碾压混凝土大坝帷幕灌浆试验方案研究

□刘英豪（内乡县水利技术指导站）

碾压混凝土大坝帷幕灌浆试验方案研究

□刘英豪（内乡县水利技术指导站）

文章结合河南省内乡县打磨岗灌区烟草水源工程雲露湖水库碾压混凝土大坝帷幕灌浆施工，在有代表性的廊道地段进行帷幕灌浆试验，采用自下而上的灌浆施工方法，提出孔深、孔距、浆液方式、灌浆压力、灌浆配比等技术参数，来论证帷幕灌浆试验方案和施工参数在技术上的可行性、施工效果的可靠性、经济上的合理性，以指导全段帷幕灌浆施工，确保其满足设计要求。

碾压混凝土大坝；帷幕灌浆；试验方案

1 工程概况

河南省内乡县打磨岗灌区烟草水源工程是中国烟草总公司援助河南省项目，总投资17464.83万元。主要内容包括：雲露湖水库、打磨岗灌区引水工程及灌区骨干工程。工程建成后每年可从雲露湖水库调水1100万m3至打磨岗水库，使打磨岗灌区灌溉面积由3413.33hm2扩大到7853.33hm2。

雲露湖水库位于南阳市内乡县马山口镇杜洛庄村外坡自然村上游约400m处的青山河上，坝址控制流域面积112.30km2，水库总库容983.30万m3，兴利库容562.00万m3，大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高47.50m，坝顶长度234.00m，其中溢流坝段总宽100.00m，净宽90.40m，共5孔，是一座以灌溉供水为主要任务的小⑴型水利工程。

为保证大坝安全，设计对大坝坝基及左右岸山体进行帷幕灌浆。帷幕灌浆范围包括大坝桩号0-007.60m至0+268.40m段及库区左岸桩号0+001m至上0+133m段，处理范围总长度408m，灌浆孔孔数206孔，总进尺5188.20m。灌浆孔分三序加密，一序孔孔间距8m，二序孔孔间距4m，三序孔孔间距4m，终孔孔间距2m。灌浆孔进入基岩中等透水下限值为5m，透水率≤5Lu。

2 帷幕灌浆试验目的与任务

依据《内乡县打磨岗灌区烟草水源工程设计图纸》、《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》和《水利水电工程钻孔压水试验规程》等，编制试验方案，并通过在有代表性的廊道地段进行帷幕灌浆试验和检查孔的压水试验，检验透水率是否满足设计防渗标准≤5Lu；根据施工记录，提出钻孔深度、钻孔间距、灌浆方式、浆液压力、灌浆配合比等技术参数，来论证帷幕灌浆试验方案和施工参数在技术上的可行性、施工效果的可靠性、经济上的合理性，以指导全段帷幕灌浆施工，确保其满足设计要求。

3 帷幕灌浆试验场地的选择和布孔

3.1 工程地质条件

大坝库区处于伏牛山南坡、五朵山南麓中低山区域，山脉总体走向呈NE-SW，地势北东高南西低，山体自然坡度35～65°之间，海拔多在480～610m，个别地段地势险峻，呈悬崖峭壁。分布于库区的地层较单一，主要为西期花岗岩，少量的下元古界黑云母石英片岩、大理岩，第四系零星发育冲洪积、残坡积地层及人工堆积层。

3.2 试验场地的选择及试验检查孔的布置

在廊道内桩号0+100.40m至0+124.40m段作为灌浆试验段，其孔号为W55～W67，共计13个孔。根据实际灌浆情况及监理要求，在W56#与W57#之间布置检查孔SW-J-4，在W61#与W62#之间布置检查孔SW-J-5，在W65#与W66#之间布置检查孔SW-J-6。

3.3 试验孔施工条件

本次廊道内试验孔在大坝高度上升至290.00m后进行，坝体上升高度＞20m，且坝体混凝土强度均达到设计强度。上游河床水位260.00m，廊道内试验孔孔口高程为263.30m，孔口高程高于上游水位。试验区的固结灌浆已全部完成并检查合格。试验孔的施工条件符合要求。

