包罗水库帷幕灌浆生产性灌浆试验
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摘要：本文重点介绍帷幕生产性灌浆试验过程和试验结果，为类似工程提供参考。
Abstract: this article introduced the curtain grouting productive testing process and test results, and provide a reference for other similar projects.
Keywords: comprehensive reservoir; The curtain grouting; Productive experiment
中图分类号：P343.3文献标识码：A 文章编号：
1 包罗水库工程概况
包罗水库位于云龙县长新乡境内，江中上游左岸一级支流大达河上，地处东经99°30′04″，北纬26°05′42″，属澜沧江流域江水系。包罗水库工程由水库枢纽工程和灌溉输水工程两大部分组成。枢纽工程主要建筑物由大坝、右岸溢洪道和右岸输水隧洞组成，大坝高68.5m，坝顶高程2209.80m，坝型采用粘土心墙风化料坝。
包罗水库总库容1188万m3，水库年供水量1307.7万m3，其中农田灌溉供水1250.3万m3、设计灌溉面积2.594万亩，年解决农村安全饮水57.4万m3，工程批复投资概算25695.22万元，计划总工期46个月。
2工程地质
坝址河底高程2142m，河谷呈“U”型，河道基本顺直，右岸凸出。出露J2h1紫红色泥岩、粉砂质泥岩，浅灰色团块状泥岩，夹紫色细砂岩及石英砂岩，河床地带覆盖第四系冲洪积漂卵砾石砂地层。左岸坡近反向坡，岩层破碎，岸坡基本稳定。右岸坡上缓下陡，岩石相对完整，岩层近顺向坡，岩层倾角大于坡角，岩层结合紧密，岸坡稳定。经坝址区工程地质测绘，坝肩没有明显的卸荷裂隙带，也无潜在的大规模的滑坡体存在，两坝肩岸坡稳定。河床冲洪积层为强～中等透水层，基岩以中等透水层、弱透水层为主，存在坝基及绕坝渗漏问题，所以河床及两岸坡均要求进行帷幕灌浆。
3灌浆试验目的及内容
3.1灌浆试验目的
①验证水泥浆液配比能否满足要求；②进一步验证及确认灌浆技术参数能否满足设计防渗要求；
③验证灌浆设备、机具能否满足施工要求；④对人员、以及现场资源配置提供依据，为以后高强度施工提供参考。
3.2试验内容
①钻灌生产性试验；②抬动观测；③检查孔取芯及压水试验
4 主要施工参数
4.1灌浆压力以及水灰比选择
根据试验大纲以及设计要求，右岸帷幕灌浆试验孔为双排孔，孔距为2.0m，排距为1.5m。本试验区共布置26个孔；第一段孔径为φ91mm，第二段以下为φ75mm；检查孔孔径为φ75mm，采用自动记录仪进行记录。灌浆水灰比按照规范要求为5:1、3:1、2:1、1:1、0.5:1五个比级，开灌水灰比为5:1。
4.2抬动观测孔
抬动观测孔孔径为φ75，孔深为10.0m，钻孔采用回转式地质钻机。灌浆施工时在内管与基岩面之间安装千分表。
5灌浆施工
5.1钻孔
(1)帷幕灌浆孔采用回转式地质钻机进行施工，钻机安装平整稳固。
(2)钻孔孔径：试验区第一段钻孔孔径为φ91mm，其余段为φ75mm。
(3)钻孔孔深：试验区孔深按设计要求。
(4)钻孔时对孔内各种情况作为分析钻孔灌浆质量的基本依据。
(5)帷幕灌浆试验孔要进行孔斜测量，根据监理工程师指令，试验区每段均进行孔斜测量。其孔底偏差不得大于规定。根据测斜成果资料显示，所有灌浆孔段孔斜偏差值均符合设计要求。
5.2钻孔冲洗
(1)每个灌浆段钻孔结束后，应立即进行钻孔冲洗，孔底残留物厚度不大于20cm；灌浆前应进行孔壁冲洗，直至回水澄清后结束，后进行裂隙冲洗，裂隙冲洗采用导管通入大流量水流，从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗。
