论文部分内容阅读
【摘 要】本文阐述了帷幕灌浆技术成功在岳城水库主坝右岸坝段基础防渗处理工程中的应用。解决了主壩右坝头基础渗漏等问题，取得了良好的效果，应该大力推广和应用。
【关键词】除险加固工程；帷幕灌浆技术；先导孔；灌浆孔；灌浆边界线
Curtain grouting in the mountain City reservoir dam
Zhou Yun-peng1,Wang Lei1,Zhang Yao-dan1,Zhang Zhi-fei2
(1.The MWR the IOC Zhangweixin, South Canal Yuecheng Reservoir Authority Handan Hebei 056001；
2.Environmental Geological Exploration Institute in Hebei Province Shi Jia-zhuang Hebei 050011)
【Abstract】This paper describes the curtain grouting success Yuecheng Reservoir on the right bank dam section of the main dam foundation seepage treatment works. Solve the problem of the right abutment of the main dam the basis of leakage, and achieved good results, should be vigorously promoted and applied.
【Key words】The reinforcement project;Curtain grouting technology;Pilot hole;Grout hole;Grouting boundary line
1. 前言
岳城水库水利枢纽工程位于漳河干流，枢纽工程等别属一等，主要建筑物级别为1级。工程由主、副坝（主坝1座，副坝4座）、溢洪道、泄洪洞、电站及引水渠首工程等建筑物组成。大坝为碾压式均质土坝，水库大坝定为三类坝。经过两次应急加高后主坝坝顶长3603.3m，最大坝高55.5m。本次除险加固防洪标准按1000年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核，对大坝、溢洪道、泄洪洞和防浪墙等主体工程进行除险加固。大坝右岸坝段基础防渗处理工程是岳城水库除险加固工程的主体工程和控制性工程之一，即对主坝右岸桩号2＋800～3+360坝段基础进行技术防渗处理。彻底消除隐患，保证大坝的安全运行。
2. 帷幕灌浆试验
图1 帷幕灌浆试验1区平面布置图
20世纪以来，帷幕灌浆技术一直是水工建筑物地基防渗处理的主要手段，实践证明帷幕灌浆技术是成功有效地。根据岳城水库除险加固工程主坝右岸基础防渗工程施工现场实际情况与招投标文件及设计图纸的相关要求，选择了已具备灌浆施工条件且地层有代表性的地段作为第一试验区进行试验，该地段桩号为3+096.80～3+103.20，该地段在岳城水库主坝轴线与帷幕灌浆轴线之间的157.0m高程坝体平台上。帷幕灌浆第一试验区分上游排、中游排、下游排三排孔施工，各排帷幕灌浆孔均分为两序孔即（Ⅰ序孔和Ⅱ序孔）进行施工，共计8个帷幕灌浆试验孔，上、下游排均为3个灌浆孔，其中下游排含一个先导孔，中间排为2个灌浆孔。在灌浆孔完工后14天，按照监理的要求在该实验区的下游排和中间排之间的桩号3+098.40处布设了一个检查孔，自上而下逐段进行钻孔、取芯、压水和灌浆，最后封孔。（帷幕灌浆试验1区平面布置图见图1，帷幕灌浆试验1区孔见图2）。
