沾益县渔洞水库除险加固工程帷幕灌浆设计与施工

朱知英

（云南省沾益县水务局 655331）

1 沾益县渔洞水库除险加固概况

云南省沾益县渔洞水库位于长江流域牛栏江右岸的一级支流黑滩河上，距沾益县城东38km，是一座以农业灌溉、人蓄饮水、防洪为主的云南省重点小（1）型水库。该工程始建于1957年9月，1959年5月竣工并投入运行，由大坝、溢洪道、输水高涵、输水低涵组成。大坝为粘土心墙堆石坝，坝高36.0m，坝顶长140m，坝顶宽3.0m。水库控制径流面积16.7km2，总库容734万m3，兴利库容676万m3。通过新建输水隧洞、整修坝面、新增护坡及防浪墙工程、新修倒滤体、对坝体（坝肩及坝基）进行防渗处理、扩建溢洪道、新建大坝观测设施等项目进行除险加固。工程灌溉面积800hm2，防洪保护面积1000hm2，保障0.86万人和1.3万头（只）牲畜饮水问题，对促进沾益县社会经济可持续发展具有重要意义。大坝防渗工程采用帷幕灌浆处理。于2008年11月1日开工，2009年4月30日竣工，实际工期6个月，按批复工期提前4个月完工，节约工程投资21.4万元。主要完成坝体钻孔2327.9m，坝体灌浆2114.9m，基岩钻孔1872.5m，基岩灌浆1872.5m，结算资金193.5万元。

2 帷幕灌浆设计

2.1 孔位布置

孔位沿坝轴线布置，采用单排孔设计。

2.2 孔距计算

a.浆液扩散半径。浆液扩散半径按式（1）计算：

式中R——浆液扩散半径，m；

K——土体渗透系数，取3.3×10-4cm/s；

t——灌浆延续时间，取2h；

r——输浆管半径，取15mm；

μ1，μ2——水与浆液的粘滞系数，取 μ1/μ2=0.17；

H——注浆最大量，取50m；

n——土体的孔隙率，取4‰。

经计算，浆液扩散半径为1.28m。

b.孔距。孔距按式（2）计算：

式中D——孔距，m；

R——浆液扩散半径，取1.28m。

经计算，孔距为2.217m，取2.0m，以弥补接头薄弱环节。

2.3 基岩与土体界面结合厚度计算

基岩与土体界面结合厚度，按式（3）计算。基岩与坝体界面采用水泥、粘土1∶1稠浆灌注。

式中e——帷幕灌浆补强坝土深度，m；

H——作用水头，取50m；

J——接触面允许坡降，取6；

D——孔距，取2.0m。

经计算，土体界面结合厚度为3.17m，取5.0m（一个灌段）。

2.4 允许最大灌浆压力和封孔压力

灌浆全压力应为受灌段相应设计水头的1.5倍以上，最大取60m。允许最大灌浆压力按式（4）计算，基岩0.95MPa，取 1.0MPa，坝体取 0.5MPa。封孔压力取0.05MPa。

式中P0——基岩表层段允许灌浆压力，封孔压力，取0.05MPa；

m——基岩每增加1.0m可增加的压力，取0.015MPa；

h——最大灌浆段深度，基岩取60m，坝体取30m。

2.5 浆液配比和检查孔布置

帷幕灌浆底界进入基岩q<10Lu，水泥选用P32.5普通硅酸盐水泥，坝基帷幕灌浆采用纯水泥浆，坝体采用1∶3水泥、粘土浆灌注，接触带采用水泥、粘土1∶1稠浆灌注。灌浆浆液由稀到浓逐级变换，水灰比（重量比）选用 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1 七个比级。开灌水灰比选用5∶1。延长孔左岸11个孔、右岸9个孔。检查孔按总孔数的10%布设，Ⅰ序孔3个，Ⅱ序孔4个，Ⅲ序孔2个，65个试段。

3 帷幕灌浆施工

3.1 钻孔和清洗

钻机安装必须平稳、牢固、立轴铅直，并定期校对，确保钻孔垂直。采用XU—300型钻机成孔，钻孔孔径91～130mm。设备安装平稳，对正孔位，孔位偏差小于10cm。开孔直径为110mm，终孔孔径为91mm。自上而下分段造孔，为冷却钻头、润滑孔壁、提高钻进效率，钻孔采用适量送水钻进或采用孔口注水的方法钻进。

钻孔冲洗压力按灌浆压力的80%确定，冲洗至回水清澈、肉眼观察无明显颗粒时结束，各段孔底残留物不得超过20cm。裂隙冲洗应冲至回水澄清后10min结束，单孔冲洗时间不少于30min，对回水达不到澄清要求的孔段，应继续进行冲洗。不灌段下护壁套管隔离，以防止冲洗液大量漏失。当邻近有正在灌浆的孔或邻近灌浆孔结束不足24h时，不得进行裂隙冲洗。灌浆孔（段）裂隙冲洗后，该孔（段）应立即连续进行灌浆作业，因故中断超过24h者，应在灌浆前重新进行裂隙冲洗。