(2)冲洗过程及返水情况应详细、如实记录。
5.3压水试验
(1)先导孔压水。由试验区布置情况，试验区I序孔抽取先导孔进行施工。I序孔压水试验采用“单点法”进行，CJY-Ⅵ型灌浆自动记录仪进行记录。在压水过程中，先导孔最大透水率为311.91Lu，最小为4.8Lu。
(2)试验灌浆孔压水。试验灌浆孔分段进行简易压水，结合裂隙冲洗进行。其中II序孔最大透水率为181.39Lu，最小透水率为4.0Lu；III序孔最大透水率为72.89，最小透水率为6.0Lu。
由以上结果分析，透水率较大部位主要集中在第1段混凝土与基岩接触面位置，随着孔深增加透水率呈递减变化。
5.4灌浆
灌浆采用孔内循环法进行，浆液孔内循环的工艺。各灌浆孔段不论透水率大小均按设计要求进行灌浆，灌浆时，射浆管距离孔底不大于0.5m。
5.4.1灌浆孔分段
(1)盖重砼与基岩接触段段长为2.0m（从岩面计算），第2段为3.0m，以下各段均为5m。
(2)每段长允许误差应不超过0.2m，且应在下一段消除差数。特殊孔段可根据实际情况进行调整。终孔段段长可不受上述限制，但最长不得大于10m。
5.4.2灌浆压力
(1)按照不破坏基岩又尽可能加大灌浆压力、灌浆压力应与注入率相适应的原则确定灌浆压力。
(2)灌浆应尽快达到设计压力。如开始时由于吸浆量大（注入率大于30L/min）或抬动等原因，不能立即达到设计压力，现场施工中，根据实际情况采取逐级升压、低压慢灌等措施进行施工，长时间不能结束的，采取待凝、复灌处理。
(3)灌浆时应特别注意控制灌浆压力和注入率，防止上抬力过大而引起抬动破坏。
5.4.3灌浆次序
本次灌浆试验按分序加密的原则进行施工，相邻两次序孔同时施工保证钻灌高程差不小于15m。
5.4.4浆液水灰比以及浆液变换
浆液水灰比为5:1、3:1、2:1、1:1、0.5:1五个比级，在制浆过程中严格控制浆液拌制时间和比重。若灌浆之前压水时发现透水率偏大时，可采用3:1水灰比进行开灌。
灌浆浆液按由稀到浓逐级变换原则。当灌浆压力保持不变，在注入率持续减少或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不改变水灰比；当某一比级浆液注入量达300L以上，或灌注时间达1h，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，换浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30L/min时，越级变浓。
5.4.5结束条件
在灌浆段达到设计压力下，注入率不大于1L/min，继续灌注60min，结束灌浆，进行下一段施工。
5.4.6封孔
灌浆孔灌浆结束后采用“全孔灌浆封孔法”进行封孔，先用导管注浆法将孔内余浆置换成0.5:1的浓浆，而后将灌浆塞塞在孔口，继续使用浓浆进行纯压式灌浆封孔。
6灌浆试验成果分析
6.1灌浆完成情况
按试验大纲以及设计要求，本试验区分为三个次序进行施工，完成试验孔26个，完成工程量为809.20m，灌入灰量为：386139.3kg，单位耗灰量为477.2kg/m。试验按设计和规范要求段长为5m，分上下游两排，下游每段水泥注入量最大值10495.5kg，最小值346.1 kg；上游每段水泥注入量最大值4787.9kg，最小值343.3kg。
6.2成果分析
6.2.1灌浆成果分析及评价
根据各个孔段灌浆灌入情况进行分析，分析成果如下：
(1)对整个试验区分析：本试验区灌浆进尺809.2m，水泥灌入量386139.2kg，平均单位耗灰量477.2kg/m。Ⅰ序孔灌浆进尺264.9m，灌入灰量217554.1kg，平均单耗为821.36kg/m；Ⅱ序孔灌浆进尺186.6m，灌入灰量86226.4kg，平均单耗为462.09kg/m；Ⅲ序孔灌浆进尺357.8m，灌入灰量82358.8kg，平均单耗为230.20kg/m。
