高关水库大坝基岩帷幕灌浆试验研究.pdf

年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）文章编号：（）高关水库大坝基岩帷幕灌浆试验研究王可，张曼（湖北华傲水利水电工程咨询有限责任公司，武汉 ；湖北省水利水电科技推广中心，武汉 ；湖北腾升工程管理有限责任公司，武汉 ）摘要：高关水库坝基部位岩溶发育，主坝局部有明流渗水点和渗漏情况，透水性较强，采用“混凝土防渗墙 帷幕灌浆”的方式进行处理。文章结合生产性帷幕灌浆试验，研究并验证可行的灌浆方式及灌浆压力等灌浆参数，确保施工过程中帷幕灌浆的安全性和有效性，并提高灌浆的经济性。关键词：水库大坝；帷幕灌浆；透水率；试验研究中图分类号：文献标识码：收稿日期 作者简介 王可（），男，河南南阳人，工程师，从事水利工程项目管理和监理工作；张曼（），女，河南商丘人，工程师，从事水生态修复和水污染治理工作。引言岩溶发育地区大坝基岩处理是极为重要的，同时处理技术比较复杂。帷幕灌浆技术是水工建筑岩体处理中常用的一种重要的工程措施。岩溶地区帷幕灌浆具有灌注材料量大、防渗帷幕深和施工复杂的特点。施工前必须探明坝基的地质条件，明确渗漏情况和渗流规律，提出合理的防渗处理措施。在熟悉项目地质勘查报告和设计文件的基础上，为进一步掌握地质条件的一般规律和特殊性，通常采用钻孔和压水试验作为补充地质勘探的手段。在大坝帷幕灌浆前，为获得可靠的灌浆参数，必须选择具有代表性的区段，制定灌浆试验方案，在现场进行生产性试验 。工程概况高关水库位于大洪山复背斜东南倾伏端与云应凹陷北端的交汇处，坝基岩石为白垩系上统公安寨组第三岩性段的砾岩。组成坝基砾岩的砾石成分中，由碳酸盐岩组成，充填物和胶结物中以碳酸盐类为主，加之小断层和构造裂隙发育，所以岩溶发育。大坝位于大富水河上游，为黏土心墙代料坝，最大坝高 ，是一座以供水和灌溉为主，兼有防洪、发电、旅游等综合效益的大（）型水库。由于主坝局部有明流渗水点和渗漏情况，主坝防渗处理采用心墙抽槽浇筑混凝土防渗墙，坝基进行帷幕灌浆的方式。根据地质资料，设计单位考虑混凝土防渗墙施工对坝基的扰动，主坝帷幕灌浆范围确定为桩号 和 段，帷幕轴线同坝轴线，孔距 ，单排布置；在坝基 断层（桩号范围 ）和 断层（桩号范围 ）内增加一排帷幕灌浆，帷幕轴线在坝轴线上游 ，孔距 ，帷幕底线与坝轴线帷幕相同，并与坝轴线帷幕孔呈梅花形布置，灌浆过程中先灌下排孔，再灌上排孔。试验目的和试验依据 试验目的）分析岩溶地质条件下的灌浆材料及工艺控制要求。）得出各段岩层的透水状况和吸浆状况，决定最后灌浆深度。）查验设计给定的灌浆压力是否合理，是否会造成坝体的漏浆和抬动。）通过分析水泥用量、压水试验成果，优化灌浆工艺及相关技术参数，提出合理建议，确保灌浆的有 年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）效性和经济性 。试验依据 大坝基岩灌浆、水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（）、水利水电工程钻孔压水试验规程（）、湖北省高关水库除险加固工程施工技术与安全要求 和施工图纸等技术文件。试验设计 试验孔布置本次试验选择主坝桩号 （号孔 号孔）段实施，共计布置了 个试验孔，其中序孔个，序孔个，序孔个。并在 号孔和 号孔中间布置一个灌浆检查孔，在 号孔和 号孔中间布置一个抬动观测孔，对灌浆效果进行检查。