3.2 灌浆

a.灌浆方法。灌浆按分序加密的原则进行，按三个孔序施工，先施工Ⅰ序孔，再顺次Ⅱ序孔、Ⅲ序孔。灌浆孔的基岩段长小于6m时，孔隙可采用全孔一次灌浆法；大于6m时，采用自上而下灌浆法，但在地质条件较差部位可选用孔口封闭灌浆法。帷幕灌浆段长度采用5～6m，特殊情况下可适当缩减或加长，但不得大于10m。坝底与基岩接触段段长不应大于5m，应单独先行灌浆，并待凝24h后方可进行以下各段的钻孔灌浆工作。为防止浆液在孔底沉淀而影响灌浆效果，应采用孔内循环法灌浆，其射浆管距孔底的距离不宜大于0.5m。

b.浆液制备。灌浆用水为水库蓄水，符合拌制混凝土水质要求。制浆材料用量采用称量法，称量误差小于5%。浆液搅拌使用高速搅拌机（转速大于1200r/min），搅拌大于30s。浆液在使用前过筛，输送浆液流速为1.4～2.0m/s，从开始制备至用完的时间小于4h。

c.灌浆和结束标准。灌浆进程应保证连续不间断。若因故间断或停止灌浆，则应采取及时冲洗或扫孔复灌等措施，直至按闭浆标准要求正常结束。在设计压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注60min，或不大于1L/min时，继续灌注90min，灌浆即可结束。

d.灌浆孔封孔。利用导管法（置换法）封孔，即下入钻杆距孔底0.5m处用机械灌浆进行压力封孔，排除孔内清水清浆，待浓浆溢出后方能结束封孔，若浆液下沉应继续补浆封填，直至全孔封满不再下沉为止。

3.3 灌浆特殊情况处理

a.邻孔串浆。灌浆过程中出现相邻孔串浆，采用灌浆孔和串浆孔同时施灌，或用胶塞将串浆孔封堵，待灌浆孔结束灌浆后再对串浆孔进行扫孔施灌。采用后一种方式时，为防止浆材在串浆孔非灌段中漏失，胶塞应隔离串浆孔非灌段。

b.大量耗浆。在灌浆施工过程中，随时可能遇到大的裂隙、断裂构造等渗漏比较集中的大漏段，这种区段的施工往往是整个帷幕成败的关键，灌浆工作显得尤为重要。为保证帷幕的形成、防止浆材浪费、取得良好的灌浆质量，应采用间歇灌浆。首次灌注5～10t水泥浆液，复灌时每次灌注4～8t水泥将液。每次待凝4～8h，如此反复直至达到设计灌浆压力并正常结束灌浆。

c.灌浆中断补救措施。因机械故障、停电、待料、孔内返浆等原因造成灌浆过程中断，则应及早恢复灌浆工作。若中断时间超过30min，则应立即冲洗钻孔，而后恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，而后恢复灌浆，恢复灌浆时应使用起灌比级低的浆液进行灌注。恢复灌浆后，若注入率与中断前相近，则可改用中断前的比级进行灌注，直到正常灌浆结束。注入率比中断前减少很多且在短时间内拒绝吸浆，则应无条件扫孔复灌，复灌时的起灌水灰比采用最清浆液，而后正常施灌直至结束。

4 注入量和灌浆效果

4.1 耗灰量、注入量统计

Ⅰ序孔单位注入量为339.9kg/m，Ⅱ序孔单位注入量为328.5kg/m，Ⅲ序孔单位注入量为133.9kg/m。Ⅱ序比Ⅰ序下降3.35%，Ⅲ序比Ⅰ序下降60.61%，Ⅲ序比Ⅱ序下降59.23%，随孔序加密递减明显；q<50kg/m的孔段Ⅰ序孔占4.2%，Ⅱ序孔占5.6%，Ⅲ序孔占26.4%；q>300kg/m的孔段Ⅰ序孔占12.5%，Ⅱ序孔占6.9%，Ⅲ序孔占4.2%，随孔序加密单位注入量小的孔段的频率逐渐增加，单位注入量大的孔段的频率逐渐减少。

4.2 帷幕灌浆质量情况

a.检查孔压（注）水情况。帷幕灌浆质量检查主要是通过钻检查孔做压(注)水试验进行检查。帷幕灌浆共完成灌浆孔91个，灌浆结束后共布置检查孔9个，进行压（注）试验65段次。其中，坝土分25段注水试验，渗透系数在（2.7～4.82）×10-5cm/s之间；基岩分 40 段进行压水试验，其透水率在1.8Lu～5.6Lu之间。完全符合设计要求。根据曲靖市水利工程管理与监督站质量评定结果，帷幕灌浆单元工程质量优良率为100%，大坝防渗分部工程质量被评定为优良。

b.渗流量观测结果。大坝通过帷幕灌浆处理后，坝体防渗效果明显。原后坝坡常年湿润的情况已不复存在，集中出水点已经干涸。2009年和2010年分别用三角堰进行了渗漏观测。结果表明：库水最大蓄水至设计库容的90%，渗透量由除险加固前12.3L/s降至除险加固后0.59L/s，防渗效果显著。