帷幕灌浆技术在细鳞河水库除险加固工程的应用

沈继承

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006）

1 工程概况

细磷河水库位于黑龙江省鹤岗市北，细磷河下游干流上，距鹤岗市35 km，控制流域面积564 km2，大坝坝型为浆砌石重力坝，最大库容3300万m3，属中型水库，大坝全长345 m，最大坝高20 m，大坝基础为花岗岩，建基面高程135 m。

随着运行年限的增加，渗漏逐渐增多、游离钙大量析出，导致伸缩缝再次严重漏水。鉴于大坝漏水对大坝造成的严重损害，为避免漏水的加剧和危及大坝安全；延长大坝的使用寿命，2008年对大坝坝体进行防渗处理，使大坝坝体、坝基形成一防渗帷幕。

2 地质条件

坝基处基岩为花岗岩，颜色为灰白-灰绿-灰黑色，中-粗粒结构，块状构造。主要矿物成分有石英、长石、黑云母角闪岩等，岩石坚硬，上部节理发育。全风化带厚0～0.8 m，结构被破坏呈砂穴状，与上部亚砂土没有明显界线，无交结性；强风化带厚0.5～1.7 m，呈碎块状，半胶结状态，整个坝轴区普遍发育，节理发育，裂隙面充满了次生矿物。弱风化带上部层厚1.85～8.3 m，块状节理发育，裂隙充满水锈，胶结状态，全区发育。

3 帷幕灌浆施工方法

3.1 灌浆孔位布设方案

灌浆钻孔的位置布设在坝体的上游。挡水坝段灌浆孔为单排，钻孔位置设在坝顶，孔距均为2 m，孔径为φ75 mm，灌浆孔孔深钻至坝基基岩下6 m，两侧向岸坡各延伸4个灌浆孔，坝顶下设5 m长的灌浆套管，套管以上部分采用静压灌浆，套管下部采用孔内循环灌浆。溢流坝段钻孔位置设在灌浆廊道内，灌浆孔共7排，廊道以下的部分设1排灌浆孔，孔径为φ75 mm，灌浆孔孔深钻至坝基基岩下6 m，廊道上游侧及其顶部设6排灌浆孔，上游侧3排孔孔径为φ60 mm，廊道顶部3排孔孔径为φ38 mm。

3.2 灌浆材料、制浆和灌浆设备

1）灌浆的主要材料是水泥和水，根据工程需要可掺入风积沙等掺合料和外加剂。灌浆所采用的水泥品质必须符合GB175-92《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》或所采用的其他水泥的标准。

灌浆用的砂应为质地坚硬的天然砂或人工砂，粒径不宜大于2.5 mm，细度模数不宜大于2.0，SO3含量宜小于1%，含泥量不宜大于3%，有机物含量不宜大于3%。

2）制浆材料必须称量，称量误差应小于5%；水泥等固相材料宜采用重量称量法。纯水泥浆液的搅拌时间，使用普通搅拌机时，不少于3 min；使用高速搅拌机时，宜不少于30 s。

3）灌浆泵性能应与浆液类型、浓度相适应，容许工作压力应大于最大灌浆压力的1.5倍，并应有足够的排浆量和稳定的工作性能；灌注纯水泥浆液应采用多缸柱塞式灌浆泵。

3.3 灌浆工艺

1）一般规定。所有灌浆孔的孔距均为2 m，分三序灌注，其中Ⅰ序孔作为充填灌浆孔和常规灌浆孔，当Ⅰ序孔压水不返水时，对其进行充填灌浆，灌浆材料为水泥砂浆，配比为水泥∶风积沙=1∶1。Ⅰ序孔部分亦作为先导孔。

单孔工艺流程：钻孔→钻孔测斜及冲洗→简易压水→灌浆→下一灌浆段钻孔、压水、灌浆→……直至终孔→封孔。

2）钻孔。以铅垂线为标准，钻孔角度在90°以下的，采用回转式钻机钻进。钻孔角度在90°以上的，采用冲击钻钻进。灌浆钻孔位置与设计位置的偏差不得大于10 cm，钻孔孔壁应平直完整。灌浆钻孔每段都应进行孔斜测量，发现偏斜超过要求应及时纠正或采取补救措施。

钻孔经测斜后，测得偏斜角θ，则d＝L1sinθ。

钻孔偏斜率的计算公式为∶

式中：d——实钻钻孔的水平投影长度，亦即孔底偏距，也可称偏差；L——实钻钻孔的立面投影长度；L1——实钻钻孔的长度。

帷幕灌浆孔孔底充许偏差见表1。

表1 帷幕灌浆孔孔底允许偏差 m

3）钻孔冲洗、裂隙冲洗和压水试验。钻孔完成以后，应及时地将钻孔冲洗干净。各次序灌浆孔的各灌浆段在灌浆前宜采用单点法进行简易压水，其成果以透水率表示。在有泥质充填物和遇水性能易恶化的岩层中，灌浆前不进行裂隙冲洗和简易压水。

