试述旁多水库基础帷幕灌浆施工

【摘 要】 西藏旁多水库左岸帷幕灌浆，采用“上墙下幕”的防渗形式，上下游排非灌段为覆盖层，最深的部位在120米以下，钻孔过程中施工难度大，孔斜率很难控制。笔者将阐述帷幕灌浆施工中的技术处理措施，并依据灌浆成果分析灌浆质量情况，为高海拔地区深厚覆盖层帷幕灌浆提供一些可以借鉴的经验。

【关键词】 深厚覆盖层 帷幕灌浆 质量控制

1 工程概况

旁多水利枢纽工程位于西藏自治区林周县旁多乡下游1.5km处的拉萨河干流上，为拉萨河中段梯级开发之首，是西藏自治区“十五”期间重点水利工程项目，工程任务以灌溉、发电为主，兼顾防洪和供水。枢纽由大坝、泄洪洞、引水系统、发电厂房、灌溉输水洞等组成。工程规模为大（1）型，工程等别为Ⅰ等，大坝为1级建筑物。正常蓄水位4095m，设计洪水位4096m，校核洪水位4098.7m，水库总库容12.3×108m3。本工程地震基本烈度为Ⅷ度，大坝的地震设计烈度采用Ⅸ度。

2 灌浆施工地质条件

左岸帷幕灌浆区覆盖层厚约20m～128m左右，主要为混合土碎（块）石、碎（块）石混合土（）、冲积卵石混合土（）和冰水积卵石混合土（），其中冰水积卵石混合土（）厚约30m～100m。基岩为粗安岩、花岗岩，花岗岩与粗安岩呈熔融接触，粗安岩埋深8m～51m，岩石破碎，裂隙发育，下伏花岗岩岩芯完整、坚硬、裂隙不发育，局部存在少量陡倾角裂隙。地下水埋深35m～80m。

（1）桩号0+23m～0-158m为强透水区；（2）强透水区主要集中在粗安岩地层中；（3）地层不均一，地质条件复杂，粗安岩地层中不规则分布有极强透水层；（4）5Lu线位于设计帷幕底线之上，经先导孔验证，设计帷幕底线是合理的。

3 左岸帷幕灌浆设计方案

为确定左岸帷幕灌浆合理的施工工艺和施工参数，2010年8月至2011年7月，在高程4143平台和4121平台分别进行了单排孔和多排孔灌浆试验。经试验及施工阶段补充地质勘察结果表明，单排孔不能满足设计防渗要求。为此，业主组织相关专家召开了左岸施工方案咨询会，决定将帷幕灌浆调整为两排（桩号0+147m-0+85m）和三排（桩号0+85m-0-230m）。并确定最终设计方案为：上下游排孔距1.5m，入花岗岩15m；第二排孔距2.0m，入5Lu线以下5m。设计方案特别说明：可根据施工情况和检测成果，对局部地段可采取加密措施，保证防渗效果满足设计要求。

4 左岸帷幕灌浆施工工艺

4.1 钻孔方法

左岸地层上部主要为卵石混合土、混合土碎石，深度较大，堆积不均匀；下部为粗安岩，岩石破碎、裂隙发育，基岩为花岗岩，上部较破碎，下部完整。因此对于卵石混合土等破碎地层合金钻头不能满足钻进要求，因此采用金刚石钻头钻进，而且必须配备性能良好的固壁泥浆方能成孔，卵石混合土石地层渗漏量大，泥浆耗量也较大。

4.2 镶注孔口管

左岸中间排桩号0+147m～0-120m段为混凝土防渗墙，采用在墙体中预埋灌浆管的方法。其余部位均需要镶孔口管。覆盖层中镶孔口管采用砸管工艺和全液压跟管钻机跟管钻进进行。浅孔（0～40m）采用跟管钻机钻进，孔径φ168mm，并下设φ91mm套管；其他孔用φ91mm金刚石钻头边钻进边砸管直到设计下管深度。下射孔口管直径φ89mm，壁厚3.5mm。

4.3 钻孔冲洗、裂隙冲洗和压水试验

帷幕灌浆在各段钻孔完成后，要对所有孔段进行裂隙冲洗和压水试验。

4.3.1 钻孔冲洗

灌浆孔段在灌浆前均进行了钻孔冲洗，孔内沉淀厚度不超过20cm。

4.3.2 裂隙冲洗

各灌浆孔段在灌浆前进行了裂隙冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80%，若大于1MPa时，采用1MPa，直至回水清净为止。