试验孔孔深按设计的帷幕底线控制，先导孔比帷幕底线低 ，检查孔孔深比帷幕底线低 ，孔位布置见图 。图 帷幕灌浆试验段孔位布置图 试验要求）孔深应达到设计要求的底线高程，终孔段遇性状较差断层、夹层等地质缺陷时，应加深钻孔至穿过该地质缺陷 以上。）压水试验采用单点法。）灌浆孔采用“孔内阻塞灌浆法”进行灌浆，混凝土与基岩接触段应先进行单独灌注并待凝 。）帷幕孔灌浆压力第一段取 倍坝前静水头，以下各段可逐渐增加，孔底段倍坝前静水头，灌浆压力以回浆管压力表读数为准。）灌浆孔灌浆第一段（接触段）为 ，其余灌浆段长为 。）溶洞充填用砂采用质地坚硬、清洁、级配良好的天然细砂，粒径最大 。施工过程钻孔深度按设计的灌浆深度进行钻进，先导孔孔深较帷幕设计孔深 。钻孔施工过程中如果遇到最后 段的渗透系数 时，在设计帷幕底线继续向下钻 ，直到渗透系数 。当在孔底遇到溶洞、溶槽时，将溶洞、溶槽充填灌浆后，再进行该部位的帷幕灌浆，并自溶洞底向下继续钻进 ，且压水试验检查的渗透系数须 。灌浆时，先导孔采用循环式自上而下分段灌浆法，其他试验孔采用循环式自下而上分段灌浆法，灌浆时其射浆管距孔底 。第一段（接触段）灌浆采用“孔内阻塞灌浆法”进行灌浆，灌浆时阻浆塞宜跨越混凝土与基岩接触面安放，以下各段灌浆塞应安放在灌浆段段顶以上 处。除第一段（接触段）灌浆应先进行单独灌注并待凝，待凝时间 ，其余灌浆段灌浆结束后可无特殊情况均不待凝，灌完后直接进行下一段次施工。试验成果分析 灌浆试验成果帷幕灌浆试验记录见表 。表 帷幕灌浆试验记录表孔号设计深度 实际深度 孔底偏差 平均透水率 吸浆量 耗灰量 在 孔发现了溶槽，补充了溶槽充填灌浆和填充后的帷幕灌浆试验，进一步研究溶洞、溶槽充填灌浆后的帷幕灌浆效果。从先导孔的钻孔取芯状况看，该地区岩石为钙质胶结砾岩，胶结体较为密实，但强度不高，钻取的岩芯比较破碎，有掉块现象。各序次孔灌前透水率分布情况见表 。年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）表 各次序孔灌浆前透水率分布表孔序孔数平均透水率 总段数平均透水率区段分布 注：其中灌浆前第段平均透水率：序孔 ；序孔 ；序孔 ；低压初灌后的渗透系数均 。从表 分析得出：序孔灌前平均透水率 ，序孔灌前透水率较 序孔小，平均透水率 ，递减 ，序孔灌前透水率较小，平均透水率 ，递减率为 。在灌浆孔逐渐加密的过程中，基岩中的裂隙、漏水和渗水通道逐渐被水泥浆液充填，裂隙中的充填物获得了挤密，这使得基岩的防渗能力逐渐的获得提升，序孔平均透水递减较大，防渗能力大幅提升，达到灌浆效果。灌浆孔第 段的透水率都很大，结合先导孔的压水试验，部分孔段不能起压，是大坝帷幕灌浆处理的主要部位，故需在开孔时先对第 段进行低压初灌，并在全孔灌浆过程中对第 段进行复灌。水泥注入量成果分析）通过表 对水泥注入量递减关系分析得出各序次孔单位注入量，见表 。表 各序次孔单位注入量分析表施工部位灌浆次序单位注入量 递减率 备注试验区 相对于 序孔 相对于 序孔由表 可知，序孔的单耗为 ；序孔单耗为 ，对比 序孔递减 ；序孔单耗为 ，对比序孔递减 。反应出随着孔序的增加，水泥注入量有渐渐降低的趋向，符合灌浆的递减规律，在一定程度上反应了灌浆的效果较好。）通过对水泥浆注入量情况分析，得出各序次孔单位注入量分布情况，见表 。表 各次序孔单位注入量分布表部位孔序灌浆长度 单位注入量 总段数区间段数 区间占比 试验区 注：（）其中第段初灌的吸浆量：序孔 ；序孔 ；序孔 。