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關于清林徑二號壩帷幕灌漿試驗結果有關問題探討關于清林徑二號壩帷幕灌漿試驗結果有關問題探討 陳仲安 （深圳市廣水建設工程有限公司，副總工程師、教授級高級工程師）
【摘 要】本文描述了清林徑引水調蓄工程二號壩帳幕灌漿試驗過程，闡述了試驗成果并進行了有關分析，對試驗成果指導施工進行了有關探討，并對變更單價提出了建議。 【關鍵詞】帷幕灌漿；試驗結果；透水率；灌漿深度；水泥用量；灌漿參數；單價變更
1、 概況 1.1 清林徑引水調蓄工程概況 1.1.1 清林徑引水調蓄工程概況 清林徑引水調蓄工程位于深圳市龍崗區中北部，清林徑水庫總庫容1.86億m3，興利庫容1.68億m3，死庫容0.05億m3。正常蓄水位79.0m，死水位51.0m，水庫水位最大消落深度28.0m。清林徑水庫引水調蓄工程由水庫擴建工程、取水工程、輸水工程等三部分組成。本工程等級定為Ⅱ等工程，工程規模為大（2）型。 1.1.2 二號壩帷幕灌漿 二號壩全長755m，在先施工的砼防滲墻底進行帷幕灌漿，灌漿總長為21466m，灌漿底線應達到3Lu線下5m。 1.2 帷幕灌漿試驗概況 1.2.1 試驗目的 （1）驗證設計提出的灌漿材料、摻合料、外加劑、灌漿工藝、灌漿壓力和孔序控制等施工參數是否適用于二號壩； （2）確定單位注入量范圍。 1.2.2 試驗內容 本次帷幕灌漿試驗的內容和要解決的問題如下： （1）灌漿施工工藝的可行性和可靠性； （2）不同深度條件的各段灌漿壓力下，水泥單耗變化情況； （3）不同地質條件的開灌水灰比； （4）驗證不同透水率（q）條件下，巖層及地層的可灌性。 1.2.3 試驗地點選擇 根據二號壩的工程及水文地質條件，承壓水區基本采用施工帷幕灌漿試驗成果。其他地質條件區，結合現場一期混凝土防滲墻施工情況，灌漿試驗段選擇在二號壩東段。樁號0+32.0附近，巖性為弱風化砂巖。 1.2.4 試驗孔的選擇 （1）先選擇2BM009號（先導孔）和2BM010號孔進行試驗，孔距為2M，孔口高程72.69m； （2）由于2BM009號和2BM010號孔灌漿深度分別比設計灌漿深度超過32.16m和7.40m仍未找到透水率3Lu線。經設計、監理、發包人和承包人商量后，此兩孔不再往下鉆孔尋找3Lu線。另外選擇2BM017號（先導孔）和2BM016號孔再做一組試驗?？拙嗳詾?/span>2m，孔口高程67.78m。 1.2.5 灌漿材料 施工材料主要為425號（32.5R）普通硅酸鹽水泥，因設計未提供單位水泥耗量，所以水泥用量需根據現場的實際情況進行調整。 2、 試驗過程 2.1 灌漿方式 帷幕灌漿均采用自上而下分段鉆灌、孔內循環、常規卡塞的灌漿方式。 2.2 試驗施工程序 帷幕灌漿按造孔、洗孔、壓水試驗、注漿的形式，自上而下分段鉆灌施工。 2.3 試驗施工工藝 常規卡塞灌漿法施工工藝流程： 鉆機固定→Φ110mm硬質合金鉆頭鉆進至幕帷頂線→Φ108mm套管護壁→Φ75mm金剛石鉆頭鉆進第一段→鉆孔沖洗→壓水試驗→第一段灌漿→Φ75mm金剛石鉆進第二段→鉆孔沖洗→壓水試驗→第二段灌漿→……→循環鉆灌以下孔段至終孔段→封孔。 2.4 灌漿段的劃分 帷幕灌漿段自防滲墻墻底起自上而下第1段段長2m，第2段段長3m，以下各段段長5m。 2.5 灌漿壓力 （1）試驗方案確定各段灌漿壓力見下表1：
表1 分段灌漿壓力
注：在不產生地層破壞和冒漿等情況下，各段選用大值。 （2）灌漿試驗實際壓力 灌漿壓力是保證和控制灌漿質量、提高灌漿效果的一個重要因素。使用較高的灌漿壓力有利于提高灌漿質量和效果，在確保不對地層產生抬動破壞作用的情況下，對灌漿壓力均作了適當上調。實際壓力詳見下表2： 表2 灌漿試驗壓力統計
