充填灌浆技术在加固岩岭水库浆砌石坝体中的应用

黄春华

(江西省赣州市石城县水利局 342700)

王刚华

(赣州市水利水电建筑装饰总公司 341006)

1 工程概况

岩岭水库位于江西省赣州市石城县东北30km。水库正常蓄水位500.00m，死水位482.50m，总库容1570万m3，是一座具有发电、灌溉、养殖等综合功能的中型水库。

工程主要建筑物有:大坝(包括溢流坝和非溢流坝)、引水系统、电站厂房等。工程等别为Ⅲ等，大坝、灌溉及发电引水系统等为三级建筑物。

大坝为浆砌石重力坝，河床段为溢流坝，两岸为非溢流坝。坝顶总长172.88m。非溢流坝坝顶高程505.10m，坝顶宽6m，最大坝高42.10m;上游边坡:高程482.0m以下为1∶0.158;高程482.0～500.0m为1∶0.1，高程500.0m以上为垂直段;下游边坡:高程497.308m以上为垂直段，高程497.308m以下分坝段为:1∶0.72 ～1∶0.78。

大坝体经28年运行，在坝肩、坝基出现多处渗漏，局部渗漏严重，影响大坝安全稳定运行。经设计单位研究确定，对整个大坝基础、坝身及两坝肩进行防渗灌浆处理。设计单位经过多方案比选，选用灌浆方案进行加固防渗，施工内容主要包括浆砌石坝体充填灌浆、坝肩及基岩帷幕灌浆。

2 灌浆施工

2.1 灌浆孔的设计布置及施工次序

设计布置:坝顶布置灌浆孔两排，第一排灌浆孔位于坝轴线下游1m，第二排灌浆孔位于坝轴线下游3m;排距2m，孔距2m，共计2×87个孔，梅花形布置。

灌浆施工次序:在安排灌浆的平面次序时，按从外围进行围、堵、截，内部进行填、压的原则进行，以获得良好的灌浆效果，这也是保证施工质量的重要环节。岩岭水库灌浆以坝体防渗为目的，故先灌注下游排孔，再灌注上游排孔;在同一排上分三序进行施工，首先钻灌一序孔，然后钻灌二序孔，最后钻灌三序孔。

2.2 施工方法

2.2.1 主要施工设备

为保证灌浆质量和施工工期，共投入两个钻灌机组。成孔设备为无锡钻探总厂生产的GXY—IA型地质钻机及辅助设备和LQY—90型潜孔钻机及辅助设备;制浆设备为RM280/520双层制浆搅拌桶及辅助设备;灌浆设备为CT—160型灌浆泵辅助设备。

2.2.2 施工工艺流程

测量→布孔→设备安装→先导孔→Ⅰ序孔钻孔→冲洗→压水→灌浆→Ⅱ序孔钻孔→冲洗→压水→灌浆→Ⅲ序孔钻孔→冲洗→压水→灌浆→检查钻孔取岩芯→压水检测→封孔。其中，先导孔是灌浆前根据对岩层预估的情况，在布孔线上每隔一定距离选择一个第Ⅰ次序孔兼做先导孔，达到了解地质条件的目的。

2.2.3 钻孔冲洗和压水试验

采用金刚石钻头或硬质合金钻头钻进，钻头直径75mm，终孔后，各次序灌浆孔在灌浆前应进行钻孔冲洗和裂隙冲洗，保证孔底沉淀不大于20cm。各次序灌浆孔在灌浆前全孔应进行一次钻孔冲洗和裂隙冲洗。压水试验应在裂隙冲洗后进行，采用“简易压水法”和“单点法”进行。简易压水的压力为灌浆压力的80%，但不大于1MPa。通过进行压水试验，了解已灌浆孔的灌浆效果及待灌浆段的吸浆情况，为后续灌浆提供参考依据。

2.2.4 灌浆方式

采用循环式灌浆。该方法是用内外两管同时插入钻孔，把浆液压入钻孔后，一部分进入到岩石裂隙，一部分多余浆液可以从内外管之间的空隙返回到孔外，经过回浆管路返回浆液的拌和筒，或者进入到其他的钻孔中去。优点是:由于浆液始终处于流动状态，故不会产生沉淀，因此灌浆效果好。

2.2.5 分段灌浆法优缺点

采用自上而下分段灌浆法，段长5m左右。优点是:随着钻孔段深度的加大，灌浆压力可以加大，从而可以提高灌浆质量;上部灌完后便形成较为完整的结石，再往下部钻灌时，地面不会冒浆，坝体也不会被抬动;分段钻孔、分段冲洗、分段压水试验，成果比较准确，有利于判断各段的灌浆质量。缺点是:钻机移动次数较多，钻孔工作量大，等待凝结时间长，灌浆效率低。

2.2.6 灌浆材料

采用水泥浆液。灌浆水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5。水泥细度要求通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。灌浆用水泥应保持新鲜，不得使用受潮结块、超过保质期的水泥，并要对水泥品质进行分期分批鉴定。水泥浆胶结性能好，结石强度高。主要优点是:①水泥颗粒较细，能灌入较细的裂隙中，在压力作用下，能扩散至一定范围。②结石强度高，能同时满足帷幕灌浆和充填灌浆的要求。③浆液易配制，施工较方便。④材料来源方便，质量容易控制。

2.2.7 灌浆压力

灌浆压力由灌浆试验确定。由于浆砌石坝体渗透性大、吃浆量大，且其渗径与外界连通，故先用低压、稀浆，后用稠浆，灌浆压力可以逐渐上升，当升到设计值时，调整浆液流量、稠度，维持浆液压力直至结束。岩岭水库大坝浆砌石体灌浆压力为0.2～0.4MPa。