（）第段复灌的吸浆量：序孔 ；序孔 ；序孔 。由表 可知，随着孔序的增加，水泥单位注入量有渐渐降低的趋向，即低单位注入量区间频次增加，大单位注入量区间频次减小，符合灌浆的递减规律，在一定程度上反应了灌浆的效果较好。各灌浆孔第 段初灌的吸浆量很大，且随着孔序的增加，单位注入量渐渐降低，复灌时，提高了灌浆压力，吸浆量很小，但还有少量吸浆，吸浆量也随着孔序的增加而逐渐降低，说明采取复灌的方式是有必要的。较大耗灰孔段分析本 试 区 共 灌 浆 段，共 灌 入 水 泥 量 ，平均单耗为 。较大耗灰量孔段段数及水泥量占比情况见表 ，较大耗灰量孔段分布情况见表 。表 较大耗灰量孔段段数及水泥量占比统计表单位耗灰量 合计段数 占总段数比 注入水泥量（）占总注入水泥量比 表 较大耗灰量孔段分布统计表孔号段号段号 段数 合计 ，年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）续表 较大耗灰量孔段分布统计表孔号段号段号 段数 合计 ，、，、，、，合计 注：）单耗 ，全部在 、序孔的第段，其中 序孔段，序孔段；）单耗在 之间的，序孔 段占 序孔的 ，序孔段占序孔的 ，序孔段占 序孔的 ；）第段（接触带）个孔有 个孔注灰量 ，占第 段总数的 ；有个孔注灰量 ，占第一段总数的 。由表 和表 可知：耗灰量较大孔段数占比 ，但 水 泥 消 耗 量 占 比 。单 耗 的孔段全部在 、序孔的第 段，其中 序孔 段，序孔 段。说明第 段（防渗墙接触带）下面存在渗漏通道，也是水泥消耗量的关键所在，该部位应先进行单独初灌、待凝，待全孔钻灌完成，再对该段进行复灌，并且在灌浆中主要采用低压限量循环灌浆，可越级变浓。抬动观测剖析本试验段共布设 个抬动孔，施工过程中，抬动观测装置安排专人进行实时监测，并随时进行记录。根据抬动观测记录，全部孔段压水和灌浆过程中产生的抬动均 ，符合设计的要求，说明本次试验设计压力是在合理范围内的，且孔口管的埋设深度符合灌浆的要求。质量检查 检查方法质量检查在灌浆结束 后进行，采用自上而下分段阻塞单点法压水试验，压水试验合格标准为透水率 。检查孔进行取芯，对采取的岩芯进行检查，查看有无水泥结石。灌浆质量以检查孔压水试验成果和芯样为主，结合考虑抬动观测情况以及其他资料进行分析。检查孔压水试验成果分析检查孔压水试验成果见表 。表 检查孔压水试验成果表孔号段次孔深透水率备注检查孔 各段透水率均满足设计要求（）由表 可知，检查孔压水 段，此中有 段透水率为 ，段透水率为 ，均满足设计要求，且透水率适中，反映灌浆参数具有较好的有效性和经济性。检查孔取芯分析经检查孔全孔取芯，取芯率均达 ，并发现有水泥结石，水泥结石和岩石胶结较好。从取芯的状况能够看出，采用灌浆试验参数可以有效满足防渗的要求。试验结论本试验段地质条件较为复杂，裂隙、溶槽及溶洞大量存在，且分布不规律，渗漏较大的部位主要是接触带处，建议按照以下试验结论进行施工，可取得较好的灌浆有效性和经济性。）当溶洞、溶槽或裂隙发育的孔段出现在设计帷幕底线处，可先进行充填灌浆，然后帷幕底线需从溶洞底线再向下钻 ，当灌前压水试验的渗透系数 ，需继续向下钻 ，直到灌前渗透系数 。）接触带基岩破碎或裂隙发育造成第 段（接触带）压水试验部分孔位不起压，应采用低压、浓浆灌浆，待凝 后再复灌，然后再进行以下各段施工，且无需待凝。）先导孔和检查孔应按自上而下的顺序钻孔、冲洗、压水灌浆。