体产生压缩和位移，灌浆时，坝肩位移最明显，为保证灌浆时坝体安全，一般位移控制在1～3 cm 内。（3）时间控制。为安全起见，灌浆时间选在低水位时，即在库水位低于坝体主要隐患部位或浸润线以下时进行灌浆。复灌时间不得少于规定天数。