關鍵詞：小南海水庫  地震崩塌堆積體  帷幕灌漿  施工

 

 

    1、工程概況

    小南海水庫位于重慶市黔江區(qū)小南海鎮(zhèn)境內(nèi)，是1856年地震山崩堵塞老窖溪形成的一座中型天然水庫。水庫集雨面積98.8km2,大壩防滲整治前水庫正常蓄水位高程670.5m，總庫容7087萬m3，有效庫容2930萬m3。由于天然壩體結構松散，滲漏加劇，多年平均滲漏水量約1000萬m3，致使壩體產(chǎn)生管涌滲透變形，危及大壩安全。為了確保壩體安全，加強天然壩體的防滲性能，減少水庫滲漏，保護地震遺址，在設計多方案論證基礎上，經(jīng)主管部門批準，采取帷幕灌漿進行大壩防滲整治。由于地震崩塌堆積的天然壩體中帷幕灌漿屬“國內(nèi)唯一，世界罕見”，沒有經(jīng)驗可借鑒，亦沒有對應規(guī)程規(guī)范可遵循，因此，帷幕灌漿設計、施工及質(zhì)量檢查方法具有一定的探索性。

    天然壩形成于1856年黔江—咸豐地震，地震崩塌堆積體堵斷老窖溪形成小南海天然水庫。天然壩體長約1000m，壩高一般60～70m，部分達80～100m，頂寬度為100～230m，壩底寬度為1200～1300m，壩體總體積約為4000～4600萬m3。

    ⑴天然壩體主要由地震崩塌堆積的頁巖及粉砂質(zhì)頁巖塊碎石夾孤石，以及堆積、風化或沉積碎屑組成。

天然壩體物質(zhì)結構在垂向上存在明顯差異，橫向上差異不明顯。高程633.40～659.00m以上壩體孤石含量為28.09～56.52%，孤塊碎石粒徑明顯比下部大，孤石最大直徑達10.0m以上。該部分結構松散，局部有架空結構。鉆孔注水試驗測得滲透系數(shù)為39.38～176.31m/d，屬強—極強透水層。

    下部壩體高程633.40～659.00m以下至高程608.47～622.41m之間，孤石含量為0.00～17.96%，塊碎石含量較上部壩體增加，孤塊碎石粒徑明顯較小，部分被粉細砂或粘土充填，基本無架空現(xiàn)象。鉆孔注水試驗測得滲透系數(shù)為6.53～60.80m/d，屬較強—強透水層。

    ⑵地震崩塌堆積體之下掩埋了原河流及Ⅰ級階地堆積物。

    ⑶天然壩體下伏基巖為志留系中統(tǒng)羅惹坪群（S2Lr1）第一段灰色及灰綠色頁巖，并夾有介殼灰?guī)r透鏡體。鉆孔壓水試驗測得，基巖強弱風化帶巖體透水率為2.3～3.3Lu，新鮮巖體透水率為1.7～3.3Lu，均屬弱透水巖體。

    ⑷壩體滲漏點主要位于大壩右側(cè)天然溢洪道內(nèi)，分布在不同層面的三個高程帶上；天然壩右半部上游壩坡分布有管涌入口，一般呈圓～橢圓狀，直徑一般0.10～0.30m，大部分位于塊碎石與孤石的接觸部位。

    灌漿工程施工時段及完成工程量見表1。

表1         工程各時段及完成工程量

項 目          內(nèi) 容	技施設計前灌漿試驗	生產(chǎn)性試驗灌漿	主體工程施工
鉆      孔（m）	3068.7	3899.15	44529.59
鑲鑄孔口管（m）	88	224	2544
灌     漿（m）	3055.5	3737.15	44169.09
壓水試驗（段）	14	11	41
完成時段	2000.1.3～4.7	2000.7.27～2001.2	2001.3～2002.1

 

    ⑴根據(jù)天然壩體工程地質(zhì)條件和帷幕灌漿試驗，結合水利部專家組咨詢意見，設計帷幕軸線長748.138m，三排孔，相鄰2排排距有1.5m、2.0m兩種，孔距有3.0m、3.5m兩種，設計帷幕孔724孔，帷幕孔深入壩基巖體1.0m。

