帷幕灌浆施工工艺与质量控制要点

2012-04-14钱勇峰

水利规划与设计 2012年3期

钱勇峰

（浙江省水利水电勘测设计院杭州 310002）

我省大多数水库为20 世纪50～60年代所建，土石坝在各类坝型中占有很高的比例。限于当时条件，加之经过多年运行，普遍存在渗漏隐患。近年来我省投入巨额资金进行“千库保安”工程，对病险水库进行除险加固，提高水库的安全度，发挥水库的综合效益。对坝基渗漏通常采用帷幕灌浆进行防渗处理，笔者通过多年的工程实践，总结出了帷幕灌浆施工和质量控制经验，以供参考。

1 帷幕灌浆施工工艺

帷幕灌浆施工工艺流程：造孔→灌浆→待凝→下一段直至结束。

1.1 造孔

（1）心墙造孔。一般采用干打、干钻取土法，或者先打入外套，再用钻具加小水在套管内清扫，一般扫至离套管底以上0.50m 左右。套管下至建基面后，可下钻具对接触段钻进。

（2）砂砾石造孔。采用金刚石钻头单管清水钻进，如遇局部孔段砂砾石较松散，造孔时进水量要小。若发生塌孔，主要采取以下措施：用弹簧钻头打捞孔内掉块，采用干钻，若多次打捞也未能至设计段长，则对该段立即进行灌浆。

（3）基岩造孔。采用金刚石钻头单管清水钻进。

1.2 灌浆

（1）灌浆序次。3 排孔的帷幕灌浆，先灌下游排，再灌上游排，最后灌中间排。2 排孔的帷幕灌浆，先灌下游排，后灌上游排。帷幕灌浆一般在每排孔上分3 序施工，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序先后钻灌。

（2）灌浆方法。一般采用循环灌浆法自上而下分段灌浆。

（3）灌浆段长。根据SL62—94《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》规定，帷幕灌浆段长宜采用5～6m，特殊情况下可适当缩短或加长，但不得大于10m，接触段在岩石中的长度不得大于2m。

（4）灌浆压力。灌浆允许最大全压力为P（上部盖重）=h×γ，h为坝顶至橡塞底部的距离(m)，γ为土体容重(一般取1.9t/m3)。坝肩较浅处当第 2 段灌浆计算允许最大全压力＜0.30MPa时，采用0.30Mpa。每段灌浆前根据输浆管长度分别计算出不同浆液浓度下的灌浆压力及压力表压力，以不同浆液的水灰比灌浆来控制压力表压力。压力表装在回浆管顶部，压力表读数宜读指针摆动的中值。

（5）灌浆材料及添加剂使用。帷幕灌浆一般采用普通水泥，在特殊要求下，可采用地勘水泥、磨细水泥或超细水泥。灌浆过程中根据现场情况（气温、灌入量、水灰比等）可采用水玻璃作速凝剂（在吸浆量较大时，宜加3%～5%的水玻璃）。灌水泥浆液，使用普通搅拌机时，搅拌时间应不小于3min。

（6）浆液变换。灌浆的浆液浓度应由稀到浓逐级变换，采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1五个比级。根据压水试验透水率（q）的大小，选择合理的开灌比，先期灌段要充分注意到各种地层的临界水灰比，以指导后期的灌浆，使灌入量达到要求。当某级浆液累计注入量已达300L以上，或灌浆时间已达30min，而灌浆压力各注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比。当注入率大于30L/min 时，可越级变浓。当灌量大，难以结束时，采取缩短初凝时间、降压、限流等措施。

（7）灌浆结束标准、待凝。当单位进浆量达到规范结束标准后，再灌30min，实施压力闭浆，当压力表回零后，结束灌浆。灌浆结束待凝12h 后再进行下一段钻进。

（8）封孔。全孔灌浆结束后，待凝12 小时进行封孔作业。

2 帷幕灌浆质量控制要点

2.1 清水造孔与下套止水止浆

为保证灌浆质量，在基岩和砂砾石层灌浆均采用清水造孔。目前基岩采用清水造孔技术已相当成熟，而传统的砂砾石造孔和灌浆工艺难以保证灌浆质量。此前，我院已研究出特有的砂砾石清水造孔技术。在砂砾石层造孔采用金刚石钻头单管清水造孔，已经在我院承担的多项除险加固工程砂砾石地基灌浆中得到应用，取得了良好的效果。

下套进行止水止浆是保证砂砾石层灌浆质量的要点，采用我院砂砾石地基灌浆创新技术（此技术已通过水利厅鉴定，并达到国内领先水平）中的下套止水止浆法，确保了灌浆工程质量。此工艺在多项除险加固工程砂砾石地基灌浆中得到应用，取得了良好的效果。

