摘  要：小南海水庫系1856年地震山崩堵塞溪流形成的一座中型天然水庫，天然壩體結(jié)構(gòu)松散，滲漏加劇，為加強(qiáng)天然壩體的防滲性能，減少水庫滲漏，采取帷幕灌漿進(jìn)行大壩防滲整治。本文詳細(xì)介紹了大壩防滲整治設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量檢查方法。由于地震崩塌堆積天然壩體防滲整治，國內(nèi)無先例，國外罕見，沒有經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。因此，小南海水庫天然壩體帷幕灌漿設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量檢查方法具有一定的探索性，其成功經(jīng)驗(yàn)對(duì)類似工程的防滲整治具有一定的參考價(jià)值。

　　關(guān)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(jié)構(gòu)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(qiáng)天然壩體的防滲性能，減少水庫滲漏，保護(hù)地震遺址，在設(shè)計(jì)多方案論證基礎(chǔ)上，經(jīng)主管部門批準(zhǔn)，采取帷幕灌漿進(jìn)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(yàn)可借鑒，亦沒有對(duì)應(yīng)規(guī)程規(guī)范可遵循，因此，帷幕灌漿設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量檢查方法具有一定的探索性。

　　1.1 天然壩的形成及分布范圍

　　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(dá)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.

　　1.2 工程地質(zhì)條件

　�、盘烊粔误w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(fēng)化或沉積碎屑組成。

　　天然壩體物質(zhì)結(jié)構(gòu)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(dá)10.0m以上。該部分結(jié)構(gòu)松散，局部有架空結(jié)構(gòu)。鉆孔注水試驗(yàn)測(cè)得滲透系數(shù)為39.38～176.31m/d，屬強(qiáng)—極強(qiáng)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(xì)砂或粘土充填，基本無架空現(xiàn)象。鉆孔注水試驗(yàn)測(cè)得滲透系數(shù)為6.53～60.80m/d，屬較強(qiáng)—強(qiáng)透水層。

　�、频卣鸨浪�堆積體之下掩埋了原河流及Ⅰ級(jí)階地堆積物。

　�、翘烊粔误w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(yàn)測(cè)得，基巖強(qiáng)弱風(fēng)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(diǎn)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(gè)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。

　　1.3 施工時(shí)段及完成工程量

　　2、帷幕灌漿設(shè)計(jì)

　�、鸥鶕�(jù)天然壩體工程地質(zhì)條件和帷幕灌漿試驗(yàn)，結(jié)合水利部專家組咨詢意見，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)帷幕孔724孔，帷幕孔深入壩基巖體1.0m.

　�、圃O(shè)計(jì)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(shí)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(gè)比級(jí)，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(gè)比級(jí)。

　�、荣|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：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(jié)構(gòu)特征不同區(qū)段選取不同的防滲標(biāo)準(zhǔn)：帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)樁號(hào)壩0+ 409.100～0+394.130m、壩0+644.631～0+626.631m壩段透水率＜10Lu；樁號(hào)壩0+752.638～0+ 644.631m、壩0+626.631～0+409.100m和樁號(hào)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(duì)壩頂帷幕軸線部位進(jìn)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。

　　3.1 灌漿方法

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

　　3.2 施工順序及灌漿段長劃分

　　帷幕灌漿孔施工按分序加密的原則進(jìn)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(jī)，φ60mm金剛石鉆頭無芯鉆進(jìn)，終孔入基巖時(shí)換用φ56mm的金剛石鉆頭取芯鉆進(jìn)。采用KXP-1型測(cè)斜儀進(jìn)行孔斜檢測(cè)，所有鉆孔均沒有孔斜超出設(shè)計(jì)要求。

　　3.4 水泥粘土漿變換標(biāo)準(zhǔn)

　　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(dāng)水固比為3：1的漿液注入量達(dá)500L，而灌漿壓力和漿液注入率無明顯變化時(shí)變濃一級(jí)。當(dāng)水固比為2：1的漿液注入量達(dá)800L，而灌漿壓力和漿液注入率無明顯變化時(shí)變濃一級(jí)。當(dāng)漿液注入率大于40L/min，灌注量達(dá) 800L后壓力和注入率無明顯變化時(shí)越一級(jí)變濃。鉆孔時(shí)，孔口一直不返漿的灌漿段，可直接灌注最濃一級(jí)漿液。

