浅谈坝基砂砾层帷幕灌浆施工在水库除险加固工程中的应用

潘永明

（浙江省第一水电建设集团有限公司 杭州 310051）

李海松

（宁波三江水利水电工程监理有限公司 宁波 315000）

帷幕灌浆施工方法在水库除险加固工程中的应用日趋广泛，帷幕灌浆施工工艺及施工方法也日趋成熟，本文通过工程实例，对砂砾层地基的帷幕灌浆施工技艺在工程中的应用进行总结及分析，以供大家参考。

1 工程概况

东方红水库地处钱塘江流域金华江水系东阳江支流白溪上游河段，是一座以灌溉为主，结合防洪、供水、发电、养殖等综合利用的中型水库，水库正常蓄水位197.27m，相应库容1099.1万m3。大坝长168m，为均质粘土心墙坝。

原大坝基础桩号0+68.5～0+107.5存在最大厚度为8m的砂砾层，该部位坝高38～39m。经检测，该砂砾层的渗透性以中等透水为主，渗透系数为2.43×10-4～7.75×10-4cm/s，仅在桩号 0＋72.5 附近表现为强透水，渗透系数为 2.5×10－3cm/s。为彻底阻断坝基砂砾层渗漏通道，设计采用帷幕灌浆方案进行处理。

设计方案采用三排帷幕灌浆，排距1.6m，孔距2m，其中第二排为主帷幕，按深入基岩5Lu线以下5m控制，第一和第三排帷幕为副帷幕，按深入基岩弱风化线以下3m控制，帷幕灌浆施工先灌第三排，后灌第一排，再灌第二排（上游为第一排）。为增加可灌性，砂砾层采用超细水泥，要求超细水泥颗粒最大粒径在35μm以下，平均粒径约4μm，d85为0.025mm，比表面积8000cm2/g，基岩段采用P.O42.5水泥。

本工程帷幕灌浆施工起止日期为：2009年9月20日～2009年11月10日。

2 具体施工工艺及施工方法

灌浆采用“孔口封闭，自下而上，分段灌浆”的方法，灌浆方式为循环式。

2.1 灌浆孔布设

帷幕灌浆先灌第三排，后灌第一排，再灌第二排。帷幕灌浆的钻孔灌浆遵循分序加密的原则进行，首先进行第一次序的钻孔灌浆，然后在已经灌浆的孔间进行第二次钻孔灌浆。

2.2 造孔

钻孔主要采用300型地质钻机，该工程投入3台。坝体土中钻进灌浆时，先下套管保护。以φ127金刚石钻头钻进，入土10m左右后，换成φ108，入基岩时换用φ75金刚石钻头钻进。钻进过程中测斜，要求孔斜不大于规范要求。

2.3 安装灌浆管路、洗孔和压水试验

帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法，需自上而下分段进行压水试验。钻孔完成后，对灌浆段进行冲冼，洗孔压力为灌浆压力的80%，对灌浆段进行冲洗，当回水澄清后，再洗30min结束，冲洗结束后，进行压水试验。压水试验的段长同灌浆长度。压力为该段灌浆压力的80%。压水试验压入流量的稳定标准是：将压力调到规定值并保持稳定后，每5～10min测读一次压入流量，当试验成果符合下列标准之一时即可结束，并以最终流量读数作为计算流量：

a.当流量大于5L/min时，连续4次读数，其最大值与最小值之差小于最终值的10%。

b.当流量小于5L/min时，连续4次读数，其最大值与最小值之差小于最终值的20%。

c.连续4次读数，流量均小于0.5L/min。

压水试验的成果,统一用单位吸水率ω值来表示：

式中：ω 为单位吸水率，L/(min·m·m)；S为试验压力，按水柱高计，m；q为压入流量，L/min；L为试验段长度。

2.4 灌浆

2.4.1 制浆

用普通拌和机，拌和时间不少于3min。灌浆材料：基岩段为P.O42.5普通硅酸盐水泥，砂砾石层段为超细水泥。

2.4.2 灌浆泵灌浆采用2缸柱塞式灌浆泵，额定功率为4kW。

2.4.3 灌浆记录

记录开灌时间，压力和时间；冒浆地点；停机时间，灌孔间的互通孔段等。

2.4.4 灌浆方式

本次灌浆采用循环式灌浆，压力表装在进浆管顶部，以压力表指针摆动的中值为压力读数。

2.4.5 灌浆段长

心墙与砂砾层接触段为1～2m左右，段内必须包含2种介质；心墙土 30～50m；砂砾层 100±20cm。

砂砾层段长2.0～3.0m。砂卵石层与基岩接触段段内必须包含两种介质，段长2.0～2.5m，基岩以下段段长不小于5m。

2.4.6 灌浆浆液

a.灌浆浆液的浓度由稀到浓逐级变换，超细水泥采用2∶1，1∶1，0.6∶1 三个比级（重量比），P.O42.5 普通硅酸盐水泥采用 5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1，0.5∶1 等七个比级，开灌水灰比根据初凝时间和简易压水试验的透水率值大小合理选取。