帷幕灌浆试验工序为按照灌浆规范中规定的排序和孔序进行施工，各孔先采用浓的纯水泥浆镶铸89钢管，钢管底部与设计灌浆顶线平齐，待凝24小时后，扫孔并开始逐段钻孔灌浆（先导孔要求取芯和压水），直至终孔段灌浆结束后，采用0.5:1的纯水泥浆液封孔，灌浆浆液采用质量配比（水泥:粘土:水）1:1:（3，4，6，8，10）共计5个比级的粘土水泥浆液。灌浆试验孔各段段长不大于3m，相邻孔孔距为3.2m，相邻排排距为2.8m，各孔相关的灌浆及压水压力见表一。帷幕灌浆向上伸入坝体2m，向下伸入相对不透水层5m，本工程帷幕灌浆防渗标准为：帷幕检查透水率q≤5Lu。（说明：表1中各压力均为孔口泵压）
3. 质量检查结果
本试验区布设一个检查孔，共计6个压水试验段，各试验段压水试验透水率均小于5Lu，满足设计要求。
上面4个试验段芯样采取率基本达到90%，下面两个试验段芯样采取率很低，主要原因有两个：第一个原因是最后两个试段为纯砂卵石层，结石层很薄，且小粒径卵石居多；第二个原因是粘土水泥浆的自身强度较小，在钻具的扰动和水流的冲刷下造成取芯困难。终孔段为砂卵石层，而非相对不透水层，与设计地层不一致。
4. 试验段灌浆拟定参数的可行性分析
4.1 施工工艺可行性。
4.1.1 成孔。
通过灌浆试验施工，钻孔采用XY-Ⅱ型回转钻机，目前施工的最深孔深58.7m，钻进过程钻孔速度满足要求；本工程钻进孔深最深不大于55m，按目前施工情况看满足钻孔需要；通过钻机稳固、预埋管导向及钻进过程的控制，终孔孔斜能够控制在规范要求范围内。
4.1.2 制浆、灌浆设备与计量系统满足施工要求。
制浆采用800L容量自制高速搅拌机，制、供浆充足、及时；灌浆采用的3SNS灌浆泵、BW200/40灌浆泵、立式双桶储浆槽及自动监控多录仪系统，能够满足浆液灌注、防离析沉淀与计量要求；灌浆压力表采用量程为1.5MPa满足最大灌压0.7MPa的要求；高压胶管和孔口封闭器满足循环灌浆灌浆施工。
4.1.3 灌浆。
本次试验各灌浆孔段平均灌浆次数为2.5次，最多为每段灌浆5次，渗漏吃浆量大，灌浆浆液虽然能满足防渗要求，但功效很低，平均钻灌功效为1.98m/台日，建议在下一个帷幕灌浆生产试验区对浆液的开灌比级及浆液的干料比进行适当调整，并考虑加外加剂以提高功效。
4.1.4 帷幕灌浆方法。
由于本试验成果达到设计防渗要求，本工程采用自上而下的循环式灌浆方法比较顺利的完成灌浆试验任务，可确定以上灌浆方法是可行的。
4.2 施工参数。
根据各设计招标文件对灌浆孔灌浆段总长的要求，本次灌浆试验结果达到了设计防渗指标，从灌浆效果分析，各灌浆孔段单位注灰量按照排序和孔序逐级递减，灌浆效果明显，各灌浆段灌浆量大、灌浆次数多且基本全部跳级灌浆，因此，本次灌浆试验拟定的如下灌浆参数对本帷幕灌浆工程是可行的，具体灌浆参数如下：
4.2.1 灌浆段长：各灌浆段段长为3m。
4.2.2 灌浆压力：第一段为0.3MPa，第二段及以后各段为0.5-0.7MPa。
4.2.3 排距和孔距：排距为2.8m，孔距为3.2m。
4.2.4 排内分序：在排内分为Ⅰ序和Ⅱ序两序孔。
4.2.5 灌浆边界线：根据检查孔取芯可看到设计顶线处交结良好，顶线可以确定；但在设计底线处全部为砂卵石与设计中的相对不透水层矛盾，由于此检查孔不在帷幕线上，因此，灌浆底线有待于在帷幕线上的第二个试验区中进一步验证确定。灌浆顶线为深入坝体2m、灌浆底线为深入N23（第三纪中细砂层）5m的设计原则不变。坝体基面和N23（第三纪中细砂层）地层的顶面根据先导孔与取芯孔的岩芯，由建管局、设计、监理及承包人进行现场联合确认。由于X99孔设计灌浆线顶部以下取出岩芯为中细砂，为补强灌浆效果并探明设计灌浆线以上岩性，在X99与X100孔之间增加一个孔，从设计灌浆线以上5m取芯，至N23基岩面以下5m止。已确定的先导孔或取芯孔顶线和底线的连线，即为两个相邻先导孔或取芯孔之间灌浆孔的顶线与底线。