    ⑵設計灌漿壓力：兩邊排Ⅰ、Ⅱ序孔灌漿壓力為0.2～0.8Mpa，兩邊排Ⅲ序孔灌漿壓力為0.2～1.2Mpa，中間排各序孔灌漿壓力為0.3～1.4Mpa。

    ⑶灌漿材料及漿液配比：灌漿材料為普通硅酸鹽水泥和粘土為主，遇大漏漿及大通道時使用砂子和水玻璃。

    灌漿漿液采用水泥粘土漿。邊排孔采用水泥：粘土為1：0.6，中排孔采用水泥：粘土為1：0.4的水泥粘土漿，水固（水泥+粘土）比采用3、2、1三個比級，即灌漿漿液重量比水泥：粘土：水為1：0.6：1.6，1：0.6：3.2，1：0.6：4.8，1：0.4：1.4，1：0.4：2.8，1：0.4：3.2共六個比級。

    ⑷質(zhì)量標準：因壩體防滲帷幕的主要目的是減少滲漏，確保壩體安全，故根據(jù)壩體結構特征不同區(qū)段選取不同的防滲標準：帷幕灌漿試驗區(qū)樁號壩0+409.100～0+394.130m、壩0+644.631～0+626.631m壩段透水率＜10Lu；樁號壩0+752.638～0+644.631m、壩0+626.631～0+409.100m和樁號壩0+394.130～0+4.500m壩段透水率＜15Lu。

    3、帷幕灌漿施工

    帷幕灌漿前對壩頂帷幕軸線部位進行開挖平整，澆筑寬6.0m、厚0.3m的壓重混凝土（竣工后作為壩頂公路），先鉆灌第1、2段，再鑲鑄長4.0m的孔口管，以保證灌漿效果。

    采用小口徑無芯鉆孔、孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)的方法進行灌漿施工。根據(jù)天然壩體的工程地質(zhì)特點，采用稀泥漿護壁鉆孔，解決了成孔難的問題，且帷幕孔灌漿段成孔后，不進行清水沖洗和灌前壓水試驗。

    帷幕灌漿孔施工按分序加密的原則進行，先施工下游排，再施工上游排，最后施工中間排。同排中先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔，再Ⅲ序孔。

    第1、2段段長2.0m，第3段段長3.0m，第4段及其以下各段均為5.0m，最大段長不超過8m。

    3.3鉆孔

    鉆孔主要采用300型地質(zhì)鉆機，φ60mm金剛石鉆頭無芯鉆進，終孔入基巖時換用φ56mm的金剛石鉆頭取芯鉆進。采用KXP-1型測斜儀進行孔斜檢測，所有鉆孔均沒有孔斜超出設計要求。

    3.4 水泥粘土漿變換標準

    每段灌漿前用灌漿漿液置換孔內(nèi)鉆孔泥漿，記錄儀打出的第一介讀數(shù)不作為變漿依據(jù)。當水固比為3：1的漿液注入量達500L，而灌漿壓力和漿液注入率無明顯變化時變濃一級。當水固比為2：1的漿液注入量達800L，而灌漿壓力和漿液注入率無明顯變化時變濃一級。當漿液注入率大于40L/min，灌注量達800L后壓力和注入率無明顯變化時越一級變濃。鉆孔時，孔口一直不返漿的灌漿段，可直接灌注最濃一級漿液。

    每個單元均設有抬動觀測孔（樁），在灌漿過程中及時進行抬動觀測，并做好記錄。發(fā)生抬動現(xiàn)象時，通過降低灌漿壓力或注漿速率等措施，使抬動值在設計允許范圍內(nèi)。

    灌注水泥粘土漿時，在設計壓力下，當漿液注入率不大于1L/min時，繼續(xù)灌注30min或漿液注入率不大于2L/min時，繼續(xù)灌注40min結束；灌注水泥粘土砂漿時，在設計壓力下，漿液注入率不大于1L/min時，穩(wěn)定3—5min即可結束。

    終孔灌漿結束后，用最濃一級的水泥粘土漿置換孔內(nèi)稀漿，用終孔段的灌漿壓力機械封孔，上部空余部分人工封孔。

    3.7 鉆孔和灌漿過程中特殊情況的處理措施

    由于天然壩體物質(zhì)組成和物質(zhì)結構的特點，在壩體內(nèi)形成架空和“砂窩”層（“砂窩”指天然壩體內(nèi)孤塊石之間及其架空空洞內(nèi)堆積的風化頁巖碎屑層），這是帷幕灌漿鉆孔、灌漿及其質(zhì)量檢查的難點。

