碾压混凝土大坝帷幕灌浆试验分析

叶治

（江西省赣抚平原水利工程管理局，江西 南昌 330000）

1 项目概况

某水库总库容约为984.20 万m3，坝址所控制的流域面积约为112 km2，大坝是碾压混凝土重力坝，最高约有47.60 m，坝顶长度约为233.50 m，溢流坝段的总宽为100 m，净宽为90 m。此大坝工程主要所处在带夹板的岩条带、变质的凝灰岩区域，其地质条件较为复杂，且基础的渗流量比较大，通过加固防渗的处理保证大坝能够安全运行。大坝帷幕灌浆试验，获得可靠灌浆参数。

2 实验目的和布孔方案

灌浆试验主要目的是了解大坝的基础防渗问题解决的可行性，对适宜灌浆参数实施确定，为帷幕灌浆的施工工序和工艺合理选择提供依据。灌浆试验完成指标主要包括灌前灌后单位内的透水率以及单位内耗浆量变化值测定。

在试验区的布孔方案中，因为在左岸高程438 m灌浆平洞的最后衬砌段实施帷幕灌浆的试验施工之后，大部分的灌浆孔段出现注灰量以及透水率的偏小情况，则第二个的衬砌段实施帷幕灌浆的试验施工中，根据第二个的试验区共11 m长，对其进行2 排的灌浆孔布置。其中，上游排是主帷幕孔类型，一共布置有5 个孔，孔的深度要求入岩有25.11～18.70 m，从外向内呈现依次递减的状态，且倾向下游，倾角为3°。而下游排是副帷幕孔类型，一共布置有6个孔，且2G93孔入岩有9.95 m，其他的5个孔均入岩有8.34 m，它们倾向下游且倾角为5°。上下游的排距为0.50 m，相邻的孔具有2 m间距，每排分作Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ序，且都有一抬动的观测孔布设，具体布置方案如图1。

图1 布孔方案图

3 灌浆试验过程

3.1 灌浆施工的工序流程

施工程序为测量放点、对抬动的观测孔进行钻孔、安装观测装置、下游排副帷幕的Ⅰ序、Ⅱ序和Ⅲ序、上游排主帷幕的Ⅰ序、II序和Ⅲ序、待凝14 d后对检查孔开展施工。

单孔施工程序为对第一段先钻孔到入岩2 m、洗孔、灌浆、安装孔口管且待凝72 h、第二段施工……终孔段的测斜后实施灌浆和封孔处理。

3.2 选择钻灌机械

在工作面进行两台地质钻机的布置，制浆站进行一台高压式泥浆泵、一台灰浆的搅拌机布置，将制浆站在左岸坝之后的高程438 m 平台上布置。另外，还设置有辅助设备，主要包括一台灌浆自动的记录仪、一台测斜仪器。

3.3 灌浆孔的钻孔

使用金刚钻头实施钻进操作，开孔为Φ76 mm 的孔径，其终孔为Φ56 mm的孔径。在钻孔中，按下表1的要求进行。

表1 孔底允许的最大偏差值表

在钻孔中要对个别的孔段实施测斜验证处理，完成终孔段的钻孔后，从下到上每隔10 m进行一次测斜操作，为了保证数值的准确，对每点采取3 次读数且详细做好记录。此次20～30 m段的测斜结果中，最大的偏距为0.35 m，对20 m内的孔深测斜中，结果最大的偏距为0.20 m，它们都完全处于偏斜率的要求范围。

3.4 灌浆孔的洗孔处理

通过压力脉动的冲洗法实施洗孔处理，洗孔的压力和该段的灌浆压力一样。脉动冲洗主要是使回水的压力达到其所设计洗孔的压力后，立即采取卸压操作，让孔内水的压力超过孔外水的压力，从而促进孔内岩粉和杂物向孔外带出，通过此类反复的作用能够实现对裂隙和孔壁的冲洗效果。冲洗时间设定在回水变清之后再进行5-10 min的延续，总冲洗时间要求超过30 min，完成洗孔的孔内具有的残留要尽可能少。