对以上数据进行统计分析，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔灌浆呈现递减趋势，Ⅱ序孔单耗灰比Ⅰ序孔单耗灰减少了44.0％；Ⅲ序孔单耗灰比Ⅱ序孔单耗灰减少了50.0％；Ⅲ序孔单耗灰比Ⅰ序孔单耗灰减少了72.0％；灌浆效果递减明显，岩体可灌性良好。
结合以上两种情况分析，本试验区整体灌浆效果明显，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔灌浆递减情况符合基本规律。
从本试验区各次序孔水泥单位注入量统计及频率分布情况可以看出：
(1)灌浆孔段透水率1～10Lu占试区总段数的13.2%，10～100Lu占试区总段数的75.3%，透水率大于100Lu占试区总段数的11.6%；单位注入量小于100Kg/m占试区总段数的7.40%，单位注入量大于100Kg/m占试区总段数的92.6%。
(2)灌浆试验区灌前透水率与水泥单位注入量之间总体上表现为透水率大注入量大。但由于压水试验压力为1MPa，而灌浆压力最大为2.2MPa，岩层在高压作用下发生局部劈裂，使岩层裂隙可得到有效灌注，从透水率和单位注入量分布分析，部分孔段出现了透水率小而水泥单位注入量大的现象。
6.2.2灌前、灌后压水成果分析
(1)灌前压水分析。根据设计要求，先导孔压水采用单点法压水，其余孔段采用简易压水。灌前压水透水情况为：灌前压水190段，透水率最大为311.91Lu，最小为4.0Lu，各次序孔平均透水率为43.9Lu；其中I序孔平均透水率为67.5Lu ，Ⅱ序孔平均透水率为42.3Lu，Ⅲ序孔平均透水率为21.2Lu。
(2)灌后压水分析。根据现场灌浆情况进行分析，本试验共布置5个检查孔，分布在试验区不同部位，检查孔压水采用单点法。检查孔共压水35段，透水率最大为7.432Lu，最小为0.76Lu，平均透水率为3.35Lu。各段灌后检查孔压水结果其中有3段透水率大于设计要求5Lu。根据检查孔不合格段分布情况分析，与基岩接触段5段全部合格，其余30段有3段大于5Lu，合格27段。不合格3段，不合格的试段分布不集中，该试验区灌浆质量满足规范以及设计要求。
由于该部位于河床右端坝脚处，开挖揭示情况该部位围岩情况较差，灌浆后检查结果出现不合格试验，根据实际情况，在该部位增加5个加强孔进行加强灌浆。一方面通过加强孔灌前压水情况进一步了解灌浆效果，另一方面对该部位进行加强灌浆，保证灌浆质量。加强孔灌浆后检查全部小于5Lu，满足设计要求。
6.3抬动观测分析及评价
是对被灌岩体及盖重受破坏程度的主要监测手段，也是检验灌浆压力是否合理的主要依据，在试验中，通过千分表进行观测，抬动最大值为115μm，灌浆压力满足要求。
7 结论
(1)根据试验区地质情况，该部位 0～20m岩石较为破碎，0+200孔深10.0m出现1.0m左右的夹泥层。整体岩层根据耗灰量及透水性进行分析，该部位可灌性较好。
(2)不同灌浆压力所产生的抬动结果比较。根据抬动变化分析，I、II、III序孔逐渐增大灌浆压力合理，各个孔段试验最终确定的灌浆压力均能满足设计要求
(3)灌浆过程中所采用的孔距2.0m，排距离1.5m，各个孔段段长划分合理，能够满足设计要求。
(4)在施工过程中，对终孔段透水率大于10Lu的孔分别加深1～2段后，均满足设计要求。
(5)孔段注入量的大小与灌浆规律相吻合，随着孔序的加密，注入量呈明显递减的变化趋势，符合灌浆一般规律。
(6)本次试验所使用的灌浆设备能满足工程高压灌浆的要求，试验所采用的自上而下分段循环式灌浆法施工工艺满足设计要求。
通过本次试验，主要验证了灌浆试验前所拟定的灌浆参数，灌浆施工方法以及施工工艺，为生产性帷幕灌浆提供合理灌浆参数。
参考文献：
1、《水利水电地基与基础工程技术》
2、《水利水电工程帷幕灌浆施工规范》
3、《水利水电工程施工手册混凝土工程》