4.2.6 开灌比级及干料比：以1:1:6为开灌比级，设为3个比级即1:1:（6，4，3）；水泥与粘土比可增至1.5:1.0。
4.3 灌浆结束标准。
根据总结8个灌浆孔各段灌浆结束情况，在0.3～0.7MPa压力下，当注入率不大于0.4L/min，继续灌注60min，或不大于1.0L/min时，继续灌注90min，帷幕灌浆可以结束。
5. 帷幕灌浆技术控制措施
防渗措施采用帷幕灌浆，总长度为735.8米，平行坝轴线段560米，垂直坝轴线段175.8米。由于垂直坝段平台卵石含量高，难以成孔，根据工期要求，调整了施工技术和施工方案，增加了施工设备和人员。结合岳城水库历年汛期来水情况，制定和完善了汛期施工方案和度汛方案，从而完成全部灌浆任务，具体控制措施如下：
5.1 采取水位控制措施。
按照《关于岳城水库汛期调度运用方案请示的批复》（水汛［1992］70号）要求，主汛期汛限水位为134m，结合水库水位目前只有126.8m的现状，综合水库历年来水情况和灌浆平台填筑现状，制定了主汛期库水位控制在130m以下和主汛期后库水位控制在134m以下的控制方案，力保平台施工不受影响。
5.2 针对砂卵石平台土质疏松难以成孔等情况，增加4台跟管钻机、两台空压机和两台液压拨管机，重新制定了施工方案，分别采用重锤跟管法、回转钻进跟管法和专用跟管钻机跟管法等多种工艺，提高成孔速度，加快工程进度。主汛期完成库区内深水易塌部位80m左右的钻孔灌浆，剩余75m左右靠近坝坡，影响相对较小，可以在主汛期后施工。
5.3 加强洪水预报和协调沟通，建立健全会商制度，密切关注水情、雨情，通过水库水量调度，控制库水位上升对灌浆施工平台的威胁。同时加强平台防护，在保证度汛安全的前提下，汛期不停工。
5.4 制定灌浆保证方案。若实际灌浆能达到灌浆试验功效，则工期上可以保证。若达不到灌浆试验功效，则采取以下措施。
5.4.1 工艺上增加浆液开灌比级（由1:1:10变为1:1:6），同时对需要待凝的灌浆孔段采用纯水泥制的（0.6～0.5:1）浓浆进行灌注，以缩短灌浆时间和待凝时间，提高结石强度与防渗等级，切实提高砂卵石地层的平均钻灌功效。
5.4.2 在各单元工程以内按照排序和孔序施工，在不同的单元工程中可跨越排序和孔序施工。避免因过多的受到排序和孔序限制而造成设备闲置停等，提高钻灌设备功效。
5.4.3 根据日报分别计算出当前空钻段和灌浆段的总平均功效，根据当前总平均功效决定是否需要增加灌浆设备及增加灌浆设备的数量。
6. 工程质量情况
采取以上施工方法，对岳城水库主坝右岸桩号2＋800～3+360坝段基础进行帷幕灌漿技术防渗处理。工程质量评定优良，合格率100%。
7. 结束语
岳城水库主坝右岸该防渗处理工程解决了主坝右坝头基础渗漏等问题，保证大坝安全运行。帷幕灌浆技术应得到广泛推广和应用。
参考文献
［1］ 唐益群，叶为民.土木工程测试技术手册［M］.上海：同济大学出版社，1999.05.
［2］ 岳城水库大坝帷幕灌浆试验报告［资料］.天津：水利部天津水利水电勘测设计研究院科研所.
［3］ 中国混凝土技术网http://www.dfjyconcrete.com/.
［4］ 岳城水库调度运用工作手册岳城水库管理局，1993.12.
［5］ 江见鲸，李杰，金伟良.高等混凝土结构理论。北京：中国建筑工业出版社，2006.
［6］ 卢廷浩，刘祖德.高等土力学.北京:机械工业出版社，2005.8.
［7］ 纪午生等.常用建筑材料试验手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1988.02.