4 帷幕灌浆试验

4.1 帷幕灌浆试验参数的选择

孔深：根据设计要求，钻入弱透水层≥5m。孔径：开孔孔径75mm，终孔孔径75mm。灌浆压力见表1。浆液配合比灌浆浆液水灰比采用5：1，3：1，2：1，1：1，0.80：1，0.60：1，0.50：1，7个比级，开灌浆液水灰比5：1。

4.2 帷幕灌浆试验工艺

测量-布孔-钻孔-冲洗-压水试验-制浆-灌浆-封孔-检查。试验孔灌浆完成14d后进行施工质量检查。

表1 各阶段灌浆压力表

4.3 灌浆投入的机械及设备

2台GJ-150A型地质钻机，2台SNS150/3.5A型灌浆泵，2台HBW50/1.5型灌浆机组，2台YJ-340型灰浆搅拌机。

4.4 人员组织投入

投入13人，其中管理人员3人，钻机工2人，灌浆工2人，辅助工人6人。

5 帷幕灌浆孔施工

5.1 试验段代表孔选择

选用廊道内0+100.40m至0+124.40m段作为本工程廊道及坝顶灌浆试验段，其孔号为W55-W67。

5.2 钻孔工艺及流程图

钻孔工艺及流程图为：钻机定位→开始钻孔→钻孔施工→冲洗钻孔→最底端压水试验→基岩灌浆→下一段灌浆→压力封闭孔口→本孔钻孔及灌浆结束→移动钻机

5.3 灌浆孔冲洗及压水试验

5.3.1 钻孔施工结束后，钻具下到孔底，注入大流量水流，从孔内向孔外冲洗，直至回清水10min以上，保证孔底沉淀厚度＜20cm。对回水达不到澄清要求的孔段，应继续进行冲洗，直到满足设计要求为止。

5.3.2 灌浆开始前，首先进行基岩裂隙冲洗（冲洗压力为灌浆压力值的80%，且≤1MPa），然后进行压水试验，对于先导孔，应自上而下分段进行压水，其他灌浆孔在灌浆开始前进行孔底段简易压水试验，压水试验的压力值为灌浆压力值的80%。

帷幕灌浆压入浆液流量稳定的标准：在稳定的压力下每隔3-5min测读一次压入流量值，连续四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＜1L/min时，本阶段灌浆试验即可结束，取最终值为计算值。根据最终流量值读数作为计算流量值，按以下公式计算单位吸水率。（1）

式中：q─试验段透水率，lu；Q─压力流量值，L/min；P─作用于试验段的全压力值，Mpa；L─试验段长度，m；

5.4 灌浆

5.4.1 制备浆液

采用PO42.5级普通硅酸盐水泥，水泥细度为通过80цm方孔筛的筛余量≤5%。水采用洁净水。制备浆液时，水泥和水必须称量，称量误差＜5%；浆液采用高速搅拌机搅拌均匀，搅拌时间＞30s，浆液从制备到用完，时间≤4h；寒冷季节施工应做好机械设备和灌浆用管路的防寒及保暖工作，保持浆液温度控制在5～400℃之间。浆液在开始使用前应当过筛。

5.4.2 灌浆段长度

灌浆段长度一般为5～6m，当岩石为比较完整的岩石时，灌浆段应适当增加长度，但最长≤10m；当岩体破碎且孔壁不稳定时，灌浆段长度应适当缩短。混凝土和基岩接触处的灌浆段长度为2～3m。灌浆时灌浆塞阻应设在各灌浆段段顶0.50m处，防止漏灌。

5.4.3 灌浆浆液及压力变换

灌浆时自上而下应逐段增加压力，灌浆压力要尽快达到设计值，但在注入率大时应当分级升压，浆液浓度要由稀至浓逐级进行变换,浆液共分为5：1、3：1、2：1、1：1、0.80：1、0.60：1、0.50：1七个比级，开始灌浆时水灰比采用比级为5：1。孔口无涌水的孔段，灌浆结束后可不待凝，但在断层、破碎带等地质条件复杂地层则宜待凝，但待凝时间应当根据地质条件和工程设计要求确定。

