水库坝体坝基灌浆施工技术及设计探讨

黄德顺

(望谟县水务局，贵州望谟552300)

水库坝体坝基灌浆施工技术及设计探讨

黄德顺

(望谟县水务局，贵州望谟552300)

随着贵州省水利事业的快速兴起，已建或新修的水库越来越多，大坝施工帷幕灌浆技术被广泛应用于水库基坝的处理中，最大限度减小大坝底部的渗透压力，提高水库大坝的安全性、稳定性和承载能力。文章结合实例工程概况、施工设计、帷幕灌浆技术措施以及工程质量的检查等方面进行探讨。

水利工程;大坝建设;帷幕灌浆;防渗加固;施工设计

0 概 述

桑郎水库设计库容量达1 480万m3，年供水量633万 m3，发电装机12 600 kW，除改善桑郎坝子200 hm2农田的灌溉外，新增自流灌溉面积637 hm2，提水灌溉429.3 hm2，还可为生活及工业提供日用水2万t。年供水能力为630 m2，工程设计引用流量为20.14 m/s。其防洪标准为300 a一遇。

1 坝基(肩)防渗处理方案的选择

该水库建成蓄水后，存在坝体、坝基肩渗漏，特别是库水位蓄至935.0 m高程时，大坝外坡及下游坝脚附近出现严重漏水，渗漏量达12.5 L/s，且渗漏量随库水位升高而增大，渗漏严重，存在渗透破坏问题，不利于大坝安全;同时根据本次勘探试验成果分析，坝基也存在严重的渗漏问题，且坝基渗流性态存在严重安全隐患，故应对大坝坝体、坝基进行防渗处理，结合坝址工程地质条件及渗漏特点，对坝基及溢流堰采用帷幕灌浆治理的方案适合本工程的实际情况。

对大坝坝体的防渗处理方案，一般可采用大坝劈裂灌浆、大坝冲填灌浆、或在上游坝面用土工防渗膜等方案，根据该工程的实际情况，本次大坝坝体的防渗处理方案，采用劈裂灌浆方案治理;对坝下游渗漏塌陷处采用开挖后回填方式治理［1-2］。

2 坝基防渗帷幕灌浆设计

主要包括9个方面的内容:

2.1 防渗标准及边界条件

该坝坝高21 m属低坝，防渗标准采用岩体的透水率q≤5 Lu。根据坝址工程地质条件和其他工程类比，并结合勘探孔压水试验透水率、裂隙发育情况及地下水位等确定本工程防渗帷幕的边界条件［3］。具体的帷幕布置及帷幕底界深度如下。

2.1.1 主帷幕

1)帷幕线在坝体段沿坝轴线偏上游布置(便于施工时交通不断)。

2)左岸帷幕线在坝端斜溢洪道延伸至左岸坡，帷幕端点高程945.0 m，底界高程控制在896.0～915.0 m。

3)右岸帷幕线在坝端斜向上游沿公路边延伸至民房空隙后再转向右岸岸坡，帷幕端点高程942.0 m，底界高程控制在896.0～921.0 m;根据以上布置原则，主帷幕长218 m。其防渗边界条件可在先导孔实施的基础上作相应的调整［4］。

2.2 帷幕排数、孔距及孔序和工程量

主帷幕及溢流堰补强帷幕均按单排2 m的孔距设计，孔序为3序。

灌浆工程量如下:主帷布孔109个，灌浆总进尺4 181 m。

2.3 钻孔灌浆施工

灌浆施工本着逐渐加密的原则，先Ⅰ序、后Ⅱ序、再Ⅲ序。先钻灌先导孔，根据先导孔施工后的钻灌参数，对灌浆施工作相应调整。严格孔位，注意孔斜，并控制孔深［5］。

2.4 压水试验及灌浆试验

先导孔应进行压水试验和灌浆试验，压水试验应自上而下采用五点法进行(详见《水利水电工程钻孔压水试验规程》SL 31—2003)，灌前宜进行简易压水，可结合裂隙冲洗进行，裂隙冲洗直至回水清净时止，压力为灌浆压力的80%，≤1 MPa，对岩溶、破碎带、断层、软弱夹层等地段的冲洗应通过现场试验确定。