［文章编号］1006-7619（2011）02-28-392
［作者简介］ 周云鹏（1973.2-），男，职称：工程师，专业：水利水电工程，工作单位：漳卫南运河岳城水库管理局。
王磊（1981.4-），男，职称：助工，专业：会计，工作单位：漳卫南运河岳城水库管理局。
【关键词】除险加固工程；帷幕灌浆技术；先导孔；灌浆孔；灌浆边界线
Curtain grouting in the mountain City reservoir dam
Zhou Yun-peng1,Wang Lei1,Zhang Yao-dan1,Zhang Zhi-fei2
(1.The MWR the IOC Zhangweixin, South Canal Yuecheng Reservoir Authority Handan Hebei 056001；
2.Environmental Geological Exploration Institute in Hebei Province Shi Jia-zhuang Hebei 050011)
【Abstract】This paper describes the curtain grouting success Yuecheng Reservoir on the right bank dam section of the main dam foundation seepage treatment works. Solve the problem of the right abutment of the main dam the basis of leakage, and achieved good results, should be vigorously promoted and applied.
【Key words】The reinforcement project;Curtain grouting technology;Pilot hole;Grout hole;Grouting boundary line
1. 前言
岳城水库水利枢纽工程位于漳河干流，枢纽工程等别属一等，主要建筑物级别为1级。工程由主、副坝（主坝1座，副坝4座）、溢洪道、泄洪洞、电站及引水渠首工程等建筑物组成。大坝为碾压式均质土坝，水库大坝定为三类坝。经过两次应急加高后主坝坝顶长3603.3m，最大坝高55.5m。本次除险加固防洪标准按1000年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核，对大坝、溢洪道、泄洪洞和防浪墙等主体工程进行除险加固。大坝右岸坝段基础防渗处理工程是岳城水库除险加固工程的主体工程和控制性工程之一，即对主坝右岸桩号2＋800～3+360坝段基础进行技术防渗处理。彻底消除隐患，保证大坝的安全运行。
2. 帷幕灌浆试验
图1 帷幕灌浆试验1区平面布置图
20世纪以来，帷幕灌浆技术一直是水工建筑物地基防渗处理的主要手段，实践证明帷幕灌浆技术是成功有效地。根据岳城水库除险加固工程主坝右岸基础防渗工程施工现场实际情况与招投标文件及设计图纸的相关要求，选择了已具备灌浆施工条件且地层有代表性的地段作为第一试验区进行试验，该地段桩号为3+096.80～3+103.20，该地段在岳城水库主坝轴线与帷幕灌浆轴线之间的157.0m高程坝体平台上。帷幕灌浆第一试验区分上游排、中游排、下游排三排孔施工，各排帷幕灌浆孔均分为两序孔即（Ⅰ序孔和Ⅱ序孔）进行施工，共计8个帷幕灌浆试验孔，上、下游排均为3个灌浆孔，其中下游排含一个先导孔，中间排为2个灌浆孔。在灌浆孔完工后14天，按照监理的要求在该实验区的下游排和中间排之间的桩号3+098.40处布设了一个检查孔，自上而下逐段进行钻孔、取芯、压水和灌浆，最后封孔。（帷幕灌浆试验1区平面布置图见图1，帷幕灌浆试验1区孔见图2）。