說明：括號內為最大灌漿壓力。 2.6 灌漿試驗過程 （1）2BM009號孔（先導孔） 二號壩帷幕灌漿試驗自2013年3月19日專題會議確定試驗方案后，3月21日首先選取2BM009號孔（樁號0+016）先導孔（地面高程72.69m）進行。到2013年4月23日，2BM009號孔自防滲墻底（高程59.97m，）起至高程9.97m止共進行11段灌漿，灌漿深度已達50m，比設計深度15.56m超過了34.44m?；旧厦慷味家M行復灌才能達到收灌標準， 最多的一段復灌達9次，最后一段透水率仍在12.11Lu。 （2）2BM2010號孔 2013年4月8日起開始2BM010號孔鉆孔灌漿試驗，到2013年4月22日，2BM010號孔自防滲墻底高程56.79m起至高程31.79m止，共進行6段灌漿，灌漿深度25m，比設計深度15.96超過了9.04m。1、2、3、6段都進行了復灌才達到收灌標準，第6段透水率仍超過3Lu。 （3）2BM009號和2BM010號孔鉆孔灌漿深度分別比設計深度超出34.44m和9.04m，透水率仍未達到設計要求的小于3Lu。 針對此種情況，經設計、監理、發包人和承包人商量后，2BM009號和2BM010號孔不再往下鉆孔灌漿，另選擇2BM017號（先導孔）和2BM016號孔再進行試驗。 （4）2BM017號孔（先導孔） 2013年4月26日起先進行2BM017號孔（先導孔）灌漿試驗，到2013年5月25日止共進行12段灌漿，從防滲墻底高程52.28m至高程27.28m共6段均要進行復灌才能達到收灌標準，最多要復灌5次。當進行到第8段高程22.28m～17.28m時，透水率為2.38Lu，小于3Lu。按照設計要求應再往下鉆孔、灌漿5m。但從高程17.28m至高程－2.72m的四段的透水率卻在6.29Lu～8.51Lu間，大于設計要求的3Lu。此處灌漿深度已達55m，比設計深度19.81m超過了35.09m。 （5）2BM016號孔 2013年5月7日至5月27日，2BM016號孔共進行了9段灌漿，灌漿深度為墻下40m（從防滲墻底高程52.28m至高程12.28m），比設計深度19.13m超20.87m，但透水率仍為7.22Lu。 （6）針對上述情況，在2013年6月5日監理例會上，設計單位提出：二號壩帷幕灌漿底高程按照原設計底高程執行，試驗孔不再往下鉆孔尋找3Lu線和灌漿。 （7）檢查孔 檢查孔設在2BM016號、2BM017號孔中間，距此兩孔距離各為1m，從2013年6月11日起至2013年6月15日共進行了5段壓水試驗，深度為20m（從防滲墻底起算）（設計深度為19.47m）。 2.7 巖芯取樣情況 （1）2BM009號孔（先導孔） ①0.0～0.5m：人工填土，黃褐色、軟塑，為粉質粘土； ②0.5～12.7m：混凝土（防滲墻段），灰白色，上部0.0～0.5m段局部有氣孔；以下骨料分布均勻，膠結良好，巖芯光滑，呈短長柱狀，底部見有5～200px沉渣。巖芯采取率為98%； ③12.7～27.7m：強風化層，灰—黃褐色，巖芯呈半巖半土狀、碎塊狀，巖塊手折易碎。巖芯采取率很低，僅45%； ④27.7～62.72m：弱風化粉砂巖，灰白色，巖芯呈短柱狀，裂隙發育，巖芯堅硬。巖芯采取率不高，為60%； ⑤此孔地下水位高程為48.69m。 （2）2BM017號孔（先導孔） ①0.0～1.8m：人工填土，黃褐色、軟塑，為砂質粘性土； ②1.8～15.5m：混凝土（防滲墻段），灰白色，巖芯光滑，骨料分布較為均勻，膠結良好，呈短柱狀—長柱狀。巖芯采取率為96%； ③15.5～20.5m：強風化粉砂巖，黃褐色—灰色，巖芯破碎，呈半巖半土狀，遇水易軟化，手掰易碎。巖芯采取率很低，僅45%； ④20.5～70.5m：弱風化粉砂巖，灰色、巖芯光滑，呈短柱狀、碎塊狀，裂隙發育。巖芯采取率為60％。 3、灌漿試驗成果分析和評述 3.1 灌漿試驗透水率、單位長度水泥用量統計分析 （1）2BM009號孔透水率、單位長度水泥用量分段統計表（見表3） 表3 2BM009號孔試驗數據統計表（先導孔） 孔口地面高程：72.69m
