浅析大梁水库帷幕灌浆设计与施工

贾建国

摘  要：大梁水库是万家寨引黄北干线的一座调蓄水库，对水库右岸及右坝肩进行防渗处理，既有利于控制煤矿采空塌陷区规模和范围，也可控制水库渗漏对大坝安全的影响。

关键词：煤矿采空区  帷幕灌浆  渗漏透水率

1、工程概况

大梁水库位于朔州市平鲁区井坪镇西北约1.5km的下称沟。由于坝基N2红粘土层分布厚度变化较大，局部缺失，渗漏严重；井西煤矿采空区位于大坝右岸，危及大坝安全。为了确保坝体安全，加强坝体的防渗性能，减少水库渗漏，在设计多方案论证基础上，采取帷幕灌浆进行大坝防渗整治。由于大坝与采空区间的帷幕灌浆设计与施工属国内罕见案例，基本没有经验可借鉴。因此，帷幕灌浆设计、施工等具有一定的探索性。

1.1大梁水库由于库区红粘土局部缺失，蓄水位高程1400m库区存在库底，右坝肩西侧缺失“天窗”等渗漏问题。

1.2右坝肩心墙部位座落到石炭系太原组基岩上，非心墙部位坝高荷载变化Q3、Q2地基黄土存在压缩沉陷、湿陷变形问题，由于石炭系地层透水性较大，存在绕坝渗漏问题。

1.3井西煤矿通风井井口位于库区，井口高程1412.45m，洞身向下斜向SE130°方向延伸，库水透过井口Q3、Q2黄土渗入C3t汇入通风井形成集中渗漏通道，造成水库渗漏。由于右岸坝肩至原防护坝地段N2红粘土起伏分布，局部冲沟缺失，库水透过Q3、Q2黄土渗入C3t向井西煤矿塌陷区产生渗漏，进一步恶化扩展塌陷区围岩稳定条件，可能对右坝肩放水洞及地下泵站造成不良危害影响。

2、右岸及右坝肩帷幕灌浆设计

2.1根据坝体工程地质条件和帷幕灌浆试验，设计右坝肩帷幕轴线长186m，双排孔，孔距和排距均为2米，梅花型布置，设计帷幕孔187孔。帷幕灌浆上限深度高于塑性混凝土防渗墙底边线0.5m,下限深度深入9 煤层的深度不小于2.0m。设计右岸帷幕轴线长744m，单排孔，孔距2米，设计帷幕孔373孔，帷幕灌浆段顶高程1404米，段底高程深入9 煤层的深度不小于2.0m。

2.2设计灌浆压力：第一段灌浆压力为0.2Mpa，第二段灌浆压力为0.3Mpa，第三段及以下各段灌浆压力为0.5Mpa。

2.3灌浆材料及浆液配比：灌浆材料为普通硅酸盐水泥42.5，遇大漏浆或大通道时使用砂子和水玻璃等。浆液水灰比（重量比）按照由稀变浓的原则分为四个比级，2：1、1：1、0.8：1、0.5：1。

2.4质量标准：因坝体防渗帷幕的主要目的是减少渗漏，确保坝体安全，故根据坝体结构特征防渗标准为：帷幕灌浆段透水率＜5Lu。

3、帷幕灌浆施工

帷幕灌浆前对帷幕轴线部位进行开挖平整，首先进行覆盖层钻孔至帷幕顶线后，镶铸孔口管，待凝72小时后在进行灌浆段的钻灌，以保证灌浆效果。

3.1 灌浆方法。除先导孔取芯确认地层外，其余孔采用小口径无芯钻孔、孔口封闭、孔内循环的方法进行灌浆施工。根据坝体的工程地质特点，覆盖层钻孔采用粘土泥浆护壁钻孔，解决了成孔难的问题，若岩性破碎成孔特别困难时，采用套管跟管钻进方式钻进。

3.2 施工顺序及灌浆段长划分。帷幕灌浆孔施工按分序加密的原则进行，先施工下游排，再施工上游排。同排中先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔，再Ⅲ序孔。设计第1段段长2.0m，第2段及其以下各段均为5.0m，最大段长不超过6m。