　　3.5 抬動(dòng)觀測(cè)

　　每個(gè)單元均設(shè)有抬動(dòng)觀測(cè)孔（樁），在灌漿過程中及時(shí)進(jìn)行抬動(dòng)觀測(cè)，并做好記錄。發(fā)生抬動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，通過降低灌漿壓力或注漿速率等措施，使抬動(dòng)值在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。

　　3.6 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和封孔

　　灌注水泥粘土漿時(shí)，在設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)漿液注入率不大于1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注30min或漿液注入率不大于2L/min時(shí)，繼續(xù)灌注40min結(jié)束；灌注水泥粘土砂漿時(shí)，在設(shè)計(jì)壓力下，漿液注入率不大于1L/min時(shí)，穩(wěn)定3—5min即可結(jié)束。

　　終孔灌漿結(jié)束后，用最濃一級(jí)的水泥粘土漿置換孔內(nèi)稀漿，用終孔段的灌漿壓力機(jī)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(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，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(fēng)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(diǎn)。

　　鉆進(jìn)中遇到架空且長時(shí)間護(hù)壁泥漿漏失時(shí)，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(jìn)中若遇到不架空但長時(shí)間不返泥漿的孔段，立即停鉆，采用水泥粘土漿進(jìn)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(jié)束，需采取如下措施：

　　⑴灌漿過程中出現(xiàn)大漏漿時(shí)，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(jì)達(dá)2000L后，仍不能回漿或升壓力時(shí)，采用機(jī)械灌注水泥砂漿或水泥粘土砂漿，直至結(jié)束。

　　⑶水泥砂漿灌注難以結(jié)束時(shí)，采用摻水玻璃的辦法灌注直至不進(jìn)漿結(jié)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(yàn)的方法。

　　為保證檢查孔注水試驗(yàn)的準(zhǔn)確可靠性，設(shè)計(jì)特別強(qiáng)調(diào)鉆孔禁止用泥漿護(hù)壁。因用清水鉆檢查孔時(shí)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(guān)鍵技術(shù)問題。經(jīng)兩次多位專家咨詢及先后5種不同工藝試驗(yàn)，最終選用“分級(jí)跟管護(hù)壁、小孔徑清水回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)超前導(dǎo)孔、靜水頭分段壓水試驗(yàn)”方法較好地解決了灌漿質(zhì)量檢查問題。

　　5、帷幕灌漿效果分析

　　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.

　　5.1 檢查孔靜水頭壓水試驗(yàn)成果

　　每個(gè)單元工程均設(shè)一個(gè)檢查孔，共作檢查孔18個(gè)，靜水頭壓水試驗(yàn)66段次，孔段合格率100%.其中帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)布置2個(gè)檢查孔，透水率值最大為 4.7Lu（防滲標(biāo)準(zhǔn)為10Lu）。除試驗(yàn)區(qū)以外的其余壩段布置16個(gè)檢查孔，透水率值最大為14Lu（防滲標(biāo)準(zhǔn)為15Lu），全部滿足設(shè)計(jì)要求。

　　5.2 灌漿成果分析

　　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%.

　　5.3、開挖檢查分析

　　溢洪道施工，在樁號(hào)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(jié)構(gòu)看，大孤石裂隙以及較松散的堆積體中均被水泥粘土漿結(jié)石充填密實(shí)，漿液結(jié)石最大寬度達(dá)25cm，漿液在地層中擴(kuò)散延伸長度達(dá)20m余。

　　溢洪道閘室段開挖右邊坡垂直深度5米處的灌漿結(jié)石照片

　　5.4 滲流量觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)資料分析

　　灌漿施工期所建滲流量觀測(cè)系統(tǒng)位于壩下游河床，滲流量觀測(cè)從2001年7月22日至今，實(shí)測(cè)灌后最大滲流量為30.0L/s（相應(yīng)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%.

　　備注： 847★為設(shè)計(jì)根據(jù)多年觀測(cè)資料計(jì)算值

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

　　6、結(jié)語

　　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(shè)計(jì)施工過程中，對(duì)鉆孔、灌漿技術(shù)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(xiàng)技術(shù)與工藝進(jìn)行了較多的試驗(yàn)探索，并取得成功經(jīng)驗(yàn)。

　　該工程的成功實(shí)施，為我國今后解決類似工程問題積累了寶貴的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。

　�。ㄇ�龍良   程丙權(quán)）