帷幕灌浆试验工序为按照灌浆规范中规定的排序和孔序进行施工，各孔先采用浓的纯水泥浆镶铸89钢管，钢管底部与设计灌浆顶线平齐，待凝24小时后，扫孔并开始逐段钻孔灌浆（先导孔要求取芯和压水），直至终孔段灌浆结束后，采用0.5:1的纯水泥浆液封孔，灌浆浆液采用质量配比（水泥:粘土:水）1:1:（3，4，6，8，10）共计5个比级的粘土水泥浆液。灌浆试验孔各段段长不大于3m，相邻孔孔距为3.2m，相邻排排距为2.8m，各孔相关的灌浆及压水压力见表一。帷幕灌浆向上伸入坝体2m，向下伸入相对不透水层5m，本工程帷幕灌浆防渗标准为：帷幕检查透水率q≤5Lu。（说明：表1中各压力均为孔口泵压）
3. 质量检查结果
本试验区布设一个检查孔，共计6个压水试验段，各试验段压水试验透水率均小于5Lu，满足设计要求。
上面4个试验段芯样采取率基本达到90%，下面两个试验段芯样采取率很低，主要原因有两个：第一个原因是最后两个试段为纯砂卵石层，结石层很薄，且小粒径卵石居多；第二个原因是粘土水泥浆的自身强度较小，在钻具的扰动和水流的冲刷下造成取芯困难。终孔段为砂卵石层，而非相对不透水层，与设计地层不一致。
4. 试验段灌浆拟定参数的可行性分析
4.1 施工工艺可行性。
4.1.1 成孔。
通过灌浆试验施工，钻孔采用XY-Ⅱ型回转钻机，目前施工的最深孔深58.7m，钻进过程钻孔速度满足要求；本工程钻进孔深最深不大于55m，按目前施工情况看满足钻孔需要；通过钻机稳固、预埋管导向及钻进过程的控制，终孔孔斜能够控制在规范要求范围内。
4.1.2 制浆、灌浆设备与计量系统满足施工要求。
制浆采用800L容量自制高速搅拌机，制、供浆充足、及时；灌浆采用的3SNS灌浆泵、BW200/40灌浆泵、立式双桶储浆槽及自动监控多录仪系统，能够满足浆液灌注、防离析沉淀与计量要求；灌浆压力表采用量程为1.5MPa满足最大灌压0.7MPa的要求；高压胶管和孔口封闭器满足循环灌浆灌浆施工。
4.1.3 灌浆。
本次试验各灌浆孔段平均灌浆次数为2.5次，最多为每段灌浆5次，渗漏吃浆量大，灌浆浆液虽然能满足防渗要求，但功效很低，平均钻灌功效为1.98m/台日，建议在下一个帷幕灌浆生产试验区对浆液的开灌比级及浆液的干料比进行适当调整，并考虑加外加剂以提高功效。
4.1.4 帷幕灌浆方法。
由于本试验成果达到设计防渗要求，本工程采用自上而下的循环式灌浆方法比较顺利的完成灌浆试验任务，可确定以上灌浆方法是可行的。
4.2 施工参数。
根据各设计招标文件对灌浆孔灌浆段总长的要求，本次灌浆试验结果达到了设计防渗指标，从灌浆效果分析，各灌浆孔段单位注灰量按照排序和孔序逐级递减，灌浆效果明显，各灌浆段灌浆量大、灌浆次数多且基本全部跳级灌浆，因此，本次灌浆试验拟定的如下灌浆参数对本帷幕灌浆工程是可行的，具体灌浆参数如下：
4.2.1 灌浆段长：各灌浆段段长为3m。
4.2.2 灌浆压力：第一段为0.3MPa，第二段及以后各段为0.5-0.7MPa。
4.2.3 排距和孔距：排距为2.8m，孔距为3.2m。
4.2.4 排内分序：在排内分为Ⅰ序和Ⅱ序两序孔。
4.2.5 灌浆边界线：根据检查孔取芯可看到设计顶线处交结良好，顶线可以确定；但在设计底线处全部为砂卵石与设计中的相对不透水层矛盾，由于此检查孔不在帷幕线上，因此，灌浆底线有待于在帷幕线上的第二个试验区中进一步验证确定。灌浆顶线为深入坝体2m、灌浆底线为深入N23（第三纪中细砂层）5m的设计原则不变。坝体基面和N23（第三纪中细砂层）地层的顶面根据先导孔与取芯孔的岩芯，由建管局、设计、监理及承包人进行现场联合确认。由于X99孔设计灌浆线顶部以下取出岩芯为中细砂，为补强灌浆效果并探明设计灌浆线以上岩性，在X99与X100孔之间增加一个孔，从设计灌浆线以上5m取芯，至N23基岩面以下5m止。已确定的先导孔或取芯孔顶线和底线的连线，即为两个相邻先导孔或取芯孔之间灌浆孔的顶线与底线。
