汾河二库帷幕灌浆施工技术探讨

曹吉革

（山西省汾河二库管理局，山西 太原 030012）

1 工程概况

汾河二库位于太原市尖草坪区与阳曲县交界的悬泉寺，上游距汾河水库80 km，下游距太原市区30 km。是汾河上游干流上一座以防洪为主，兼有供水、发电、旅游养殖等综合效益的大型水利枢纽工程。坝址控制流域面积2348 km2，原设计多年平均入库径流量1.45亿m3，多年平均入库沙量560万t，水库总库容1.33亿m3。正常兴利水位905.70m，设计洪水位907.32m，校核洪水位909.92m。

坝址位于悬泉寺倾伏背斜的南倾伏端，该背斜长不足千米，轴向 NE3°，倾伏角 3°～4°，背斜东翼地层产状 25°～40°/SEL3°～8°，西翼地层产状 290°～320°/SEL3°～5°，坝址距下游背斜轴部约350m。

坝址河谷两岸边坡下部陡立，上部较为开阔，河床为26～28m的砂砾石覆盖层。坝基两岸为奥陶系下统白云岩和泥质白云岩。坝址基岩面的地层为：奥陶系下统冶里组底部，厚3m左右，分布高程为829～833m，开挖时已全部清除；寒武系上统风山组上部地层，由上至下为3层。

2 帷幕灌浆施工过程

2.1 帷幕灌浆目的

汾河二库大坝坝基布置封闭式抽排系统，具体措施为：在坝体上下游地基中各设一排防渗帷幕，在坝底横向廊道和上下游纵向廊道中设坝基排水孔，将坝基渗水排入廊道，由廊道将渗水集中到集水井，并设水泵抽出坝外，以达到降低坝基扬压力的目的。上下游防渗帷幕均布置为单排。

2.2 施工工艺

灌浆试验工艺：观测孔施工、灌浆孔施工、检查孔，灌浆孔按Ⅰ序孔，Ⅱ序孔，Ⅲ序孔施工。

灌浆孔单孔施工过程：钻进覆盖层及第一段（压水试验、灌浆），镶嵌孔口管（待凝72 h），钻进第二段（压水试验、灌浆），依次循环直至全孔灌浆结束封孔。

2.3 钻孔

钻孔采用XY-2PC型地质钻机，帷幕灌浆孔开孔孔径91 mm；钻孔孔径选用75 mm和60 mm两种；压水检查孔孔径75 mm；抬动观测孔孔径91 mm。

与设计孔位偏差通常不大于10 cm的是帷幕灌浆孔的开孔部位，孔位需进行变更，并得到监理工程师许可。帷幕灌浆孔在开钻前采用水平尺将钻机找平垫稳，并用地锚将钻机固定。

先导孔和检查孔均应采取岩芯，岩芯经地质人员描述后保留50%（按孔数计）。在完整的岩石中，采用单管钻具取芯；在断层、破碎带孔段，采用双管单动钻具和其他先进技术取芯，依照取芯程序统一编号，填牌装箱，并绘制钻孔柱状图以及实施岩芯形状、拍照。

钻孔时，必须对孔内各种情况做认真详细的记录，记录内容包括混凝土厚度、涌水、漏水、断层、洞穴、破碎、塌孔换层位置等。钻孔穿过软弱岩层或遇有塌孔掉块时，独立做一段，实施灌浆处理，再接连钻进；如发现有集中漏水，马上停钻，检查漏水位置；如发现涌水或承压水时，暂停钻进，通知监理及设计研究后再施工。

2.4 钻孔冲洗与压水试验

本次灌浆采用3SNS型灌浆泵、钻杆、封闭器、灌浆自动记录系统等施工设备。

各灌浆段灌浆前使用压力水实施裂隙冲洗，冲洗压力为该段灌浆压力的80%，且不大于1 MPa；冲洗时间到回水清净为止，且不大于20 min。

采用简易压水试验每5 min测读一次流量，接连4次读数中最大值以及最小值之差小于最后值的10%，或最大值和最小值中间差小于1 L/min时，该阶段试验即可完成，取最后值作为计算值。