3.5 压水试验

Ⅰ序孔的压水试验选择单点法的循环式压水，对第一段选择0.80 MPa的压力，其他各段都是1 MPa的压力。对检查孔采取纯压式、五点法的压水试验方式，且压力分别是0.40、0.70、1、0.70、0.40 MPa。压水试验成果分析见表3和表4。

表3 Ⅰ序的孔段内透水率的统计情况表

表4 检查孔透水率的统计情况表

3.6 浆液制备和灌浆

按照设计的规定，对水泥选择P042.5硅酸盐的水泥类型，此水泥细度以80 um 的方孔筛实施筛选，筛余量在5%内。水使用的是洁净水。在浆液制备中，对水泥和水一定要称量，且称量的误差控制在5%内；对浆液通过高速的搅拌机进行均匀搅拌，搅拌的时间超过30 s，要求浆液制备完到使用完的时间在4 h内；若在寒冷的季节施工，要对机械设备以及灌浆用的管路做好防寒保暖的处理，让浆液温度在5 ℃～400 ℃间保持。

对灌浆以孔口的封闭法进行施工，其灌浆的压力和段长如表2所示。

表2 浆液灌浆的压力表

从第四段后，灌浆的压力和段长保持不变，第五段的段在6 m内。对灌浆的压力一定要严格进行控制，不能超出设计的压力要求。在灌浆期间，未发现有漏浆、抬动、冒浆、压力的突然变化、串浆等情况。

3.7 灌浆水灰比的选用

对浆液配比选择5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.50∶1 的五个比级类型。若灌浆压力呈现不变状态且注入率出现持续的减小或者若注入率呈现不变但灌浆压力出现持续的升高情况，对水灰比不改变，在某一比级的浆液灌注超过300 L或者灌注的时间在60 min且灌浆压力与注入率没有显著变化时，加浓一级浆液。

3.8 结束灌浆的封孔时间

基于规定压力，要求灌注时间超过2 h ，且当注入率在0.40 L/min 内，延续时间要超过1 h；当注入率比1 L/min 小，延续的时间要不低于91.50 h 两条件内的一个，才能够对灌浆结束。对全孔完成灌浆后，以置换、压力灌浆的封孔法实施封孔处理，要按照灌完一孔、封堵一孔的方式进行，对浆液选择0.50∶1的比级，时间要超过0.50 h。

4 实验结果和分析

4.1 分析灌前Ⅰ序的孔段内透水率和检查孔的透水率

此试验区内灌前Ⅰ序的孔压力进行9段次实验，最大透水率为0.86 Lu、最小透水率0.01；对检查孔开展10 段次压力试验，都是0.01 Lu的透水率。

对表3和表4结合分析，在灌后透水率远比灌前的Ⅰ序孔要小，检查孔的10 段次压水试验都比设计防渗的要求标准小。因此，此防渗性能得到有效提升，则证明了以试验区布孔的形式和灌浆工艺能够对帷幕灌浆防渗能力实现提升。

4.2 分析水泥耗量

对Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ序以及检查孔分析，对水泥消耗分是1.84 kg/m、0.72 kg/m、0.84 kg/m、0.13 kg/m的平均量。通过统计资料得知，灌后的检查孔其单位的注入量都比灌前各次的序孔单位内注入量要小，这也说明灌浆发挥防渗的效果。在各次序孔的单位内注入量呈现出Ⅱ＞Ⅰ或者Ⅲ＜Ⅱ的异常情况，这可能是此部位的大部孔段存在偏小的注入量，且Ⅱ序中1G94 孔、Ⅲ序中1G92 孔、Ⅲ序中1G94 孔的单耗偏大情况，导致此序单耗的平均值出现偏大，进而导致上述反常的现象出现。

5 结语

综上所述，帷幕灌浆的试验得知，在灌后透水率的Lu 值得到项目降低，且水泥单位内的注入量在孔序增加后出现显著减少，在水平裂隙的发育地层实施灌浆后，对透水率实现了降低，促进岩体防渗性能的增强，其防渗效果也符合要求，这也说明所设计施工工艺较为合理，对工程的帷幕灌浆施工能够提供支持。