水泥化学灌浆法在坝体防渗加固中的应用

石 硕

（辽宁省阜新蒙古族自治县水利局，辽宁 阜新123100）

1 概 况

同乃水库位于阜蒙县阜新镇同乃村境内，枢纽工程位于大凌河水系伊吗图河支流上，集水面积4.5 km2，河道长度2.5 km，河道平均比降2.71%。水库设计洪水标准20年一遇，校核洪水标准100年一遇，总库容30.92 万m3，工程规模小（2）型，工程等别为Ⅴ等，枢纽建筑物等级为5 级。

水库枢纽工程由拦河坝和溢流堰段组成，拦河坝为浆砌石拱坝，最大坝高13.5 m，坝顶宽5 m，坝底宽8 m，大坝全长70 m。溢流堰位于拱坝中间位置，堰顶宽36 m，开敞式。

2 坝体防渗处理方案

2.1 渗漏原因分析

同乃水库浆砌石坝渗漏的主要原因有以下几方面：

1）坝体局部裂缝、坝面勾缝脱落引起漏水。

2）建库时坝体无防渗墙且施工质量差引起漏水。

3）由于坝体长期受冻融、冲蚀和溶蚀作用引起漏水。

2.2 防渗处理方案选择

2012年，同乃水库列为辽宁省小型水库除险加固计划，针对浆砌石拱坝坝体渗漏问题，当时备选的防渗处理方案有两个：一是淤积面以上采用现浇钢筋网混凝土护面防渗，厚0.2 m；淤积面以下采用旋喷灌浆，灌浆孔距1.0 m。考虑坝前淤泥内钻孔旋喷很难形成防渗帷幕，防渗效果难以保证；同时，旋喷灌浆需在坝前修建施工机械作业平台、施工道路和施工围堰，而坝前淤泥最大深度达9 m，施工困难、临时工程费用较大，该方案不可行。第二个方案淤积面以上仍采用现浇钢筋网混凝土护面防渗，厚0.2 m；淤积面以下至坝基采用水泥灌浆与化学灌浆相结合的方法，工作面位于坝顶和下游坝面，可以大大减少临时工程费用。通过经济技术比较采用第二种防渗处理方案。

3 浆砌石拱坝坝体防渗处理技术

3.1 灌浆治漏加固方法

1）浆砌石坝体帷幕灌浆。主要采用水泥灌浆，充填漏洞和缝隙，防渗截漏,阻断漏水通道，防止冻融破坏。通过灌浆加固，达到防渗目的。

2）在整体充填灌浆后，在下游坝面固结灌浆。即在下游坝面有漏水或溶蚀物出逸的地方，造水平孔或斜孔,埋注浆管进行化学灌浆处理,以堵塞漏水通道和坝体空洞、裂缝,加固坝体,增加坝面稳定性和抗冲刷能力。

3）坝面重新勾缝。灌浆结束20 d 后，采用防水材料配制的高标号水泥砂浆，对下游坝面进行重新勾缝。先剔缝，后勾缝。

3.2 水泥灌浆

3.2.1 灌浆前的试验

1）压水试验。为灌浆提供准确压力,并指导施工,保证效果。选择坝体典型部位,按照（SL31-2003）《水利水电工程钻孔压水试验规程》进行工作,试验压力采用0.3MP 灌浆压力，根据试验结果、单位吸水量（X）值的大小，确定浆液浓度、吃浆量大小。X 值越大,吃浆量就越大，浆液就要适当变浓。

2）灌浆试验。目的是为了确定灌浆的影响半径、浆液浓度及其它参数等,为布孔和灌浆提供依据。

3.2.2 灌浆材料

大坝整体充填水泥灌浆的主要材料为水泥浆，配合泥、砂子、粉煤灰、石英粉、水、外加剂等。其中水泥为P.O42.5 水泥。水灰比采用5∶1，3∶1，2∶1，1∶1 和0.5∶1 五个比级，灌浆浆液由稀至浓逐级变换。

3.2.3 浆液的浓度

按照由稀至浓逐级变换的原则，根据压水试验逐级确定浆液浓度。坝体当注入浆量大于30 L/min 时,可越级变浓，当某一级浆液灌注400 L 以上，而灌浆压力和吸浆量均无明显改变时,可改浓一级浆液灌注。该工程浆液水灰比按重量比5∶1，3∶1，2∶1，1∶1 和0.5∶1 五个比级。灌浆过程中每隔1 h测定一次浆液比重。

3.2.4 灌浆压力

该工程采用的灌浆压力为0.2～0.5 MPa。

3.2.5 布孔和造孔

非溢流坝段，在漏水坝段沿坝顶中心，呈“梅花”型，钻孔间距和排距1～3 m，孔径为40 mm，孔深1.8～2.2 m，具体根据实际情况确定。

溢流坝段处，由于堰顶以上有工作桥，无法在坝顶施工，采取在背水面打垂直孔或斜孔灌浆的方法，在裂缝部位,沿裂缝每1 m 布设一孔。孔径为40 mm，孔深在1～2 m 之间，根据实际情况确定。造孔设备：采用回转式液压钻机造孔。