2.2 灌浆压力

灌浆压力是控制灌浆质量的重要因素。压力过小，影响灌浆扩散半径，不能形成连续的帷幕；压力过大，会使裂隙扩大或引起岩体抬动变形而形成新的裂隙，反而破坏了岩体的完整性，尤其在接触段灌浆时，压力过大会导致坝体劈开。因此在灌浆过程中要控制好灌浆压力，根据不同的地层和先期灌浆孔的吸浆量，及时调整灌浆压力，增加水泥灌入量，保证灌浆工程质量。

2.3 灌浆材料

根据地层的渗透性，选择合适的灌浆材料能提高灌浆效果。目前选择的材料有普通水泥、地勘水泥、磨细水泥和超细水泥。帷幕灌浆一般采用普通水泥；有特殊要求时，可采用磨细水泥或超细水泥，能扩大灌浆扩散半径，增加水泥的灌入量；在动水位、透水性大的地层可采用地勘水泥，能防止灌浆扩散半径过大，有利于帷幕的成幕。

2.4 灌浆段长

对于基岩地基灌浆，在实际施工中如果不进行控制，接触段灌浆段长往往会超过2m。这样做看似对灌浆质量影响不大，容易忽视，实际对灌浆质量是有很大影响的。根据多年施工经验，坝基渗漏问题主要在接触段，施工过程中特别要控制好接触段的灌浆质量。一般情况下，灌浆段长度控制在5m 左右为宜；如遇破碎带或裂隙发育不均一段，则应缩短到3m 左右；如遇集中渗漏带，应单独分段灌浆，这样才能保证灌浆质量。

对于砂砾石地基灌浆，缩短段长可提高灌浆效果，一般取3m 左右，接触段段长不得大于2m。如遇砾石比较松散，透水率相对较大，可进一步缩短段长，建议取2m 左右，能提高灌浆质量。

2.5 临界水灰比

浆液在变级过程中，当浆液变浓一级后单位时间吸浆量明显变小，变浓前一级水灰比就是临界水灰比。为保证灌浆质量，尽量扩大吸浆量，在灌浆过程中对临界水灰比进行分析，确保浆液变级的合理性。当浆液达到临界水灰比时，尽可能的多灌入此浓度浆液，能有效提高灌浆质量。

3 工程实例

3.1 宁波北仑新路岙水库

水库大坝为黏土铺盖心墙砂壳坝，坝长517m，坝高24.0m，总库容为1474.0万m3。水库坝基为双层地基，上部为砂砾卵石层，下部为基岩。

坝基帷幕灌浆设A、B 两排灌浆孔，分三序施工。帷幕悬挂深度至高程-11.05m，两排排距1.5m，孔距2.0m。本工程的质量控制要点如下：

（1）造孔与下套。砂砾石造孔采用我院特有的砂砾石清水造孔技术，金刚石钻头单管清水钻进，局部孔段砂砾石较松散，造孔时进水量要小，若发生塌孔，用弹簧钻头打捞孔内掉块，采用干钻。

下套与心墙造孔同步进行，采用我院砂砾石地基灌浆创新技术中的下套止水止浆法，接触段灌浆时，套管离接触面0.3～0.5m，灌浆结束后，套管打下至地基面。第2 段灌浆后，下小一档套管至砂砾石层1.5～2.0m。

（2）灌浆材料。根据先导孔的施工情况，在不同的透水率范围选择不同的灌浆材料，A 排Ⅰ、Ⅱ序孔结束后，为增加浆液注入量，在Ⅲ序孔施工时做了适当的调整。B 排孔施工时，根据A 排孔施工情况，对灌浆材料及其在透水率范围内应用做了调整，提高了灌浆质量。具体如下：

A 排：Ⅰ、Ⅱ序，Lu＞30，地勘水泥；10≤Lu≤30，普通水泥；Lu＜10，磨细水泥。Ⅲ序，Lu≥10，普通水泥；Lu＜10，磨细水泥。B 排：Ⅰ、Ⅱ序，Lu≥10，普通水泥；Lu＜10，磨细水泥。Ⅲ序,Lu≥15，普通水泥；Lu＜15，磨细水泥。

（3）灌浆段长。接触段段长不超过2m，段内包含心墙土和地基两种介质。砂砾石层缩短段长能提高灌浆效果，根据砂砾石松散程度，取2.0～3.0m，基岩段长为5.0～6.0m。

