南阳二郎山水库除险加固防渗灌浆技术

周 晔，陈梅枝，刘 伟

（河南省桐柏县水利局，河南 桐柏474750）

0 引言

二郎山水库位于南阳市桐柏县城西北35 km 的大河镇李沟村的三夹河支流鸿鸭河上，属长江流域唐白河水系。 水库控制流域面积61km2，总库容4 019万m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼有水产养殖、供水等综合效益的中型水库，设计标准为50 年一遇，1 000 年校核。 在2007 年的工程地质调查中，发现河槽段迎水坡有黏土铺盖和截水槽， 但清基不彻底，河槽段存在坝基渗漏问题；右坝段及左坝肩座于强风化基岩上，裂隙发育，存在接触渗漏，下游沼泽化严重；坝体大面积散浸。 因此，2008 年，桐柏县水利局对二郎山水库进行了除险加固处理。

二郎山水库主坝为均质土坝。 在土石坝水库的坝体、坝基防渗处理中，灌浆方法主要有坝体劈裂灌浆、高压喷射灌浆、坝基卵砾石层防渗帷幕灌浆等。 根据二郎山水库坝体的实际情况，该工程采取了高压旋喷灌浆和帷幕灌浆两种方法。

1 防渗灌浆设计

1.1 帷幕灌浆设计

1.1.1 灌浆处理范围及深度

在大坝桩号0+050～0+630 段采用帷幕灌浆，灌浆深度为上部进入坝体2m，下部进入弱风化岩5 m。在进行河槽段施工时，先进行帷幕灌浆，再进行高压旋喷灌浆。

1.1.2 灌浆孔布置及灌浆压力

灌浆帷幕线位置设于坝顶，其优点是施工场地开阔、运输灌浆材料容易。 帷幕灌浆孔沿坝轴线单排布置，孔距2 m。 施工按三道工序进行。

由于帷幕灌浆压重的高度随桩号而变化，因此，灌浆压力应根据实际情况来确定。 帷幕下层灌浆压力比上层大，后期孔的灌浆压力应比前期孔大。在灌浆过程中，根据单位吸浆量，相应地控制压力（采用由小至大的方式来控制）。 进入坝体内2 m 的灌浆压力应不大于49 kPa。 基岩以上坝体2 m 范围内，灌浆压力应采用注浆管压力。

1.1.3 灌浆材料及灌浆结束条件

灌浆材料采用强度等级为42.5 的普通硅酸盐水泥浆，水泥细度要求通过80μm 方筛孔的筛余量不大于5%[1]。 对于灌浆时失水回浓的孔段，以及当采用普通水泥灌浆时其初始吸浆量和压力水漏水量相差较大的孔段，视具体情况，可采用湿磨细水泥。 遇到集中渗漏通道，当地下水流速较大时，可掺入水玻璃作为速凝剂。水泥浆的配比分为7 级：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。 灌浆时，一般从最稀一级开始[1]。 当灌浆压力保持不变、注入率持续减少时，或当注入率不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。当注入量达到300 L 以上，或灌注时间达1 h 而灌浆压力和注入率无明显变化时，应改浓。当注入率大于30 L/min 时，可根据具体情况越级变浓。 在设计灌浆压力下，当注入率大于40 L/min 时，继续灌注60 min， 不大于1 L/min 时， 继续灌注30 min[2]。 灌浆直至基岩达到基本不再吸浆时方能结束，帷幕的单位吸水率应不大于5Lu。 灌浆结束后，基岩以上坝体内灌浆封孔时，应将孔内浆液取出，扫孔到底，用直径2～3 cm、含水量适中的黏土球分层回填捣实。

1.2 高压旋喷灌浆设计

1.2.1 灌浆处理范围及深度

在大坝河槽段0+017～0+167 段，进行高压旋喷灌浆。 高压旋喷灌浆范围上部进入坝体5 m，下部进入弱风化岩1 m。

1.2.2 灌浆孔布置

沿坝轴线布置灌浆孔一排，按照有关文献和该水库的工程地质条件，确定孔距为1 m，分两道工序施工，形成的有效桩径不小于1.2 m。

1.2.3 注浆材料及配方

注浆材料为强度等级为42.5 的普通硅酸盐水泥浆，浆液密度为1.4～1.5g/cm3[3]，并添加2%的速凝剂，如减水剂、早强剂等。

2 灌浆施工

2.1 帷幕灌浆工程施工

为确保帷幕灌浆效果，施工时应先放空水库，再进行灌浆施工，并做好灌浆各项记录。

2.1.1 布孔及钻孔

按照设计，在0+050～0+630 坝段，沿坝轴线布孔（孔距2 m、直径为60 mm），造孔位置与设计孔位置偏差应不大于10 cm。 布好孔后，采用150 型地质钻机、金刚石钻头造孔（金刚石钻头可以减少孔内岩粉量）。 对于灌浆孔，应进行孔斜测量，若发现孔斜超过要求，应及时纠正并采取补救措施。 孔底最大偏差应不大于50 cm。