    鉆進中遇到架空且長時間護壁泥漿漏失時，立即停鉆并提鉆，根據(jù)架空段高度投入碎石，然后壓塞灌漿。鉆進中若遇到不架空但長時間不返泥漿的孔段，立即停鉆，采用水泥粘土漿進行灌注。

    由于架空段和不返泥漿段的耗漿量大，灌漿一般難以結束，需采取如下措施：

    ⑴灌漿過程中出現(xiàn)大漏漿時，優(yōu)先采用無壓、低壓、濃漿、限流、間歇灌漿方法；

    ⑵按上述第⑴條原則操作，若漿液注入量累計達2000L后，仍不能回漿或升壓力時，采用機械灌注水泥砂漿或水泥粘土砂漿，直至結束。

    ⑶水泥砂漿灌注難以結束時，采用摻水玻璃的辦法灌注直至不進漿結束。

    4、灌漿質(zhì)量檢查

    灌漿質(zhì)量檢查，采用鉆檢查孔分段壓水試驗的方法。

    為保證檢查孔注水試驗的準確可靠性，設計特別強調(diào)鉆孔禁止用泥漿護壁。因用清水鉆檢查孔時總是發(fā)生縮徑和塌孔事故，使檢查孔施工曾出現(xiàn)一度受阻無策，成為本工程重要的關鍵技術問題。經(jīng)兩次多位專家咨詢及先后5種不同工藝試驗，最終選用“分級跟管護壁、小孔徑清水回轉(zhuǎn)鉆進超前導孔、靜水頭分段壓水試驗”方法較好地解決了灌漿質(zhì)量檢查問題。

    共完成帷幕灌漿孔736孔，帷幕灌漿鉆孔總段長51497.46m，灌漿總段長50961.76m，灌入水泥14350.26t,粘土7424.68t，平均單位耗干料（水泥+粘土）427.28kg/m。

    每個單元工程均設一個檢查孔，共作檢查孔18個，靜水頭壓水試驗66段次，孔段合格率100%。其中帷幕灌漿試驗區(qū)布置2個檢查孔，透水率值最大為4.7Lu（防滲標準為10Lu）。除試驗區(qū)以外的其余壩段布置16個檢查孔，透水率值最大為14Lu（防滲標準為15Lu），全部滿足設計要求。 

    帷幕灌漿各排序孔單位水泥粘土注入量對比分析見表2。

    從表2看出,注入量隨孔序加密呈遞減規(guī)律。下游排帷幕孔單位干料（水泥+粘土）注入量為528.27kg/m，上游排為476.49kg/m，中間排為283.48kg/m，上游排比下游排減少9.8%，中間排比上游排減少40.5%。下游排Ⅱ序孔單位干料注入量比Ⅰ序孔減少12.3%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔減少22.2%；上游排Ⅱ序孔單位干料注入量比Ⅰ序孔減少5.5%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔減少24.0%；中間排Ⅱ序孔單位干料注入量比Ⅰ序孔減少12.5%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔減少18.7%。

           表2     各排序孔單位水泥粘土注入量對比表            單位：kg/m

 

    溢洪道施工，在樁號壩0+668.231～0+605.900m范圍內(nèi)開挖深度7.0m ，從開挖揭露的灌漿后壩體地層結構看，大孤石裂隙以及較松散的堆積體中均被水泥粘土漿結石充填密實，漿液結石最大寬度達25cm，漿液在地層中擴散延伸長度達20m余。

    灌漿施工期所建滲流量觀測系統(tǒng)位于壩下游河床，滲流量觀測從2001年7月22日至今，實測灌后最大滲流量為30.0L/s（相應庫水位高程669.48m），是灌漿前庫水位高程668.24m的滲流量5.2%，正常蓄水位670.50m的3.54%。

 

    綜上所述，小南海天然地震堆積壩體帷幕灌漿工程，設計合理，施工質(zhì)量控制科學，防滲加固效果明顯。

    在小南海天然地震堆積壩體中作帷幕灌漿防滲加固工程，目前屬國內(nèi)唯一的先例。設計施工過程中，對鉆孔、灌漿技術參數(shù)，灌漿材料、漿液配比、灌漿過程中特殊情況的處理、以及灌后質(zhì)量檢查方法等多項技術與工藝進行了較多的試驗探索，并取得成功經(jīng)驗。

    該工程的成功實施，為我國今后解決類似工程問題積累了寶貴的設計和施工經(jīng)驗。