（2）2BM010號孔透水率、單位長度水泥用量分段統計表（見表4） 表4 2BM010號孔試驗數據統計表（Ⅲ序孔） 孔口地面高程：72.69m
（3）2BM017號孔透水率、單位長度水泥用量分段統計表（見表5） 表5 2BM017號孔試驗數據統計表（先導孔） 孔口地面高程：67.78m
（4）2BM016號孔透水率、單位長度水泥用量分段統計表（見表6） 表6 2BM016號孔試驗數據統計表（Ⅲ序孔） 孔口地面高程：67.78m
3.2 檢查孔五點法壓水試驗數據統計表（見表7） 表7 檢查孔五點壓水試驗數據統計表
說明：帶★號為該段透水率值。 3.3 灌漿試驗單位長度水泥用量統計分析表（見表8） 表8 灌漿試驗單位長度水泥用量統計分析表
4、 試驗結果分析 4.1 灌漿壓力 灌漿試驗分段壓力設計值和實際值的比較詳見表9：
表9 分段灌漿壓力比較表
灌漿試驗實際分段壓力比設計分段壓力都大，這比較有利于灌漿質量的提高，因為灌漿壓力越大，漿液對壩基巖石裂隙的充盈越充分。 4.2 地質條件評價 從兩個先導孔巖芯情況看，防滲墻下5～15m為強風化層，呈半巖半土狀，巖芯破碎，采取率很低。強風化層以下為弱風化層，裂隙發育，巖芯采取率不高。說明透水性較大，這從壓水試驗壓力上不去、無回水及灌漿時出現無回漿的情況也說明了這一點。 4.3 灌漿帷幕質量 從《檢查孔五點法壓水試驗數據統計表》可知，01段次至05段次透水率在1.26Lu～2.60 Lu 間，均小于設計要求的3.0 Lu，說明2BM016號和2BM017號孔灌漿帷幕質量達到了設計要求。 4.4 透水率 4.4.1 各孔分段透水率 （1）2BM009號孔（先導孔）各段透水率 此孔共11段次，其中第4、5、6段次第一次測透水率時，基本無壓力，透水率數據異常（997.20—10348.00Lu）；第2、3、7～11段次無法達到設計壓力，無回水，透水率為98.34～12.11Lu。末段透水率為12.11Lu。未達到設計要求的3lu，但此時孔深從防滲墻底起算已達50m，比設計灌漿深度的15.56m超出了34.44m。按照設計單位要求，不再往下鉆孔測透水率和灌漿。 （2）2BM010號孔各段透水率 此孔共6段次，其中第2～6段次第一次測透水率時，基本無壓力（最大壓力僅為0.05 MPa），透水率數據異常（985.00～11577.40Lu）；僅第一段正常，透水率為23.44Lu。末段透水率數據異常。經灌漿后，第一次復灌前測得透水率為3.66Lu。由于是灌漿后測得的透水率，此值并不能代表此段巖層的初始透水率。 （3）2BM017號孔（先導孔）各段透水率 此孔共12段次，其中第3、5段次第一次測透水率時，壓力為0.00 MPa，透水率數據異常（8841.80～9588.00Lu）；第2、4、6、7段次無法達到設計壓力（0.19～0.59MPa），無回水，透水率數值為56.12～15.24Lu。第1、8～12段正常。但當第8段透水率小于3Lu（2.38Lu）后，按照設計要求應該再往下測5m時，透水率從第9段起至第12段均大于3Lu，為8.53Lu～6.29Lu，未達到設計要求的3Lu，但此時孔深從防滲墻底起算已達55m，比設計灌漿深度19.81m超出35.19m。按照設計單位要求，不再往下鉆孔測透水率和灌漿。 （4）2BM016號孔各段透水率 此孔共9段次，其中第2、4段次第一次測透水率時無法達到設計壓力，無回水，故透水率值（38.66,12.61Lu）比實際偏??；第1、3、6～9段次正常，透水率值為35.56～3.02Lu；末段透水率為3.02Lu，接近設計要求的3.00Lu。此時，孔深從防滲墻底起算已達40m，比設計灌漿深度19.13m超出20.87m。按照設計單位要求，也不再往下鉆孔測透水率和灌漿。 （5）從上述4個孔壓水測得的透水率情況看，雖然比設計灌漿深度超出9.04m～35.19m，但透水率均大于3Lu，僅2BM016號孔末段透水率為3.02Lu，接近設計要求的3Lu。 4.1.2 末段透水率的末段 從《灌漿試驗單位長度水泥用量統計分析表》中可得知，4個孔全段的透水率分別為12.11Lu、6.49Lu、3.61Lu和3.02Lu，其中2個孔接近設計要求的3Lu；并且兩個先導孔的末段透水率值均是灌漿1～2次后測的數值，顯然不能真實反映該段的初始透水率值，不具代表性。剔除了這兩個不具代表性的數據后，試驗孔末段透水率大于3Lu，也就是說，雖然比設計灌漿深度超出了9.04m～35.19m，但仍未找到3Lu線。 而設計灌漿深度的末段透水率分別為13.21Lu、13.14Lu、416.8Lu和10.28Lu，均大于3Lu。按照設計要求，設計灌漿深度應該比3Lu線還要低5m，因此2號壩的實際地質條件和地勘資料相差較遠。 4.5 各孔分段復灌情況和單位長度水泥用量 4.5.1 各孔分段復灌情況和單位長度水泥用量 （1）2BM009號孔（先導孔） 此孔共11段次，其中1～8、10段次都需要復灌才能達到收灌標準，復灌次數在1～8次間，其中第4段復灌8次，單位長度水泥用量高達1862.75kg/m。 （2）2BM017號孔 此孔共6段次，其中1～3、6段次都需要復灌才能達到收灌標準，但復灌次數在1～2
次，第2段復灌1次，單位長度水泥用量為此孔最大值：543.42kg/m。 （3）2BM017號孔（先導孔） 此孔共12段次，其中2～7段次都需要進行復灌才能才能達到收灌標準，復灌次數在1～4次間，其中第6段復灌4次，單位長度水泥用量達1310.35kg/m。 （4）2BM016號孔 此孔共9段次，其中僅2、5段次需要復灌才能達到收灌標準，復灌次數1～2次，其中第2段復灌2次，單位長度水泥用量為此孔最大值：524.91kg/m。 4.5.2 原因分析 從上述各孔復灌次數看，先導孔要比非先導孔多，不僅復灌段次數多，而且每段復灌次數也多。復灌次數越多，單位長度水泥用量越大；不需要進行復灌的段次，單位長度水泥用量一般在200kg/m以下，僅個別段次超過200kg/m；復灌次數1～2次的段次，單位長度水 泥用量一般在300kg/m～850kg/m；復灌次數3次以上的段次，單位長度水泥用量在700kg/m以上。 主要原因是：先導孔是在周圍沒有旁邊孔灌漿的情況下進行，自然單位長度水泥用量大；而非先導孔是在旁邊先導孔已進行了灌漿的情況下灌漿，先導孔的灌漿漿液多多少少會滲入到此孔的巖石裂隙中，自然單位長度水泥用量小。 4.6 透水率、灌漿深度和單位長度水泥用量關系問題 （1）透水率和單位長度水泥用量關系：總的趨勢是透水率越小，單位長度水泥用量就越少； （2）灌漿深度與單位長度水泥用量關系：一般呈現隨著灌漿深度的加大，單位長度水泥用量就越少。 4.7 全段、設計灌漿深度單位長度水泥用量比較 從《灌漿試驗單位長度水泥用量統計分析表》中可看出，各孔設計灌漿深度的單位長度水泥用量均比全段單位長度水泥用量要大。特別是兩個先導孔，兩者之比：設計深/全段分別為150.91%和198.14%，4個孔的加權平均值之比為142.09%。 因為從國內灌漿實踐來看，一般來說灌漿深度越往下，單位長度灌漿量總趨勢也越小。本次試驗的數據也充分說明了這一點。 5、有關問題探討 5.1 灌漿參數建議 （1）灌漿材料 設計要求的灌漿材料采用不低于425#的普通硅酸鹽水泥，適用于二號帷幕灌漿。如遇到特殊情況，如灌漿段注入量大，灌漿難于結束時，除了采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿措施外，可在漿液中摻加水玻璃（速凝劑）。 （2）灌漿段長度 設計提出的第一段2m，第二段3m，第三段及以下各段為5m，是適宜的。 （3）灌漿壓力 根據本次試驗，灌漿壓力采用第1段0.50MPa，第2段0.80MPa，第3段1.00MPa，第4段1.20MPa，第5段及以下各段1.50MPa較為適宜，遇特殊情況也可適當降低灌漿壓力。 （4）漿液變換原則 除了遵循設計技術要求提出的：“當某一水灰比的漿液灌入量已達300L以上或灌漿時間已達30min，而注入率或灌漿壓力均無改變或改變不顯著時，應改濃一級漿液灌注?！蓖?，建議增加一條：“當注入率大于30L/min時，可根據具體情況越級變濃?！保ā端そㄖ锼喙酀{施工技術規范》（DL/T5148—2012）第5.5.5項中第3點），這樣有利于減少漿液浪費和提高灌漿質量。 （5）灌漿結束條件 建議采用（DL/T5148—2013規范提出的：“一般情況下，當灌漿段在最大設計壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續灌注30min，即可結束灌漿?！?/span> （6）封孔 采用水灰比為0.5的漿液置換孔內稀漿或積水，采用全孔灌漿法封孔。 5.2 單價變更問題 （1）單價組成 清林徑二標工程量清單帷幕灌漿單價是一個綜合單價，由兩大部分組成：鉆機鉆巖石層灌漿孔、壩基巖石帷幕灌漿。 灌漿深度對造價的影響，鉆機鉆巖石層灌漿孔相對來說要小一些：孔深≤30m在定額的基礎上乘以0.94，30～50m乘以1.00，50～70m乘以1.07，70～90m乘以1.17，＞90m乘以1.31。壩基巖石帷幕灌漿主要受透水率的影響大，透水率越大，人工、機械（灌漿泵和輔助機械）、水、水泥用量，特別是水泥用量就越大，從2～4Lu的35kg／m到50～100Lu的150kg／m。 （2）編制工程量清單帷幕灌漿單價的基礎條件是灌漿底線到達3Lu線以下5m。設計對
帷幕灌漿底線的最終確定是：按照現場先導孔壓水試驗的結果確定。圖紙上的帷幕灌漿底線是設計依據有限的地勘資料作出的，如果選擇的鉆孔位置恰恰不具代表性，則這個設計底線就不能保證達到灌漿帷幕預定的防滲標準—3Lu。 （3） 從第4節對試驗結果的分析可知，帷幕灌漿的單位長度水泥用量是隨著深度的加深而逐漸減少的。如果以灌漿深度為縱坐標、單位長度水泥用量為橫坐標，則單位長度水泥用量圖是一個近似于倒置的三角形。 投標報價是按照達到3Lu下5m的要求編制的，也就是說，平均單位長度水泥用量是用三角形的面積去除以三角形的高（深度）。 如果灌漿深度達不到3Lu以下5m，而是在其上的某一個值（假如10Lu），則倒置的三角形變成了一個倒置的梯形（從原來三角形的基礎上將下面一部分砍掉了），平均單位長度 水泥用量不是用三角形的面積去除以三角形的高（深度），而是用梯形面積去除以梯形的高（深度），這個值就比原來的平均單位長度水泥用量要大多了。 就本試驗結果看，如果灌漿深度只達到原設計底線，相比目前達到接近3Lu線（從試驗數據看只能如此說），原設計底線的平均單位長度水泥用量是達到接近3Lu線平均單位長度水泥用量的142.69％（4個孔加權平均值），無形之中，單位長度造價就增加了，這對承包人來說，顯然是不公平的。因為這不是承包人的原因造成的造價成本的增加，而是由于地質條件變化引起設計變更造成的，理應對原報價進行修正。 （4）單價變更依據 ①根據水利部《水利建筑工程預算定額》關于帷幕灌漿定額編制的說明：“灌漿工程定額中的水泥用量系預算基本量。如有實際資料，可按實際消耗量調整?！鼻辶謴蕉硕枆吾∧还酀{的水泥消耗量不僅有本試驗的資料，而且在隨后的施工過程中有完備的經監理確認的全面的水泥消耗量資料，這些資料完全可以作為變更單價的依據。 ②設計單位對二號壩帷幕灌漿下達了更改通知單，要求按原設計底線進行帷幕灌漿，這就改變了原設計標準：帷幕灌漿的底線按照現場先導孔壓水試驗的結果確定。根據合同規定，就應該變更單價。
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