4.3.3 压水试验

本工程先导孔和检查孔采用了“五点法”压水试验，灌浆孔采用了“简易压水”，压水试验在裂隙冲洗完成后进行，简易压水的压力为灌浆压力的80%，该值若大于1.0MPa，采用1.0MPa；压水时间20min，每5min记录一次压水流量，取最后的流量作为计算值，其成果以透水率表示。“五点法”压水按“94灌规”执行。

4.3.4 施工程序和灌浆方法

左岸对于三排孔采用先施工下游排再施工上游排，最后施工中间排的顺序进行；对于两排孔组成的帷幕，先施工下游排，再施工上游排；第一排和第三排孔分两序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。中间排在加密区按三序施工，先施工Ⅰ序孔和Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。

左岸及右岸第三区灌浆由于覆盖层较深以及其下岩石裂隙发育、破碎，钻孔塌孔，因此采用了“孔口封闭”“孔内循环”“至上而下”的灌浆方法。

4.3.5 灌浆压力和段长

左岸灌浆压力的使用经历了两个阶段，第一阶段压力采用的是2012年北京咨询会前按《大坝基岩帷幕灌浆施工技术要求》原则确定的压力。

第二阶段灌浆压力是根据北京咨询会后，根据专家意见，压力不宜过高，而且升压不宜过快以及排与排之间压力幅差不宜过大等原则，进行了调整，调整后的灌浆压力见表1、表2。

4.3.6 灌注浆液

左岸灌注浆液主要为纯水泥浆，比级为3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1五个比级。对于一、三排渗透性较大的孔段采用灌注膏状浆液进行先期堵漏的方法进行，膏状浆液配比为水：水泥：澎润土=0.5：1：（0.06～0.08）。

4.3.7 结束标准

左岸帷幕灌浆采用“孔口封闭法”结束标准为同时满足以下两个条件：（1）在设计压力下，注入率不大于1L/min时，延续灌注时间部少于90min；（2）灌浆全过程中，在设计压力下的灌浆时间不少于120min。

5 施工难点、特点和处理措施

5.1 常规钻孔方法对深孔帷幕灌浆施工效率的影响

按设计变更图纸要求，采取加密、补充灌浆施工，旁多共完成灌浆钻孔1132个，其中最深的孔为145.18米，平均孔深为117米，钻孔总进尺63947米，灌浆总进尺62189米。工程量大，而且上、下游排帷幕灌浆为深厚覆盖层下帷幕灌浆，非灌段镶管工程量大，且镶管地层均为覆盖层，如果采用常规的清水钻孔，容易出现塌孔、掉块等孔内事故，且功效很低。经过多次试验，采用膨润土浆液护壁钻孔后，孔内事故大大减少，确保了灌浆质量和施工进度。事实证明，膨润土浆液在覆盖层帷幕灌浆施工中的应用是合理、可行的。

5.2 深厚覆盖层帷幕灌浆中铸管的预防

前期在生产性试验中多次发现，当使用使用3：l、2：l的纯水泥浆灌浆时，在注入率偏小时常会出现回浆变浓现象，返浆浓度最大可超过0.5：1，如不及处理时，几分钟之内孔内钻杆即会铸管，带来非常大的损失并严重影响正常施工。

发生上述异常情况的原因主要有：（1）由于循环式灌浆本身的特点，在深孔帷幕灌浆过程中，浆液在狭窄的通道上远距离长时间的流动摩擦，将产生热量，使浆液温度迅速升高，水化过程加快，黏度剧增，出现回浓浆现象。（2）当灌浆段遇到超固结的粉质壤土层或沙层时，地层致密完整，基本上不吸浆，即使在很高压力下也无法将其劈裂，此时的高压灌浆仅能起到进一步挤密压实粉质壤土层的作用，地层会出现吸水不吸浆的现象，而纯水泥浆液是非稳定浆液，浆液中的水分会迅速被粉质壤土层吸收，浆液即会变浓。

