帷幕灌浆在南水北调中线陶岔渠首枢纽工程防渗处理中的应用

奚建猛 杨 亮

一、概况

南水北调中线一期陶岔渠首枢纽工程是南水北调中线输水总干渠的引水渠首，主要由引水闸、河床式电站、两岸重力坝等建筑物组成。

枢纽工程位于岩溶较发育的石灰岩地区，当丹江口水库正常蓄水位提至高程170m后，库区水位将高于渠首两岸山体地下水位，使两岸山体地下渗流场及其补、排方式发生改变，由现在的山体地下水补给库水变为库水补给山体地下水，由此极可能形成坝基及两岸山体绕坝渗漏。为控制闸基及两岸绕闸渗漏，降低闸基扬压力，同时防止基岩中软弱结构面和岩溶充填物等软弱地质构造发生渗透破坏，对闸基及两岸一定范围采取帷幕灌浆防渗处理方案。

二、帷幕灌浆设计

1.防渗方案

由于左、右岸帷幕线沿线表层粘土厚度较大，透水性小，渗透系数3×10-5～5×10-7cm/s，自身可满足防渗要求，因此工程防渗主要针对闸基及两岸山体基岩进行，为进一步降低闸基扬压力，闸基防渗帷幕后还布置了一道排水孔幕。

防渗帷幕线路在建筑物范围内沿闸基灌浆廊道轴线布置，并分别向左、右岸延伸至两岸上坝公路内侧。左岸山体段防渗帷幕的作用主要是拦截顺汤山西侧及西北侧灰岩岩溶入渗区的来水，防渗帷幕布置在汤山东北坡脚，防渗帷幕轴线总体走向基本垂直于汤山区域的渗漏方向。

2.防渗帷幕设计标准

根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）规定，工程防渗帷幕设计防渗标准为：（1）闸身段：基岩透水率 q≤3Lu；（2）两岸近岸段：基岩透水率 q≤5Lu；（3）两岸山体远岸段：基岩透水率q≤10Lu。

3.防渗帷幕设计参数

根据闸址区工程地质条件，结合现场帷幕灌浆试验成果，并参考其他类似工程施工经验确定。

（1）闸身段帷幕轴线长度305m，防渗帷幕按两排布置，孔距为2.5m，排距为0.5～0.6m。主排（下游排）帷幕孔深按设计防渗底线控制，前排帷幕孔深按主排帷幕孔深的1/2左右控制。

（2）两岸山体防渗帷幕按单排布置，其中近岸地段帷幕孔距为2m，远岸地段（距闸端100m以外）帷幕孔距为2.5m。帷幕孔深为左岸40～110m，右岸80～96m。

三、现场帷幕灌浆试验研究

由于陶岔渠首枢纽工程防渗帷幕沿线工程及水文地质条件复杂，存在深厚覆盖层及深覆盖层下岩溶发育等工程地质问题，给防渗帷幕的形成带来了极大的困难。同时，受工程条件限制，该工程防渗帷幕只能采用单一的灌浆方式成幕，不能采取岩溶追踪清理回填加帷幕灌浆方式成幕，进一步加剧了防渗帷幕成幕难度。为确保工程防渗帷幕的顺利形成，在工程帷幕灌浆实施前，进行现场灌浆试验研究，确定相应的灌浆设计参数和施工方法。

（1）提出合理、可行的深厚覆盖层下岩溶强透水层灌浆成幕的钻灌施工方法、施工工艺和灌浆设计参数。

（2）验证、评价覆盖层，尤其是土岩接触面自身防渗能力，确定土岩接触面、接触段的灌浆施工方法、灌浆材料及灌浆设计参数。

（3）确定深厚覆盖层钻孔成孔方法，制定相应的施工工艺流程。

（4）确定经济合理的孔口管埋设方法和配套的施工机械、设备，制定相应的施工工序流程和控制措施。

（5）通过不同设计参数下的帷幕灌浆效果对比分析、研究，确定达到不同设计防渗标准时的最优防渗帷幕设计参数。

四、帷幕灌浆施工过程质量控制

1.防渗帷幕施工方法与施工工艺

闸身段帷幕灌浆在基础廊道内或坝顶施工，两岸山体段帷幕灌浆在地表施工。两岸地表覆盖层钻孔采用鱼尾钻法造孔，钻孔孔径130mm；两岸及闸身段基岩钻孔采用金刚石钻头造孔，钻孔孔径56～76mm。

