团山子水库高水位运行条件下帷幕灌浆施工技术

王世忠

(鸡西矿业集团有限责任公司供水分公司，黑龙江鸡西158100)

1 工程概况

团山子水库主坝为浆砌石重力坝，坝长191 m，坝高31 m，坝顶高程为234.00 m，设计正常蓄水位228.70 m。坝下长期严重渗水，在2009年4月20日水位228.00 m时，仅左坝肩一处渗漏量就达0.0126 m3/s。该处漏水量随库水位升高而明显增大。主要原因是重力坝与左坝肩结合处的截水墙处理简单，水库水绕坝或通过地下渗流产生。重力坝有多处面渗，同时廊道内漏水严重，明显漏水点有3处，一处位于廊道入口(检查井)，井壁漏水，其它两处均为溢流坝坝伸缩缝，漏水呈射流状，大部分廊道顶、侧壁渗水。严重漏水的原因是:大坝原设计有帷幕灌浆防渗处理，但实际施工中却未按设计完成此项工作。水库除险加固工程帷幕灌浆左起左坝肩延伸至山体30 m，右至排水廊道终点处，帷幕总长度为220 m，2010年5月开工，同年8月结束。防渗帷幕总进尺6028米。

2 工程地质条件

左坝肩和坝基为花岗岩，分为全风化、强风化、弱风化3个风化带。全风化带:岩石组织结构完全破坏，已崩解和分解成松散的土状，但局部仍留有原始结构痕迹，分布在左坝肩山体中，厚度为1.5 m，下限高度249.91 m。强风化带:岩石组织结构大部分破坏，小部分岩石分解成松散的土状，大部分岩石呈不连续的骨架或心石，除石英外，长石、云母和铁镁矿物已风化蚀变。分布连续，厚度为0.6～5 m，左坝肩下限高程216.00～246.00 m。弱风化带，岩体钻探取芯为柱状－长柱状，岩石质量指标RQD在10% ～90%居多。下限高度203.02～214.91 m。坝基岩体为花岗岩，在0～55.70 m为中等透水，透水率10.3～49 Lu，55.70以下为为弱透水，平均透水率8.1 Lu。左坝肩岩体渗透性:在大坝渗水严重处进行钻孔进行勘测，0～23 m为中等透水，透水率为 62.0～98.3 Lu，23 m以下为弱透水，透水率为3.5 Lu，其中0～23 m处透水严重。在左坝肩坝轴线山体钻孔勘测，0～35 m透水率为10.7～98.3 Lu，属中等透水，其下限高程为203.02～215.91 m。左坝肩做好防渗处理十分重要。

3 主要技术指标

3.1 布孔方式

左坝肩及重力坝19－20－21号坝段，按双排帷幕灌浆布置，孔距1.5 m，孔底高程在234.00－208.00－193.00 m变化。

重力坝其余坝段采用一排帷幕灌浆，孔距15 m、孔深15 m，灌浆在廊道内施工。

3.2 段长及压力

设计灌浆压力≥1.5倍坝前水头考虑，团山子水库最低水位为216.00 m，施工时水位为230.00 m，水头压力为0.14 MPa，取1.5倍为0.21 MPa。帷幕灌浆施工技术规范要求不可在高水位运行中施工，应在放空或死水位等低水位下进行帷幕灌浆施工。因我公司为满足供水需求，不能放空或将水位降至死水位，而只能在高水位下运行。因其在高水位下施工加之左坝肩严重漏水，重力坝漏水，为消解上述不利因素的影响，实际施工中采用提高灌浆压力方式进行帷幕灌浆，即灌浆压力=1.5×(坝前实际水压力+涌水压力)。本次帷幕灌浆采取孔内循环自上而下分段灌浆法，灌浆孔分Ⅲ序施工，Ⅰ、Ⅲ序灌浆孔各段压水，段长6 m，最大段长不可超过10 m。各施工区段各孔段压水压力及灌浆压力，见表1。

表1 各施工区段各孔段压水压力及灌浆压力 MPa

3.3 灌浆材料与浆液配比

设计灌浆水泥强度为42.5 MPa，为保证大坝的除险施工质量，强度大的水泥其细度指标也好，而细度是帷幕灌浆的关键，故此实际施工中灌浆材料采用鸡西赛龙牌P.O52.5水泥，采用LJⅡ－200型双桶卧式高速制浆机配制浆液，浆液配比见表2。

表2 浆液配比表

用江苏无锡飞马机械厂生产的BW－200型泥浆泵将已配制好的水泥浆送入灌浆孔段内。浆液要由稀变浓逐级变换，绝对不可以开始灌浆既用浓浆。灌浆过程中，要准确详细的记录时间(min)，单位吸浆量(L/min)，压力(MPa)等各项技术参数。