旁多左岸帷幕灌浆工程的孔深普遍超过110米，且地层中有分布不均、厚度不等的细沙层。前期的两个生产性试验区内，曾发生过类似的情况，如果在后期的大规模施工中继续这样，施工中容易堵管，经过多次分析讨论，对于吃浆量大和沙层较厚的孔段采用膨润土膏浆进行灌注。相比纯水泥浆液，水泥膨润土浆液有以下几个优点：（1）浆液稳定性高，在长时间的灌浆过程中能保持良好的均匀性，不容易产生沉淀，减少了铸管的危险。（2）浆液的流动性较好，析水率低，在灌浆过程中能形成均匀稳定的的传播前沿，有利于浆液中均匀的扩散。（3）膨润土掺量不超过水泥量的10%时，浆液所形成的结石强度不仅不会降低，甚至比水泥结石的强度还要略高，浆液有具有较低的析水率，可以使被灌地层填充密实，并形成密实性和强度较高的结石。这种结石具有较高的抗侵蚀能力，因而可以提高帷幕的耐久性。

5.3 吃浆量大多次复灌难易达到结束标准孔段的处理

左岸灌浆区域地层的特点是：覆盖层深厚，粗安岩破碎、厚度不一、透水性强、局部夹泥和砂、存在陡倾角裂隙。

鉴于以原因，灌浆中冒浆、漏浆、串浆、吸浆量大难以结束等现象非常普遍，以致造成工效低、进度慢、劳动强度高。在施工中主要采取了降压、限流、间歇、加大水泥灌注量、待凝、多次复灌、灌膏状浆液等措施。限流一般控制在15L/min～20L/min，水泥灌注量控制在5t～10t/段左右，待凝时间一般控制在12h～72h不等。

6 灌浆质量成果的分析

6.1 灌浆过程符合一般地层规律的分析

从上表3可以看出：排与排之间单位注入量有明显递减趋势，上游排较下游排递减29.3%，中间排较上游排递减25.3%，比下游排递减47.2%。说明灌浆效果明显。

6.2 灌浆过程异常情况分析

从上表可以看出旁多左岸帷幕灌浆的效果是明显的，各排序间、个次序孔之间有明显的递减。但是左岸帷幕灌浆地层复杂、地层不均一，有部分单元各次序孔、各排序孔之间也存在这倒序现象。如表4

发生倒序现象的根本原因：左岸帷幕灌浆地层不均一，地层很复杂，和一般的基岩灌浆是不同的。

6.3 灌浆前后地层渗透性的变化

灌浆施工中在每个单元下游排布置的先导孔，在灌浆前分段钻孔、压水。从压水度验资料看出先导孔中平均透水率小于5的没有。从左岸灌前先导孔与灌后检查孔吕荣值对比看出左岸帷幕灌浆的地层透水率较大、可灌性较好，帷幕灌浆效果良好。表5是左岸部分单元灌前先导孔与灌后检查孔吕荣值对比表。

从左岸施工的单元检查孔透水率情况看，均满足设计防渗标准标准。

7 结语

西藏旁多水库大坝帷幕灌浆工程在施工方案、施工工艺、质量、进度、安全等各方面取得了预期效果，总结起来成功之处以及值得借鉴的地方主要有以下几个方面。

（1）灌浆质量满足设计要求：左岸帷幕灌浆设计防渗标准q≤5Lu，共计34个单元，灌浆孔745个，检查孔86个，通过对灌浆成果资料的统计分析，排内各序孔以及排间单位注入量呈现明显的递减规律；依据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-94）质量评定标准评定，检查孔透水率全部合格，施工质量全部满足设计要求。

（2）跟管钻进成孔与砸管工艺切实有效：对于在深厚覆盖层下基岩帷幕灌浆，覆盖层深度超过40m，上部采用全液压跟管钻进成孔，下部采用地质钻机、泥浆护壁、砸管钻进工艺比较可行，虽然是基本的方法，效率中等，但在控制好钻进参数的情况下，对于孔斜控制和成孔的可靠性是有保障的。

（3）科学决策与良好配合是成功的关键：旁多帷幕灌浆施工地层复杂、施工难度大，施工方案、工艺、参数经历了多次调整和优化，通过参建各方积极、良好的沟通与配合，最终保质保量顺利的完成。本工程的圆满完工无论从设计方案、施工工艺、结算单价等方面都为西藏高海拔地区今后的深厚覆盖层帷幕灌浆起到指导和借鉴作用。