2.1.2 钻孔冲洗

灌浆前，应先进行钻孔冲洗，孔内沉积厚度不得超过20 cm，还应采用压力水进行裂缝清洗，直至回水清净时止。 冲洗压力应采用灌浆压力的80%，该值若大于1MPa 时，采用1MPa。

2.1.3 灌浆

采用YJ-340 型浆液搅拌机拌制水泥浆液，搅拌时间不小于30 s。 灌浆采用BW—25 型泥浆泵，按自上而下分段法进行。帷幕灌浆孔的基岩段为5 m，可采用全孔一次灌浆法。 灌浆压力由实验确定，压力表安装在孔口回浆管路上。 在灌浆时，射浆管距孔底不得大于50 cm，压力应尽快达到设计压力。 当注入率大时，应分段加压。 在规定的压力下，当注入率不大于0.4 L/min 时，继续灌注60 min；或不大于1 L/min 时，继续灌注90 min，可以结束灌浆。灌浆孔封孔采用分段压力灌浆法。

2.1.4 质量检查

工程质量检查应以检查孔压水实验成果为主。检查孔应布置在帷幕中心线上、岩石破碎等地质条件复杂部位、注入量大的孔段附近、钻孔偏斜率大、灌浆情况不正常以及分析资料认为对帷幕灌浆质量有影响的部位。 检查孔的数量宜为灌浆孔总数的10%，且一个坝段或一个单元工程内应至少布置一个。 检查孔压水实验应在灌浆结束14 d 后进行。 帷幕灌浆检查孔应采取岩芯， 计算获取率并加以描述。压水实验后，应按技术要求进行灌浆和封孔。灌浆后，岩石的透水率应小于5 Lu。 检查封孔质量时，要求封孔取芯的抗压强度不小于3 MPa， 压力试验检测的透水率不大于5 Lu。 坝体与基岩接触段的合格率应为100%，以下的合格率应在90%以上，不合格段的透水率应不超过设计规定值的100%， 且不集中。

2.1.5 对于特殊灌浆孔的处理方法

1）在灌浆过程中，如果发现冒浆，可采用表面封堵、加浓浆液、降压等方法处理。

2）灌浆过程因故中断超过30 min 时，应及时冲洗造孔或扫孔，然后复灌。

3）在涌水段灌浆，当涌水压力超过0.2 MPa 时，应首先测定涌水压力及涌水量， 再采用以下措施：（1）自上而下，采用稠浆灌浆；（2）对坝基可适当加压；（3）灌浆结束后，应有屏浆措施，且时间不少于1 h；（4）必要时加速凝剂；（5）采用机械封孔。

4）当吸浆量较大、难于结束时，可采取加大浆液浓度、限流、间歇灌浆、在浆液中加速凝剂等措施。

5）在灌浆过程中，若有回浆变浓现象，则应改为稀浆灌注。 若回浆仍然很浓，则结束灌浆。

2.2 高压旋喷灌浆工程施工

高压旋喷灌浆工程施工平台位于设计坝顶206.75 m 上。

2.2.1 试桩

在大规模施工前，必须在原坝基沙砾层中进行高压旋喷灌浆试验，以便得到准确的技术参数。

2.2.2 高压旋喷灌浆参数及技术指标

（1）造孔所用钻机为500 型钻机，造孔孔径不小于91mm，灌浆采用二管法。

（2）浆液密度为为1.4～1.5g/cm3，工作压力为30 MPa，浆流量为70～100 L/min。

（3）气压为0.7 MPa，气流量为0.8～1.2 m3/min。

（4）提升速度为5～10cm/min，转动速度为20r/min。

（5）造孔斜率小于1%，孔位偏差小于2 cm。

（6）防渗及物理力学性能指标：形成防渗帷幕渗透系数小于10-5cm/s，R28=4～10 MPa，E 小于103MPa，J 大于80，最小防渗帷幕厚度大于0.4 m。

2.2.3 质量检查

（1）检查孔孔位。 由设计单位、监理单位根据施工情况， 对可能存在质量问题的地段布设检查孔。按照不少于高压旋喷灌浆孔总数2%数量设置检查孔，共计4 孔。

（2）压水试验。 按照每5 m 一段做压水试验。

（3）室内试验。 利用检查孔所取岩芯进行抗压、抗渗两项指标的室内试验，要求在沙砾层中成桩部分每2 m 做一组试验。

3 结语

针对二郎山水库大坝存在的坝基渗漏和坝肩及坝体接触渗漏问题，采用了帷幕灌浆和高压旋喷灌浆方式进行除险加固。 防渗工程实施后，削减了坝基扬压力和渗流速度,防止了渗透破坏，保证了坝体、坝肩和坝基的稳定，提高了水库的蓄水能力，发挥了水库的防洪、灌溉工程效益。 同时，这两种防渗措施具有开挖量小、占地少、设备简单、灌浆工效高、造价低、对临近建筑物影响小的特点。 本工程作为一次尝试，为以后在均质土坝除险加固的防渗处理积累了一些经验。

[1] 帷幕灌浆施工技术规范[S]

[2]SL62-94，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].

[3]DL/T5200-2004，水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[S].