4.2.6 开灌比级及干料比：以1:1:6为开灌比级，设为3个比级即1:1:（6，4，3）；水泥与粘土比可增至1.5:1.0。
4.3 灌浆结束标准。
根据总结8个灌浆孔各段灌浆结束情况，在0.3～0.7MPa压力下，当注入率不大于0.4L/min，继续灌注60min，或不大于1.0L/min时，继续灌注90min，帷幕灌浆可以结束。
5. 帷幕灌浆技术控制措施
防渗措施采用帷幕灌浆，总长度为735.8米，平行坝轴线段560米，垂直坝轴线段175.8米。由于垂直坝段平台卵石含量高，难以成孔，根据工期要求，调整了施工技术和施工方案，增加了施工设备和人员。结合岳城水库历年汛期来水情况，制定和完善了汛期施工方案和度汛方案，从而完成全部灌浆任务，具体控制措施如下：
5.1 采取水位控制措施。
按照《关于岳城水库汛期调度运用方案请示的批复》（水汛［1992］70号）要求，主汛期汛限水位为134m，结合水库水位目前只有126.8m的现状，综合水库历年来水情况和灌浆平台填筑现状，制定了主汛期库水位控制在130m以下和主汛期后库水位控制在134m以下的控制方案，力保平台施工不受影响。
5.2 针对砂卵石平台土质疏松难以成孔等情况，增加4台跟管钻机、两台空压机和两台液压拨管机，重新制定了施工方案，分别采用重锤跟管法、回转钻进跟管法和专用跟管钻机跟管法等多种工艺，提高成孔速度，加快工程进度。主汛期完成库区内深水易塌部位80m左右的钻孔灌浆，剩余75m左右靠近坝坡，影响相对较小，可以在主汛期后施工。
5.3 加强洪水预报和协调沟通，建立健全会商制度，密切关注水情、雨情，通过水库水量调度，控制库水位上升对灌浆施工平台的威胁。同时加强平台防护，在保证度汛安全的前提下，汛期不停工。
5.4 制定灌浆保证方案。若实际灌浆能达到灌浆试验功效，则工期上可以保证。若达不到灌浆试验功效，则采取以下措施。
5.4.1 工艺上增加浆液开灌比级（由1:1:10变为1:1:6），同时对需要待凝的灌浆孔段采用纯水泥制的（0.6～0.5:1）浓浆进行灌注，以缩短灌浆时间和待凝时间，提高结石强度与防渗等级，切实提高砂卵石地层的平均钻灌功效。
5.4.2 在各单元工程以内按照排序和孔序施工，在不同的单元工程中可跨越排序和孔序施工。避免因过多的受到排序和孔序限制而造成设备闲置停等，提高钻灌设备功效。
5.4.3 根据日报分别计算出当前空钻段和灌浆段的总平均功效，根据当前总平均功效决定是否需要增加灌浆设备及增加灌浆设备的数量。
6. 工程质量情况
采取以上施工方法，对岳城水库主坝右岸桩号2＋800～3+360坝段基础进行帷幕灌漿技术防渗处理。工程质量评定优良，合格率100%。
7. 结束语
岳城水库主坝右岸该防渗处理工程解决了主坝右坝头基础渗漏等问题，保证大坝安全运行。帷幕灌浆技术应得到广泛推广和应用。
参考文献
［1］ 唐益群，叶为民.土木工程测试技术手册［M］.上海：同济大学出版社，1999.05.
［2］ 岳城水库大坝帷幕灌浆试验报告［资料］.天津：水利部天津水利水电勘测设计研究院科研所.
［3］ 中国混凝土技术网http://www.dfjyconcrete.com/.
［4］ 岳城水库调度运用工作手册岳城水库管理局，1993.12.
［5］ 江见鲸，李杰，金伟良.高等混凝土结构理论。北京：中国建筑工业出版社，2006.
［6］ 卢廷浩，刘祖德.高等土力学.北京:机械工业出版社，2005.8.
［7］ 纪午生等.常用建筑材料试验手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1988.02.
［文章编号］1006-7619（2011）02-28-392
［作者简介］ 周云鹏（1973.2-），男，职称：工程师，专业：水利水电工程，工作单位：漳卫南运河岳城水库管理局。
王磊（1981.4-），男，职称：助工，专业：会计，工作单位：漳卫南运河岳城水库管理局。