2.5 灌浆方法和灌浆方式

2.5.1 灌浆方法

坝基采取自上而下分段灌浆法，段长一般5m，地质情况良好时，最多≤8 m。若遇基岩裂隙发育，岩石破碎应缩短至3～5 m。灌浆段重迭≥0.5 m。

2.5.2 灌浆方式

采用循环式灌浆，坝体与坝基接触带单独灌浆。射浆管距孔底≤50 cm。

2.6 灌浆压力和浆液变换

根据本工程实际情况和工程类比，坝体可控制在0.1～0.15 MPa，接触带压力建议可控制在0.2～0.25 MPa，并以不引起坝体变形为原则，基岩段灌浆压力建议控制在0.5～1.0 MPa。各孔的灌浆压力，应在先导孔灌浆试验的基础上，根据实际情况进行［6］。

2.7 灌浆材料

基岩采用的灌浆所用水泥的强度等级可为32.5或以上，所用水泥的细度宜为通过80 μm方孔筛的筛余量≤5%，并符合GB175规范或其它水泥标准的要求。

2.8 灌浆结束和封孔

灌浆段最大压力下，注入率≤1 L/min后，继续灌注60 min，可结束灌浆，灌浆封孔采用“分段灌浆封孔法”或“全孔灌浆封孔法”。

2.9 灌浆效果检查

帷幕灌浆工程的质量应以检查孔的压水试验成果为主，结合竣工资料、施工记录、成果资料和测试资料的分析，进行综合评定。检查标准为:岩体透水率q≤5 Lu。

3 大坝坝体劈裂灌浆设计

大坝坝体劈裂灌浆设计包括以下3个方面:

3.1 目的和防渗标准

根据大坝安全鉴定结论，坝体填筑质量较差，浸润线较高，坝后坡出现大面积浸润渗漏，渗漏严重，对坝体稳定不利。为增强坝体的密实度，防止坝体渗漏，需进行灌浆处理，确保大坝安全。

防渗标准:幕体泥墙以渗透系数K≤1×10-6cm/s为标准。

3.2 钻孔深度

以深入到坝基接触带为限。

3.3 泥墙厚度的设计及渗透破坏验算

主要包括6个方面内容:

3.3.1 泥墙厚度计算

该坝为黏土心墙土坝，根据渗流公式，当上游最大水位高度H=20.69 m时，经计算泥墙厚度0.15～0.20 m即可满足防渗要求［7］。

3.3.2 泥墙厚度的确定

计算公式为:

式中:δ为固结后的泥墙厚度;W为灌进坝体的干土总重;Hcp为泥墙平均高度;L为该坝灌浆段的长度;γd为浆体固结后的干容重，1.45g/cm3;经计算，δ为0.19 m。

3.3.3 渗透破坏验算

当J≤J允时该泥墙厚度满足防渗要求，计算公式为:

式中:J为浆体泥墙中的渗透坡降;ΔH为上下游水位差;δ为泥墙厚度;J允为黏性土在有保护条件下的允计渗透坡降。

根据工程类比采用J允=250，如果取帷幕上下游水位差ΔH=20.69 m，当浆体帷幕厚度δ=0.19 m时进行验算，其结果为:109＜J允=250满足要求。

3.3.4 灌浆材料和浆液的性能要求

坝体灌浆采用黏土水泥浆，其配合比为水泥占干土料总重量的15%内。灌浆土料选用与坝体填筑土近于一致的土料，建议指标:塑性指数8% ～15%、黏粒含量20% ～30%、粉粒含量30% ～50%、砂粒含量10%～30%、有机质含量 ＜2%、可溶盐含量 ＜8%，浆液物理力学指标建议为容重1.3～1.6 t/m3、黏度20～70 s，灌前对所用的土料和浆液都应进行相应指标试验。

选用水泥同坝基帷幕灌浆设计。每孔每次平均灌浆量，以孔深每米孔深控制在0.5～1 m3，每孔灌浆次数应在5次以上［8］。

3.3.5 灌浆压力的确定

灌浆压力指注浆管上端孔口压力，灌浆施工时应控制在最大允许灌浆压力以下。本次劈裂灌浆最大允许灌浆压力用以下公式估算:

式中:ΔPmax为孔口最大允许灌浆压力，MPa;h计算点以上的坝高，m;h'为全孔灌浆时注浆管高度，m;γ为坝体土的容重，t/m3;γ浆为浆液容重，t/m3;бt为坝体土单轴抗拉强度。

计算时注浆管口高出坝顶0.5 m，管底距坝底0.5 m，即 h=h'，即 ΔPmax=h(γ土- γ浆)+ бt。

式中采用 γ =1.75 g/cm3、γ浆=1.6 g/cm3、бt=0.15 kg/cm2、1 kgf=9.8 ×104Pa，计算结果见表1。

表1 灌浆压力计算成果表

根据以上压力计算参数，暂推荐表1为本次灌浆使用压力值，待施工时先导孔的钻灌试验后，根据具体资料进行相应调整，使之更合理。在施工中，不允许坝顶产生很大的裂缝，要求达到“内劈外不劈”的原则，坝顶劈裂长度控制在一序孔间距以内，宽度控制在1～3 cm，以每次停灌12 h后回弹闭合为宜。

表2 灌浆压力推荐表

3.3.6 灌浆施工

主要包括4个方面内容:

3.3.6.1 准备工作

1)选代表性坝段应做灌浆试验，试验孔不少于3个，其内容有灌浆压力、吃浆量及泥浆容重、坝体位移和裂缝等。

2)灌浆所用土料和浆液都应进行试验，土料试验包括:颗粒分析、有机质含量及可溶盐含量等，浆液试验包括:容重、黏度、稳定性、胶体率及失水率等。

3.3.6.2 钻孔

按设计孔位分序造孔，应干法造孔，不得用清水循环钻进，并作好造孔的记录和描述，如发现特殊情况时，应详细记录并分析处理。

3.3.6.3 制浆及灌浆

1)土料应先在泥浆池内浸泡数小时，搅拌成浆，通过过滤筛清除大颗粒和杂物，浆前再通过35孔/cm2的过滤筛。

2)应先灌河床段，后灌岸坡段。采用孔底注浆全孔灌注的方法。先用稀浆3～5 min后再加大泥浆稠度。在灌浆中，应先对第一序孔轮灌，采用“少灌多复”的方法，待第一序孔灌浆结束后，再进行第二序孔。

3.3.6.4 灌浆结束标准及封孔

当浆液升至孔口，经连续复灌3次不再吃浆时，即可终止灌浆。灌完后，可将注浆管拔出，注满容重＞1.5 t/m3的稠浆，若浆面下降，继续灌注稠浆，直至浆面升至坝顶不再下降为止。

4 结语

帷幕灌浆技术是目前水利建设基底防渗加固的主要方法，根据工程实际情况，从灌浆施工前后对照可以看出，选择用帷幕灌浆的这一常规方法处理水库大坝坝基渗漏是可行的，施工易行、节省投资效果是明显的，可以达到防渗加固的目的。

［1］花艳.渔洞水库大坝基础帷幕灌浆施工及其效果［J］.中国西部科技，2006(19):24-26.

［2］李焰，余常茂.三峡坝基灌浆施工主要技术问题及解决措施［J］. 水利水电科技进展，2007，27(01):31-35.

［3］胡军.水利工程坝基灌浆施工技术［J］.科技与企业，2011(07):102-103.

［4］王贵生，宋福宝，孙培钦.老虎洞水库除险加固工程坝基灌浆施工［J］.河南水利，2004(01):25.

［5］王建，王富，万连宾.某水利枢纽工程坝基灌浆施工优化［J］. 甘肃水利水电技术，2011，47(02):56-58.

［6］唐淑玲.水库坝基灌浆施工质量技术［J］.广西质量监督导报，2010(09):29-31.

［7］马邦凯，罗建林.东西关水电站坝基灌浆施工［J］.水力发电，1996(05):23-25.

［8］邱灏.水利工程防渗处理施工技术综评［J］.黑龙江水利科技，2011，39(01):13-14.

TV543

B

1007-7596(2014)05-0120-03

2013-09-06

黄德顺(1978-)，男，贵州望谟人，助理工程师，研究方向为水利工程设计、建设及管理等。