2.5 灌浆

灌浆主要设备包括3SNS型灌浆泵、高速涡轮制浆机、立式双桶储浆搅拌机、灌浆自动记录仪、不铸钻孔口封闭器等。帷幕灌浆使用“孔口封闭、自上而下、孔内循环”分段灌浆方法施工。

采用普通水泥浆液灌浆，水泥标号为P.O42.5；水泥细度要求通过80 μm方孔筛的筛余量不超过5%。灌浆用水采用水库中的水。使用高速搅拌机制浆，搅拌时间不少于30 s，自制备至用完时间宜小于4 h。

浆液浓度遵循从稀到浓的原则逐级进行变换，使用 5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1 等 6 个比级。

灌浆完成后根据设计技术需求以及《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》执行，即在压力最大设计下，不大于1.0 L/min的注入率时，不断灌注30 min完成。封孔采用置换和压力灌浆法封孔。即在终孔段灌浆完成后以0.5∶1的浓浆置换孔内浆液，然后使用全孔最大灌浆压力进行纯压式灌浆封孔，时间为1 h，灌浆封孔结束，闭浆24 h。

帷幕灌浆施工前，首先进行抬动观测装置的安装，抬动观测孔固定端深入基岩10m。抬动观测装置安装时首先向孔底填入40 cm厚的低标号水泥砂浆，然后下入直径20 mm的圆钢至孔底，外露20 cm，紧接着下一根直径50 mm的钢管至孔底，外露10 cm，最后用水泥砂浆将孔壁与钢管间隙封住。

2.6 特殊情况处理

灌浆中特殊情况处理参照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》进行。本次帷幕灌浆共完成1709段次，其中共有9个段次终孔段压水吕荣值大于设计要求的3 Lu，加深一段后达到设计要求。共有36个段次注入量超过2 t，且流量没有减少的迹象。其中25段经过低压、限流、间歇灌浆措施，达到结束标准，11段采用待凝后扫孔复灌，达到结束标准。

3 灌浆质量及检查效果

3.1 灌浆质量检查

灌浆质量检查以压水试验为主，并结合取芯和灌浆资料成果分析综合评价。压水试验应在灌浆结束14 d后进行。检查孔压水试验合格标准为：透水率不大于3 Lu，坝体混凝土与基岩接触段的透水率合格率100%，其余各段的合格率不小于90%，不合格试段的透水率不大于设计值的150%，且分布不集中。

3.2 灌浆成果分析

此次灌浆共完成160个孔，基岩钻孔7799.6m，帷幕灌浆7261.6m，注入水泥830.25 t，平均单位注入量114.33 kg。其中Ⅰ序孔41个，灌前平均透水率为11.62 Lu，平均水泥注入率为180.37 kg/m；Ⅱ序孔40个，灌前平均透水率为7.55 Lu，平均水泥注入率为115.93 kg/m；Ⅲ序孔79个，灌前平均透水率为5.13 Lu，平均水泥注入率为77.04 kg/m。

通过对各次序孔灌前透水率分析可知，Ⅱ序孔比Ⅰ序孔减少了35%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔减少了32%，随着施工中孔序的逐渐加密，透水率呈逐渐减小的趋势，符合灌浆的一般规律。

通过对单位水泥注入率分析可知，Ⅱ序孔比Ⅰ序孔减少了36%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔减少了34%，各序孔单耗情况满足施工逐序加密，单位注入量呈逐渐减小的趋势。

3.3 检查孔压水成果

第一，检查孔数量为灌浆孔的10%，共16个检查孔，压水试验157段，均满足设计小于3 Lu的标准。

第二，检查孔取芯率为90.02%～92.79%，满足设计不小于90%的要求。各检查孔岩芯中发现水泥结石体，岩石裂隙充填饱满，强度高，同岩体胶结致密。

第三，封孔检查孔数量为灌浆孔的1%，共2个封孔检查孔，取芯深度15 mm，取出的水泥结石体为深灰色，无蜂窝空洞，胶结致密，强度高，充分说明封孔工艺合理，施工质量可靠。

3.4 监测数据分析

汾河二库管理局对大坝各明显渗漏点均有监控，通过对灌浆前后渗流量对比可知，灌浆后坝基渗漏量比灌浆前减少了90.2%，说明此次灌浆效果良好，达到了灌浆目的。