其他灌浆孔按第段 、第段及以下每段 自上而下逐段钻孔、逐段压水试验，直至设计孔深，然后全段冲洗，再自下而上逐段灌浆的顺序进行施工。（下转第 页）年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）要高度重视 技术的应用，对工程施工质量进行提升。）在泵站水闸施工过程中，相关单位应根据 技术开展质量管理工作，结合地质调查数据，充分考虑工程施工方案，构建相应的三维施工模型，并分析模型中的不同施工技术。模拟应用过程，及时发现不同技术应用过程中存在的不足，并据此制定相应措施，促进技术应用有效性的提升。）施工单位能够借助信息技术构建相应的信息共享平台，让施工人员交流经验和信息，不断完善施工技术应用流程，引导施工人员依据相应的制度进行操作。质量管理的实施创造了良好的环境。）在平台上打造在线学习模块，鼓励施工人员学习新技术、新知识，丰富施工人员的业余生活，使他们得以充分掌握不同的施工技术，为提升施工水平予以人才支持。）引入智能群控系统。在当代建筑中，泵站闸式建筑逐步淘汰单泵点对点控制系统，而泵站闸式建筑逐渐采取使用智能群控系统。系统内国产水泵控制数据及时、高效、智能。此外，即使系统出现异常，也能够及时响应和查看问题信息，减轻管理和施工人员的负担。目前，借助最新信息技术，泵站水闸施工水平和施工质量管理水平不断提高，各单位逐步推行智能化管理系统，如在泵站水闸施工中采取使用无人值守的管理理念。因此，数字化自动控制是未来水利工程发展的重要趋势。无论是施工技术还是质量控制，都在逐步引入智能控制技术，智能技术可以发挥很大的作用。因此，今后应推广和运用智能化群管理念，更好地做到泵站水闸施工质量技术管理，提升施工技术水平。增强施工组织管理和监督增强对施工单位的管理和监督，规范现场作业。在标准选用过程中，借助现场调整管控方式，完善专职管理员机制。定期对地方安全活动进行监督，增强泵站水利工程建设管理统筹管理，特别注重安全管理的统筹作用。采取积极有效措施，应对泵站水利工程建设，解决闸门问题。结语综上所述，在水利工程建设过程中，泵站水闸的施工、质量管理和当代技术的运用是工程成败的关键。科学、连贯的项目质量管理是提升项目质量和效益的有效途径。构建规范的施工管理制度，不断增强员工和管理人员的意识，明确分析技术问题，不仅能够提高工程质量，也有助于水利今后的可持续发展。参考文献：朱巍 探讨水利建设中泵站水闸的施工质量管理与技术运用 居舍，（）：程跃军泵站水闸的施工质量管理与技术应用 中小企业管理与科技：下旬刊，（）：付明，赵辉，袁俊年，等 型混凝土板桩在天生河泵站工程中的应用 人民长江，（）：，郑汉森 钢板桩与旋喷桩组合支护在广州市荔湾区西郊水闸、泵站重建工程深基坑开挖中的应用 水利建设与管理，（）：杨柳，柯贤婷 水利建设中泵站水闸的施工质量管理与技术 运 用 城 市 建 设 理 论 研 究：电 子 版，（）：陈一民，秦霆镐，王晓伟 基于 和 的水闸泵站计算机远程监控系统 上海大学学报：自然科学版，（）：杨柳，柯贤婷 水利建设中泵站水闸的施工质量管理与技术 运 用 城 市 建 设 理 论 研 究：电 子 版，（）：（上接第 页）鉴于溶洞、溶槽和裂隙分布不规律，先导孔不能完全真实地反映现状水文地质条件，发现溶洞、溶槽时，须适量增加钻孔，找出溶洞、溶槽范围，并在溶洞范围的上、下游适当增加 排灌浆孔。参考文献：谢仕求 洪家渡水电站 溶洞防渗帷幕灌浆技术研究及灌浆效果分析 长沙：中南大学，张正雄 岩溶坝基帷幕灌浆高注浆量控制措施与效果分析 钻探工程，（）：