3.4 灌浆施工方法

本次帷幕灌浆工艺流程包括:钻孔、冲洗、压水试验、灌浆、封孔、压水检查等。采用“孔口封闭、自下而上、分级升压、由稀到浓、高压灌浆”方法进行，其工艺见图1。

图1 灌浆施工工艺流程图

3.5 质量合格标准

设计帷幕灌浆合格标准为单位吸水率＜5 Lu。

4 主要施工方法

4.1 资源配置

采用重庆地质钻探机械厂生产的XY－2型2台、XY－2PC型1台和杭州钻探机械有限责任公司生产的SGZ－ⅢA型钻机1台，灌浆泵2台，自动记录仪2台。KXP－Ⅰ型测斜仪2台。

4.2 钻孔冲洗与简易压水

灌浆孔钻进结束后既进行洗孔，冲冼时间≥20 min，回清水10 min，简易压水压力为灌浆压力的80%。

5 主要技术问题及处理

5.1 钻孔不返水

开工初期，由于坝基地质条件不好，钻进时常有掉块卡钻的现象发生，特别是桩号0+297～桩0+327，钻孔时常不返水，而坝下明显能看到漏水。根据实际情况要及时调整钻进参数，低速多提钻等方法，保证了钻孔的质量和进度。

5.2 漏水漏浆量大的涌水段处理

涌水主要原因是由于左岸基岩表面强风化、溶蚀、裂隙较发育，坝前水位高，绕坝渗流大。因此施工中经常发生钻孔漏水，而坝基有大量涌水点，灌浆时 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1 等 7 个比级的水泥浆液均不能将漏水点堵注，为此采用表面封堵再灌浆的方法进行施工，具体操作如下:

1)对于涌水严重且裂隙裂缝较大的地方，先用干木楔子将缝隙砸死，待8～10 h后，干木楔吃水膨胀，大漏水点变成小漏水点，再用棉絮或布条将小漏水点封堵，然后灌浆。

2)对于上述方法解决不了的漏水孔段，可将稀释至45°的5H2O·Na2SiO4(俗名:水玻璃)溶液按5%的比例掺入到已配制好的水泥浆液中，灌入施工孔段。(注:掺入水玻璃的水泥浆液必须在10～15 min内泵出灌浆机具，否则，灌浆机具有被混合浆液注死的危险。)

3)对于廊道内的涌水孔段，为防止灌浆结束后浆液因扬压水作用而倒流，必须闭浆12 h。

6 灌浆成果分析

6.1 单位注入量

从3个灌浆部位的平均单位注入量分析，廊道内二序孔单位注入量比一序孔单位注入量递减了31%，而三序孔单位注入量比二序孔单位注入量递减了17%;左岸坝体基岩二序孔单位注入量比一序孔单位注入量递减了43%;左坝肩山体二序孔单位注入量比一序孔单位注入量递减了38%。由此可见，各部位单位注入量递减均很明显。这说明三个部位的地层经帷幕灌浆处理后岩石的透水性得到了很好的改善，大大降低了岩石的渗透性，灌浆质量良好。

6.2 检查孔成果

检查孔压水试验采用单栓塞止水自上而下分段压水方法进行，试验采用五点法。检查孔岩心采取率在85%以上，平均合格率＞50%。共完成检查孔18个，从检查孔压水试验成果看，透水率＜5 Lu的段数占总段数的100%，全部满足工程设计帷幕灌浆透水率指标ω≤5 Lu。

6.3 坝后渗水观测

灌浆前后对比，从坝后渗漏水点的观测分析，随着帷幕灌浆孔逐渐完成，最大漏水点漏水量由原来的0.0126 m3/s逐渐减小至0 m3/s，这也说明本次帷幕灌浆起到了显著的防渗作用。

7 结论

1)对于类似团山子水库这样中等透水性地层的坝体，帷幕灌浆是防渗处理切实可行的方案。

2)坝前水位过高，影响灌浆效果。克服的方法是加大灌浆压力，取坝前压力的1.5倍加实际涌水漏水压力之和，按注入量逐渐升压，可以在高水位运行下进行帷幕灌浆的施工。

3)漏水漏浆量大的孔位，可以采取漏水点物理封堵，在水泥浆中掺入适当比例的水玻璃，闭浆的方式进行灌浆。

［1］贵州省水利电力厅.SL25－91浆砌石坝设计规范［S］.北京:水利电力出版社，1991.

［2］张景秀.坝基防渗与灌浆技术(第二版)［M］.北京:中国水利水电出版社，2002

［3］水利水电工程施工手册编委会.水利水电工程施工手册(地基与基础工程)［K］.北京:中国电力出版社，2004.