3.3钻孔。灌浆段钻孔主要采用XY-2型地质钻机，φ60mm金刚石钻头无芯钻进。采用KXP-1型测斜仪进行孔斜检测。

3.4 水泥浆液变换标准。浆液变换标准：⑴、当灌浆压力保持不变，注入率持续减少，或当注入率不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。⑵、当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应变浓一级。⑶、当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。变浆后如压力突增或注入率突减时，应立即查明原因，进行处理，并报告现场监理工程师。

3.5 灌浆结束标准和封孔。在设计压力下，注入率小于0.4L/min，延续灌注60min即可结束；或注入率不大于1L/min时，继续灌注90min，灌浆即可结束。

终孔段灌浆结束后，用0.5:1级的水泥浆液置换孔内稀浆，用终孔段的灌浆压力机械封孔，上部土层空余部分人工粘土封孔。

3.6 钻孔和灌浆过程中特殊情况的处理措施。由于大坝右岸及右坝肩地层破碎且裂隙与采空区相连的特点，在库区与采空区间形成许多裂隙通道，这是帷幕灌浆钻孔、灌浆的难点，但同时也是重点，必须想方设法阻断这些通道。

3.6.1、灌浆过程中，发现冒浆、漏浆，应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理。

3.6.2、帷幕灌浆过程中发生串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，可以同时进行灌浆，应一泵灌一孔。否则应将串浆孔用塞塞住，待灌浆孔灌浆结束后，串浆孔再行扫孔、冲洗，而后继续钻进和灌浆。

3.6.3、灌浆施工必须连续进行，若因故中断，应及早恢复灌浆。当中断时间大于30min时或无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，而后恢复灌浆。

4、灌浆质量检查

帷幕灌浆应在该部位灌浆结束14后进行。灌浆结束后，由监理工程师根据灌浆资料、施工情况、工程部位的重要性布置检查孔。帷幕灌浆的质量应以分析压水试验成果为主，结合灌浆资料、钻孔取芯等综合评定。

帷幕灌浆质量检查孔的钻孔采用金刚石钻头取芯成孔，孔径为φ75mm，检查孔的钻孔与取芯，压水试验一律按地质勘探标准进行，对采取的岩芯进行编号、装箱和岩性地质描述，并按监理工程师的要求存放到指定位置妥加保护。

质量检查采取单点法压水试验的方法，压水检查各孔段透水率值小于5lu，合格率应在90%以上，不合格段的透水率值不应超过设计规定值的50%，且不集中，认为合格。

5、帷幕灌浆完成工程量及效果分析

大梁水库右岸及右坝肩帷幕灌浆共完成帷幕灌浆孔560孔，土层钻孔6673.75米，岩石钻孔20772.4米，其中帷幕灌浆总段长18867.7m，灌入水泥1004.25t，平均单位耗水泥53.23kg/m。

5.1 检查孔压水试验成果。每十个孔至少设一个检查孔，共施工检查孔57个，其中土层钻孔681.72米，岩石钻孔2116.55米。孔段合格率100%.其中右岸帷幕灌浆区布置38个检查孔，透水率值最大为4.78Lu（防渗标准为5Lu）。右坝肩帷幕灌浆区布置19个检查孔，透水率值最大为4.39Lu（防渗标准为5Lu），全部满足设计要求。

5.2 灌浆成果分析。注入量随孔序加密呈递减规律。右坝肩下游排帷幕孔单位水泥注入量为69.47kg/m，上游排为39.67kg/m，上游排比下游排减少42.9%。下游排Ⅱ序孔单位注入量比Ⅰ序孔减少42.42%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔减少36.83%；上游排Ⅱ序孔单位注入量比Ⅰ序孔减少32.09%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔减少45.38%。右岸帷幕孔单位水泥注入量为47.19kg/m。Ⅱ序孔单位注入量比Ⅰ序孔减少44.66%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔减少43.18%。

综上所述，大梁水库右岸及右坝肩帷幕灌浆工程，设计合理，施工质量控制科学，防渗加固效果明显。

6、结语

在煤矿采空区与水库间施工帷幕灌浆防渗加固工程，目前属国内不多的案例。设计施工过程中，对钻孔、灌浆技术参数，灌浆材料、浆液配比、灌浆过程中特殊情况的处理、以及灌后质量检查方法等多项技术与工艺进行了较多的试验探索，并取得成功经验。

该工程的成功实施，为我国今后解决类似工程问题积累了宝贵的设计和施工经验。

参考文献：

1、DLT 5148-2001 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范