2.2.8 浆液的水灰比及变浆标准

浆液水灰比采用1∶1和3∶1两个比级。当压水试验不起压时，直接采用3∶1水灰比开灌;当吸水量大且压水试验起压时，按1∶1水灰比开灌。

变浆标准:当灌浆压力保持不变，吸浆量均匀减小时，或当吸浆量保持不变，压力持续上升时，灌浆应持续进行，不得改变水灰比;当注入量超过300L时改灌1∶1水泥浆直至灌浆结束。按吃浆率及压力情况来变换浆液浓度，即细裂隙比值大，则稀浆持续的时间要长些;反之，若宽裂隙比值大，则稀浆持续的时间要短一些。

2.2.9 灌浆的结束标准

按设计要求，在规定的压力下，灌浆孔停止吸浆并继续灌注10min，灌浆即可结束。

2.2.10 灌浆孔封孔

灌浆结束后，采用压力灌浆封孔法进行封孔。封孔浆液为1∶1水泥浆。封孔压力0.2MPa。封孔要求饱满、密实。

2.2.11 灌浆质量检查

采用单点压水试验的方法。检查孔的数量为灌浆孔总数的10%。检查结束后，按技术要求进行灌浆和封孔;灌浆质量压水试验检查在该部位灌浆结束14天后进行;灌浆质量压水试验检查，孔段合格率应在80%以上，不合格孔段的透水率不超过设计规定值的50%，且不集中，灌浆质量可认为合格。否则应由建设单位会同设计、施工单位商定处理方案。

3 灌浆效果分析

3.1 灌前透水率分析

从表1所列出的各次序孔的灌前压水透水率统计结果可以看出，由于坝体空隙较多，Ⅰ序孔中有45%的段数在灌前压水试验时无法起压。经过灌浆，Ⅱ序孔中在灌前压水试验时无法起压的段数降至总段数的16.7%。Ⅲ序孔，透水率的平均值达9.23Lu。由此说明坝体的防渗性能随灌浆次数的增加而逐渐提高。

表1 各序孔灌前透水率统计

3.2 单位注入量分析

从统计的各序孔的水泥单位注入量情况看(见表2)，Ⅰ序孔为1394.5kg/m，Ⅱ序孔为466.7kg/m，Ⅲ序孔为236.5kg/m，递减率为66.5%和49.3%，而且大漏量孔段也随孔序的增加明显减少，符合正常灌浆递减规律，表明充填灌浆效果是显著的。

表2 各次序孔水泥单位注入量统计

3.3 检查孔压水成果分析

灌后共布置检查孔16个，做压水试验123段，透水率q≤5Lu者123段，占总试验段的100%，满足设计要求，说明灌浆质量和防渗效果良好。

3.4 单元工程质量评定

根据SL176—2007《水利水电工程施工质量检验与评定规程》的规定，对充填灌浆施工质量进行评定，共划分18个单元工程，全部合格。

4 施工质量控制措施

4.1 监理质量控制

监理质量控制即对工程施工全过程的质量进行控制，从施工的准备工作、原材料、现场试验和进场设备的检查验收，各工序的验收签证、关键工序的旁站监理，到检查孔的检查结果及质量缺陷的返工处理等进行全方位控制。主要依靠事先、事中控制。

4.2 督促施工单位健全三检制

质量控制检查严格执行“三检一验”制，即机组内部班组自检、施工机组质检员二检、项目部质检员三检和监理工程师检查验收制度。

4.2.1 机组内部班组自检

机组班长、记录员控制施工孔孔深段长及灌浆时装置的正确与否、灌浆压力、结束标准等情况。对各环节，施工人员必须服从班长、记录员的安排，施工时记录员必须如实记录施工情况，确保施工质量。

4.2.2 机组质检员

检查控制钻孔的孔位、孔斜、方位，保证准确及时地测斜，并将资料整理分析，如发现有违反技术要求的施工方法，应及时通知施工人员纠正处理;如无效，则上报项目部质检人员。

4.2.3 终检人员

对施工的全过程进行质量控制，对关键工序实施签证制度，以确保施工满足设计要求，对施工环节现场检查，发现问题及时处理。对施工中出现的异常情况采取有效措施，及时处理并上报项目经理部。主要工序通知监理工程师验收。

4.3 加强灌浆设备配置的控制

灌浆质量在一定程度上取决于灌浆设备的工作情况。在选择灌浆施工机械设备的配置时，应充分考虑机械的技术性能、工作效率、工作质量、可靠性及维修难易程度、能源消耗、安全、灵活、数量等方面对灌浆质量的影响。如:灌浆用的风、水、电系统应有专用管路，以确保灌浆工作顺利进行，灌浆管路应能承受1.5倍的最大灌浆压力。制、输、灌各系统间应有可靠的通讯联络措施，以确保供浆和灌浆质量。灌浆泵性能应与浆液类型和浓度相适应，容许工作压力应大于最大灌浆压力的1.5倍，并有足够的排浆量和稳定性能，其压力变动范围不大于灌浆压力的20%。压力表的最大量程宜为最大灌浆压力的2.0～2.5倍。

1 梁炯鋆.锚固与注浆技术手册［M］.北京:中国电力出版社，1999.

2 中华人民共和国水利部、电力工业部.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范(SL 62－94)［S］.北京:水利电力出版社，1994.