（4）灌浆压力。接触段灌浆根据先导孔试验情况确定合适的灌浆压力，但最大不能超过设计最大全压力P。经过Ⅰ，Ⅱ序的施工，Ⅲ序孔的灌浆压力适当提高一些，每段灌浆压力在原设计压力的基础上增加0.05MPa，有利于浆液更好的扩散，以确保灌浆质量。

3.2 浙江钦寸水库

钦寸水库为混凝土面板堆石坝，坝顶高程106.0m，最大坝高64.0m，总库容2.44亿m3。根据查明的地质资料，左岸玄武岩下伏砂砾石存在渗漏问题，且范围较广，须进行帷幕防渗。设计拟定从溢洪道左侧混凝土接头—铁顶山上枣园范围内采取帷幕灌浆处理，与溢洪道以及大坝基础帷幕相接，共同形成枢纽的防渗体系。

左岸砂砾石层选用水泥帷幕灌浆，在防渗处理范围选择一段作试验段进行灌浆试验，通过试验确定帷幕灌浆设计方案。具体分3 个阶段进行。

第1 阶段试验范围为轴线排A77—A85，孔距2.0m，分三序施工，帷幕深入基岩以下5.0m。

第2 阶段试验是在轴线排向左延伸10.0m 增设的5 只孔（孔号为A72－A76）及在上游2.0m布设14 只孔（孔号为B72—B85），两排各孔呈梅花形布置，分三序施工，帷幕轴线排深入基岩以下5.0m，上游排深入基岩以下0.5m。

第3 阶段试验在原试验段左侧延伸方向布置三排灌浆孔，单排孔数为16 只，孔距、排距均为2.0m，分三序施工。帷幕轴线排深入基岩以下5.0m，上、下游排深入基岩以下0.5m。本工程质量控制要点如下：

（1）造孔与下套。砂砾石造孔采用我院特有的砂砾石清水造孔技术，金刚石钻头单管清水钻进，覆盖层开孔直径为150mm；玄武岩造孔直径为 130mm；砂砾石层造孔直径为 110～91mm；终孔段直径为91mm。在施工中，为防止砂砾石层造孔时发生塌孔现象，造孔时进水采用小水量，灌浆时尽量延长并浆时间。

下套进行止水止浆是本工程的难点之一，结合土坝砂砾石地基灌浆技术中的下套止水止浆法，根据钦寸水库玄武岩下伏砂砾石地基的特点及时进行研究改进，并在试验中应用，确保工程的质量。

（2）灌浆压力。在第1 阶段砂砾石层灌浆过程中，由于地层比较密实，在设计压力条件下灌注，发现吸浆量明显偏小，因此在第2、3 阶段采取提高压力进行灌注。第1 阶段第1 段灌浆压力为0.3MPa，以下每段增加0.05MPa。第2、3 阶段玄武岩层灌浆压力为0.6MPa，砂砾石层首段灌浆压力取 0.8MPa，以下每段增加 0.03～0.04MPa。

（3）灌浆材料。第1、2 阶段试验孔采用PO42.5 的普通硅酸盐水泥，检查部分孔段透水率未能达到设计要求，在第3 阶段试验孔增加了磨细水泥。第3 阶段上、下游排的56—63 号孔灌浆材料采用PO42.5 的普通硅酸盐水泥，轴线排钻孔和上、下游排的64—71 号孔采用磨细水泥。通过不同材料灌浆效果的比较试验，最终确定帷幕灌浆材料。

（4）灌浆段长。根据第1、2 阶段的灌浆情况，因第2、3 段砂砾石透水率相对较大，为进一步提高此范围的灌浆质量，在第3 阶段中、后期适当调整灌浆段长。具体为在试验第1、2 阶段及第3 阶段初期，第1 段段长为2.0m，第2～6 段段长为3.0m，轴线排第7 段为3.0m，上、下游排第7 段为终孔段深至基岩0.5m，轴线排第8 段为终孔段深至基岩5.0m。在第3 阶段中、后期，对第1～6 段长做出调整，分别为2.5、2.0、2.0、3.0、3.5、3.5、3.5m，其余不变。

（5）临界水灰比。由于本工程砂砾石地层比较密实，根据第1、2 阶段的施工情况，为保证灌浆质量，尽量扩大吸浆量，第3 阶段试验中，对本工程的临界水灰比进行分析。经综合分析，本工程灌浆的临界水灰比为2:1，当浆液需变浓至临界水灰比时，一般在进浆量达到上一级浓度进浆量的2倍以上并且单位时间进浆量未明显改变的情况下才变浓。