当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不准改变水灰比。

当某一比级浆液注入量＞300L以上，或灌注时间＞30 min，但灌浆压力和注入率均没有显著的改变时，应当及时调换成浓一级水灰比浆液进行灌注。

当注入率＞30L/min时，要注意根据施工的具体情况，也可越级变浓。

5.4.4 灌浆结束的标准

在最大设计压力下，当注入率≤1L/min时，再继续灌注30min后，灌浆即可以结束。当地质条件比较复杂，地下水流速较大、浆液注入量较大、灌浆压力较低时，持续灌注的时间应适当延长；当岩体比较完整、浆液注入量较小时，持续灌注时间可适当缩短。当灌浆长时间达不到结束标准的要求时，应立即报请现场监理工程师进行研究处理。

5.5 灌浆封孔要求

一个试验孔灌浆完成并经验收合格后，必须对钻孔进行封孔处理。封孔采用全孔灌浆封孔法，全孔灌浆完毕后，灌注水灰比为0.50：1的浓浆，将灌浆塞塞在孔口，进行纯压式灌浆封孔，封孔压力为2MPa，灌浆时间≥1h。待孔内水泥浆凝固后，灌浆孔上部空余部分＞3m时，应继续按照上述方法进行封孔；＜3m时，采用干硬性M10水泥砂浆进行人工封孔，封孔时要求振捣密实。

6 特殊情况处理措施

本实验段施工中，对吸浆量较大的试验孔，报请监理工程师到场研究，采取及时调换浆液配合比，换成浓浆，并适当降低压力等处理措施进行灌注，取得了较好的灌浆效果。

7 质量检查

检查孔压水试验可以在该部位灌浆结束后14d进行。质量检查要以分析检查孔压水试验的成果为主，结合钻孔时间、检查孔钻取的芯样资料、灌浆施工记录数值以及测量试验成果等资料数值，评定其灌浆质量。

8 试验成果分析

8.1 试验成果资料分析

试验段施工历时30d，完成试验孔13个，钻孔长度290.90m，灌浆长度223.70m，注入水泥9005.30kg，平均消耗水泥40.30kg/m。试验段灌浆各次序成果汇总见表2。

表2 试验孔分序成果汇总表

该试验段检查孔共布置3个孔，历时6d。试验检查孔压水成果见表3：

表3 检查孔压水试验成果汇总表

经对试验检查孔压水实验数值进行汇总统计，试验检查透水率频率分布见表4。

表4 试验段检查孔透水率频率分布统计表

根据试验区各灌浆孔的透水率及单位吸浆量进行统计分析，发现灌浆后，检查孔透水率及吸浆量明显减小，说明灌浆效果较好，检查试验区满足设计要求。因此可以将灌浆试验区内所进行的试验性灌浆作为将来正式帷幕灌浆的一个组成部分，试验段不再进行二次灌浆。

8.2 抬动观测分析

抬动观测是在灌浆过程中进行的。根据灌浆前后的观测评价，抬动观测值为0，没有出现抬动观测变形现象，不会影响后续施工，因此灌浆压力数值可以作为后期灌浆施工时的依据。

9 结语

帷幕灌浆试验采用自下而上的方式进行灌浆，灌浆水泥使用P.O42.5水泥，帷幕灌浆分三个序孔进行施工，一序孔孔间距为8m，二序孔孔间距为8m，三序孔孔间距为4m，终孔孔间距为2m，钻孔直径为75mm，钻孔深度为设计孔深值，灌浆段长度为5～6m，灌浆压力数值自上而下分别为0.40MPa、0.60Mpa、0.80MPa、1.00MPa，最大压力值为1MPa，灌浆浆液比为5：1、3：1、2：1、1：1、0.80：1、0.60：1、0.50：1，7个比级。从灌浆试验成果分析看，本次帷幕灌浆效果较好，试验成果均能满足设计要求，因此上述施工参数可以作为下一步全坝段正式帷幕灌浆的依据。

（责任编辑：左英勇）

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2016-04-25