4）灌浆方法和灌浆方式。采用回转式钻机造孔的，灌浆采用“孔口封闭孔内循环自上而下分段灌浆法”，射浆管距孔底不得大于50 cm，每段灌浆结束后可不待凝，进行下一段的钻孔和灌浆，提高了灌浆施工工效；采用冲击钻造孔的按静压灌浆工艺处理。灌浆孔段长度为5 m，最后一段小于8 m时，可一次灌注。灌浆孔各灌浆段，不论透水率大小均应按技术要求进行灌浆。

5）灌浆压力和浆液变换。灌浆压力初步确定为0.5 MPa，具体灌浆压力结合现场试验确定。灌浆的过程中不允许降压。灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。灌浆浆液水灰比采用 3∶1，2∶1，1∶1 等 3 个比级。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不改变水灰比。

当某一比级浆液的注入量已达300 L以上或灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显着(某一级浓度的浆液在灌注了一定数量之后，其注入率仍大于初始注入率的70%，就属于“改变不显著”)时，应改浓一级。

当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浓。灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应的措施处理。

6）灌浆结束标准及封孔方法。在设计压力下，注入率不大于1 L/min时，延续灌注时间不少于90 min；灌注全过程中，在设计压力下的灌浆时间不少于120 min。

封孔采用“置换和压力灌浆封孔法”：全孔灌浆结束后，将导管下入到钻孔底部，用灌浆泵向导管内泵入水灰比为0.5∶1的水泥浆，水泥浆自孔底逐渐上升，直至孔口返出浓浆为止。而后将灌浆塞塞在孔口，使用水灰比为0.5∶1的水泥浆进行纯压式封孔灌浆1 h，压力为灌浆最大压力。封孔灌浆结束后，闭浆24 h。

当进行封孔灌浆时的注入量大于1 L/min时，应按正常灌浆过程进行灌浆，直至达到要求的结束条件。如封孔前孔口仍有涌水或渗水，则应当适当延长封孔灌浆持续时间，或采取闭浆措施。

7）排污。灌浆工程的污水排放量是很大。在施工作业面附近设集污池，污水经集水井沉淀后，及时采用污水泵排至沉淀池内，经过二级沉淀达到排放标准后，排入河道。

8）特殊情况处理。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。

灌浆过程中发现串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，可以同时进行灌浆。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。

当钻孔灌浆过程中，发现孔口涌水时，无论钻进的孔段长度是否已经达到了规定的长度，都应当停止钻进，先对本孔段进行灌浆处理。如果承压水量不大，则灌浆前使该孔段充分排水，之后按常规办法进行灌浆。如果承压水量很大，这时应当测量承压水的压力和流量，有针对性地采取下列措施综合处理：使用浓浆液灌注，必要时浆液中加入速凝剂；使用纯压式灌浆；提高灌浆压力；进行屏浆、闭浆、待凝；压力灌浆封孔。

灌浆段注入量大，灌浆难于结束时，可选用下列措施处理：低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆；浆液中掺加速凝剂；灌注稳定浆液或混合浆液。

3.4 灌浆质量检查分析

灌浆质量检查以检查孔压水试验成果为主，结合对竣工资料和测试成果的分析，综合评定。该工程灌浆质量检查判断标准为压水试验透水率不大于0.05 L/（min·m·m）。灌浆检查孔的数量为灌浆孔总数的10%。

灌浆检查孔布置部位：灌浆中心线上；岩石破碎、断层、大孔隙等地质条件复杂的部位；注入量大的孔段附近；钻孔偏斜过大、灌浆情况不正常以及经分析资料认为对帷幕灌浆质量有影响的部位。

灌浆检查孔压水试验在该部位灌浆结束14 d后进行。检查孔孔径为φ56 mm，深度应少于该部位灌浆孔深度2 m；检查孔段长为5 m。检查孔应自上而下分段卡塞进行正式压水试验，试验采用单点法。检查孔压水试验压力值为该处灌浆压力的80%。基岩接触段及其下一段的合格率应为100%；再以下的各段的合格率应在90%以上，不合格段的透水率值不超过设计规定值的100%，且不集中，灌浆质量认为合格。

检查孔压水试验结束后，进行灌浆和封孔。

灌浆前的钻孔最大透水率值达到0.549 L/(min·m·m)（15坝段的143号孔第一段），检查孔压水试验值最大值为0.03 L/(min·m·m)（小于0.05 L/(min·m·m)）。最后试验结果完全满足设计及规范要求的质量标准。

4 结语

1）挡水坝经过帷幕灌浆施工处理后，挡水坝段背水坡底部的渗流现象消失，水泥灌浆形成的防渗帷幕已发挥作用，确保了大坝的安全与稳定。

2）溢流坝廊道经过水泥灌浆施工处理后，原白色游离钙析出现象、多处渗漏点漏水并连续成串的现象、廊道下游面的漏水现象基本消失，整个廊道的滴水状况及个别部位出现的连续流水现象全部消除。通过水泥灌浆，提高了浆砌石坝体的完整性，并增强了整个坝体的强度。

3）通过帷幕灌浆施工处理，渗漏状况基本消除，制止了白色游离钙析出。消除了大坝的安全隐患，延长了大坝的的使用寿命。达到了设计要求。