根据简易压水试验的ω大小，选择合理的开灌水灰比和不同初凝时间与细度的水泥，而不应是总以5:1或3:1开灌。先期灌段要充分注意到地层中的临界水灰比，尤其是砂砾层（即当采用该级水灰比后，地层吸浆量明显下降，很快接近零），以指导今后的灌浆，使灌入量达到要求。

b.当灌浆不止时，采用缩短初凝时间、降压、限流、间歇灌浆等措施，如仍不见改善，可改灌水泥砂浆。

c.当灌中、强透水层时，当单位进浆量q≤0.2L/min时再灌30min后，实施压力闭浆操作，即先关回浆管，再关进浆管，随即停泵；使管内保持压力，防止回浆。压力闭浆作业后，当压力表回零后，可松管、启塞。

2.4.7 灌浆压力控制

施工时严格按设计要求控制灌浆压力。灌浆时浆液由稀到浓，灌浆压力自上而下逐渐加大。为防止在接触灌浆时，对心墙产生劈裂破坏，心墙与砂卵石层接触段控制灌浆压力0.5MPa。第2段控制最大灌浆全压力为上覆坝体自重p(p＝γh，γ＝1.9t／m3，h 为心墙高度，为 40m 左右)的 80%，按0.6MPa 控制，橡塞仍放在接触面套管内，保证接触段复灌，以充实幕体。以下每增加1m，灌浆压力增加0.05MPa，砂卵石层内的灌浆压力最大不超过0.8MPa。

基岩内的灌浆压力采用1MPa。

2.4.8 灌浆结束标准

帷幕灌浆结束标准为：在设计所规定的最大压力下，灌浆孔段的吃浆率不超过0.4L/min，持续30min，灌浆即可结束。

2.5 封孔

灌浆孔和检查孔施工结束后，采用“分段压力灌浆封孔法”进行封孔，封孔灌浆水灰比为0.5∶1，灌浆压力为该孔最大灌浆压力。土坝心墙坝体段的封孔采用膨润土粘土球，土球由直径5～10mm的不同粒径组成，应风干，不宜日晒、烘烤。封孔时需逐粒投入孔内，必要时可掺入10%～20%的同质土料，并逐层捣实。

3 检测情况

帷幕灌浆检查孔压水试验在该部位灌浆结束14天后进行，检查孔孔径为76mm，检查孔全孔取芯。根据设计要求，本次防渗墙缺陷处理帷幕灌浆质量检查合格标准为：基岩透水率不大于5Lu；砂砾石层渗透系数不大于5×10-5cm/s。

经检查、对照，基岩透水率，砂砾石层中渗透系数均符合设计要求。其灌浆各指标和检查孔的情况见表1、表2。

表1 帷幕灌浆各指标汇总情况

表2 灌浆检查孔检测情况

4 结 语

根据现场施工情况及试验检测情况，该工程的砂砾层帷幕施工是成功的。该砂砾层帷幕灌浆比高压旋喷是更趋经济、更实用。本工程的帷幕灌浆施工经验总结如下：

a.超细水泥不仅具有良好的可灌性，同时在结石体强度、环保及价格等方面都具有优势，特别适合该工程中等砂砾透水层的灌浆（该工程超细平均粒径约4μm，d85为0.025mm，比表面积8000cm2/g，则计算可得M=21.2,可灌性较好）。

b.如遇强透水段，灌浆起始可采用P.O42.5普通硅酸盐水泥浆液开灌，如压力达不到灌浆设计压力值，可采用降低灌浆压力并加浓浆液等措施，如果无效，可采用间歇灌浆、待凝、加入水玻璃等措施。灌浆段待凝12h后，扫开原孔段，并在设计压力下进行复灌，直至正常结束。

c.施工过程控制。施工中，钻孔的垂直很重要，钻孔时测斜工序必不可少。

同时帷幕灌浆是隐蔽工程，为此在加强施工班组技术交底的同时，适当增加检查孔数、在耗灰量较大的部位设检查孔，很有必要。■