3.2.6 水泥浆灌浆工艺

采用压力循环式灌浆，分三序灌注，并进行复灌。

灌浆设备：搅拌机、灌浆机、承压输浆管、注浆管、胶塞、压力表、比重计等。

钻孔采用φ40 mm 金刚石钻头清水钻进，先导孔与检查孔孔径为φ55 mm。施工时钻孔开孔位置与设计位置偏差不大于10 cm。钻孔偏斜率不大于孔深的2%。普通孔在灌浆前应进行简易压水试验，先导孔和检查孔进行正规压水试验。

灌浆结束标准：在设计压力下，灌浆段吸浆量不大于0.4 L/min，且持续时间不少于1 h，可结束灌浆。终孔段灌浆结束后，以0.5∶1 级水泥浆置换孔内稀浆进行封孔。

3.2.7 特殊灌浆孔处理

1）灌浆过程中发现冒浆时，采用表面封堵、加浓浆液、降压等方法处理。

2）坝体灌浆串浆时，一是串浆孔正在钻进时,立即停钻；二是相邻孔串浆量大时，两孔同时并灌；三是在串浆孔上部用胶塞封堵。

3）灌浆过程应连续进行,因故中断超过30 分钟,应及时冲洗钻孔或扫孔后复灌。

3.2.8 质量检测

在坝体漏水严重和吃浆量大的部位，布设检测孔，检测孔数量按灌浆孔总数5%的比例，检测孔压水试验的压力值为设计正常高水位的1.5 倍。检测后按封孔要求进行封孔。

3.3 化学灌浆

化学灌浆与水泥灌浆相比具有渗入性强、柔韧性好、快凝、强度较高的优点，适应水下或动水条件下裂缝灌浆和填塞处理。

主要工艺流程：在下游坝面漏水区域凿“V”型槽—清理缝内松动的水泥砂浆块—冲洗槽内污物—骑缝钻孔—埋设浆浆管（用堵漏王固定压实）—用903 聚合物砂浆和堵漏王封缝—配制灌浆混合液—压力灌浆—浆液固化后，割管封孔。

3.3.1 化学灌浆材料

同乃水库坝体防渗加固工程采用LW，HW 水溶性聚氨酯为灌浆材料。这种灌浆材料具有良好的亲水性，能在水中聚合固化，粘结强度大，抗压强度高。该工程采用的LW 和HW 两种水溶性聚氨酯，按照LW∶HW=6∶4 的配浆比例，主要性能指标：遇水体积膨胀率30%，粘结强度1 186 MPa、抗压强度（变形50%）11 177 MPa。

3.3.2 施工程序

1）钻孔。采用风钻和电锤等钻孔工具，在缝两侧、垂直缝表面走向、与开裂面间夹角小于45°、错位钻孔、钻孔必须穿过裂缝，钻孔间距20～60 cm。

2）清理。采用高压水流（0.1 MPa）清洗注浆孔及周遭，清除表面松动颗粒、粉尘，保持表面干净、新鲜、润湿。

3）埋设注浆嘴。在钻好的孔内安装注浆嘴（注浆嘴总长度8.5 cm，外径1.4 cm，下部膨胀螺栓部分长度3.4 cm），埋入钻孔内深度4 cm 左右，并用专用内六角扳手拧紧环压螺栓，压缩橡胶套管，使注浆嘴固定在注浆孔内，并与孔壁密贴、无空隙、不漏水。

4）注水。从最低处观察孔开始依次向上，用高压清洗机以0.5 MPa 的压力向注浆嘴内注入洁净水，观察其它注浆孔出水情况。若相邻上部的注浆孔有水涌出，说明该注浆孔与裂缝连通良好。移至涌水注浆孔的邻近上部注浆孔注水，直至全部注浆孔均与裂缝连通良好为止。

5）灌浆。浆砌石坝的灌浆压力控制很重要，压力大可以保证浆液的扩散能力，但高压也会使相邻灌浆孔冒浆，如果压力过大，容易造成砌体二次破坏。

工程采用0.12～0.15 MPa，灌浆顺序为由下向上，单孔逐一连续进行。当相邻灌浆孔开始出浆时，保持压力1～2 min，即停止该灌浆孔灌浆，移至相邻灌浆孔灌浆，直至最上部位灌浆孔灌浆完成。

6）割管封孔。灌浆完毕，待浆液终凝，一般灌浆完成24 h 后，确认不漏即可去掉或敲掉外露的灌浆嘴。清理干净已固化的溢漏出的灌浆液。用速凝封堵材料进行注浆孔的修补、封口处理。

7）最后在修补好的裂缝表面涂刷聚合物界面剂。

4 防渗效果

经压水试验，坝体平均透水率为0.014 2 L/（min·m·m），小于0.05 L/（min·m·m）。

同乃水库浆砌石坝防渗加固后，经过2年的试运行，坝体下游面漏水、明流、射流现象消失，仅各别部位有湿润，灌浆效果良好。