帷幕灌浆采用“小口径孔、孔口封闭、自上而下分段灌浆法”施工，其中两岸地表覆盖层部位帷幕灌浆孔口管埋设采用隔管法，如图1。

帷幕灌浆浆液以普通纯水泥浆液为主，地下水流速较大或有规模较大的岩溶发育等特殊部位采用在水泥浆液中加入外加剂或采用混合浆液灌注。普通纯水泥浆液水灰比（重量比）采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1等五个比级，开灌水灰比一般为3∶1。

帷幕灌浆最大灌浆压力为2.5MPa，各灌段灌浆压力详见表1。

2.钻孔

所有帷幕灌浆孔、抬动观测孔和质量检查孔编号、孔序、孔深、段长等均按照施工图纸及施工技术要求相关规定进行布置及测量放线布孔，保证钻孔开孔孔位与设计位置的偏差不大于10cm。覆盖层钻孔深度按钻至土岩接触面控制，终孔孔深按设计图纸孔深或高程控制。

3.压水试验

压水试验在钻孔冲洗或裂隙冲洗结束后24h以内分段进行。先导孔，质量检查孔压水试验采用单点法，常规帷幕灌浆孔压水试验采用简易压水法。

4.灌浆

表1 帷幕灌浆压力表

帷幕灌浆按分排分序加密、自上而下分段的原则分三序施工，采用孔口封闭灌浆法灌注。灌浆段灌浆时，射浆管管口距孔底距离小于50cm，射浆管外径与钻孔孔径之差小于20mm。灌浆过程中应经常转动和上下活动射浆管，回浆管宜有15L/min以上的回浆量；尤其是深孔段强岩溶层灌浆，应每隔2～3min转动并上下活动一次射浆管。强岩溶段灌浆时，如吸浆量大或不返浆，可采取限流、限量、待凝复灌等措施处理。

五、帷幕灌浆施工质量检查

帷幕灌浆孔和检查孔的封孔质量逐孔进行检查，帷幕灌浆单元工程质量评定以质量检查孔压水试验成果为主，结合钻孔（取芯）、灌前压水试验、灌浆、钻孔测斜、抬动变形观测等成果资料综合评定。

质量检查在单元工程灌浆结束14d后进行；质量检查孔由监理工程师按帷幕灌浆总孔数的10%布置，一个单元工程内至少有一个质量检查孔。

质量检查采用自上而下分段阻塞方式进行单点法压水试验检查，压水试验分段段长与灌浆段长一致。

质量检查合格标准为坝基基岩透水率q≤3Lu；两岸近闸段（距闸端防渗帷幕线路长各约100m范围）基岩透水率q≤5Lu；两岸远岸段基岩透水率q≤10Lu。要求坝基第1、2段合格率为100%，以下各段合格率达90%以上，两岸地表覆盖层下基岩各段合格率均达90%以上。各不合格的孔段透水率q不超过相应合格标准的200%，且不集中，方可认为合格。

质量检查孔全孔压水试验结束以后，坝基质量检查孔将阻塞器阻塞在第一段以上混凝土内0.5m处，两岸质量检查孔阻塞器阻塞在孔口管内0.5m处，按设计要求进行全孔灌浆封孔。

六、结语

陶岔渠首枢纽工程帷幕灌浆施工进展顺利，建立施工单位三级检查、监理全过程旁站、设计单位现场技术跟踪服务、建管统一协调的质量保证体系。在施工中根据工程地质条件和现场帷幕灌浆试验成果，对帷幕线长度及设计参数进行了及时优化，降低了工程投资；单元工程结束后由施工、监理单位按规范要求进行了质量检测；建管单位委托有资质的检测部门对帷幕灌浆效果进行第三方检测，全部满足设计要求，保证了工程质量；在参建单位的共同努力下未发生任何质量和安全事故。当然，帷幕灌浆的质量最终还要接受大坝蓄水的考验，今后需加大排水孔的动态观测，确保达到设计防渗效果■