甘泉县雨岔水库坝基防渗帷幕灌浆探析

常 江 ， 李 飞

(1.陕西省甘泉县水利工作队，陕西 延安 716100；2.陕西省甘泉县防汛办 陕西 甘泉 716100)

甘泉雨岔水库属省级重点水利工程，水库位于张家沟(河)中游的险滩窑村，距县城42 km，水库枢纽主要是以县城供水为主兼灌溉和防洪调蓄等功能的小1型(Ⅳ)等水利工程，主要建筑物为4级。

水库枢纽工程主要由坝体、溢洪道、放水(导流)洞及附属管理设施四部分组成。大坝设计为均质土坝，坝高28.96 m，坝顶宽 5 m，坝顶高程 1 136.5 m，正常蓄水位高程1 133.0 m，总库容 722.86 万 m3。

帷幕灌浆防渗处理在坝基进行，对雨岔水库坝基防渗帷幕灌浆的施工方案、施工方法及灌浆效果进行分析，总结成功经验，为同类工程地质条件的建设提供参考。

1 工程地质概况

工程区地貌上属陕北黄土高原腹地的黄土丘陵沟壑区，地质构造简单，坝址区自下而上地层岩性分述如下:

1)侏罗系上统安定组(J3a):泥灰岩夹砂岩、泥岩互层，泥灰岩，灰紫色，泥岩和砂岩灰黄色及黄棕色，分布坝址区1 110.0 m高程以下。

2)白垩系下统洛河组(K1L):长石砂岩，桔红色，厚层状，中粗粒结构，巨型斜层理发育，属软岩。在坝址区分布于1 110.0 m高程以上。

2 设计方案及施工方法

2.1 坝基防渗设计

坝基防渗帷幕钻孔灌浆在其帷幕垫层混凝土达到28天设计强度的70%后，布设灌浆孔167个，检查孔按灌浆孔的10%控制。

灌浆试验段布设在大坝0+160－0+180之间，试验不少于连续5个孔位。

灌浆孔采用单排孔布置，孔距2.0 m，沿截水槽轴线布置，帷幕底限控制在1 094.33 m。

2.2 施工方法

坝基帷幕灌浆，按照设计布置单排孔，孔距2.0 m，灌浆孔分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三序进行施工，灌浆作业分三步进行:①试验孔②灌浆孔③检查孔。

2.2.1 钻孔

钻孔设备选用300型、200型、150型地质钻进行造孔。为保证钻孔偏斜在允许范围内，钻机安装要求地梁水平，三角架稳固，整体性好。天车、立轴、孔位三点一线与地平面成90°采用回转钻进。钻孔按设计要求分序进行，单孔施工严格执行施工任务书，分段钻孔、压水、灌浆，检查孔保证岩芯采取率，特征岩芯进行照相封存。非灌浆段采用pvc－uφ110管进行固壁，管角采用0.5:1浓浆压力封填，待凝24 h后再进行灌浆孔钻进。灌浆孔采用回转式钻进，钻头选用合金、金刚石钻头，灌浆段采用清水钻进。

2.2.2 裂隙冲洗及压水试验

裂隙冲洗在栓塞卡紧后进行，向孔内送入压力水进行裂隙冲洗，将裂隙充填物通过回水带出孔外或推向灌浆辐射以外，以利于浆液顺利进入裂隙及水泥结石与裂隙面的粘结。水泥结石纯净可提高结石强度。

裂隙冲洗冲洗时间至回水清时止或不大于20分钟，简易压水可结合裂隙冲洗同时进行，压力为同段灌浆压力的80%。每5分钟测读一次压入流量，连续20分钟后可结束，取最终值作为压入流量计算值。其成果以透水率q表示，单位为吕荣(Lu)。压水试验采用分段卡塞进行单点法压水。

2.2.3 钻孔测斜

钻孔过程中，每5～10 m测一次孔斜，单孔完成最终一段后，进行联合验孔，测孔深及不同深度孔斜。现场填写测量数据，最后各方验收通过。

2.2.4 灌浆

灌浆时射浆管距孔底不大于0.5 m，在灌浆过程中应有经常活动和上下升降射浆管，浆液水灰比较小时，采用边旋转边灌浆。

1)灌浆材料。水选用雨岔河水，符合灌浆规范要求，不含腐蚀物及油脂，水质浑浊时添加明矾进行澄清;水泥选用秦岭普通硅酸超细水泥(P.042.5R)，细度要求通过80微米方格筛，筛余量不大于5%，水泥要求出厂合格证、稳定性、强度试验报告齐全。

2)制浆。高速搅拌机制浆时间不大于30 s，浆液自制备到用完时间不大于4 h。

3)灌浆的方式和方法。采用孔口封闭自上而下分段灌浆，孔口应埋孔口管，孔口管埋入深度不小于2m，孔口封闭器应有良好的耐压和密封性能，射浆管距离孔底不大于0.5 m。灌浆施工采用SGB6～10型灌浆泵配JJS－2B型浆液搅拌机施灌。

4)灌浆段长和灌浆压力。段长采用2、3、5、(以下均为5 m)，如遇到大的漏水量时可适当改变段长，段长最终不超过6 m;压力采用 0.2、0.3、0.5、0.6、(以下各段执行 0.60 Mpa)。

5)浆液浓度及变换原则。浆液水灰比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1 或 0.5:1(仅用于封孔)六个比级，根据灌浆试验，开灌水灰比为3∶1，浆液水灰比变换遵循由稀变浓逐级变换的原则，当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时水灰比不变;当某级浆液注入量已达300 L以上，或灌浆时间已达30 min，而灌浆压力和注入率无改变或改变不明显时，改为浓一级水灰比;当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浓。

6)灌浆结束标准和封孔方法。结束标准各段灌浆在设计最大压力条件下，注入量不大于1 L/min，灌浆时间延续60 min即可结束。封孔方法灌浆结束后，灌浆段采用“置换和压力灌浆封孔法”，采用设计最大灌浆压力，先将孔内稀浆置换为浓浆后，压力升至最大灌浆压力，注入量小于1 L/min时，延续60 min即可结束。

2.2.5 特殊及异常情况处理

灌浆孔的终孔段其透水率或单位注入量大于设计规定值时，钻孔应适当加深。

在灌浆过程中，因砼盖板与基岩接触处存在一定空隙，多孔出现串浆现象，遇到这种情况，采用封堵一孔或两孔，灌另外一孔，或封堵一孔，灌另外两孔，使浆液在挤压情况下，将裂隙充填密实。浆液初凝后对封堵的孔进行扫孔、冲洗、灌浆，效果较理想。

灌浆必须连续进行，若因故中断，应尽快恢复灌浆，否则应立即冲洗钻孔再恢复灌浆，若无法冲洗或冲洗无效则应进行扫孔，再恢复灌浆。

在恢复灌浆时应使用开灌比级的浆液进行灌注，如注入率与中断前相近即可采用中段前水泥的比级继续灌注，如注入率较中段前减少较多应逐级加浓浆液继续灌注，如注入率较中段前减少很多并且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施，如扫孔、扩孔等。

3 效果检查

大坝灌浆针对施工中压水、灌浆、实物及现场资料进行综合分析。

3.1 压水试验成果分析

表1 坝基帷幕灌浆压水综合统计表

综合分析:灌浆孔—检查孔，压水吕荣值递减明显;根据压水的数据分析，可以直观看出从Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ—检查孔的压水数值呈递减趋势，有一定的规律可循，随着灌浆的进行，岩体透水率依次降低，检查孔的压水值达到设计标准，表明灌浆是成功的。

3.2 灌浆单位注入量成果分析

表2 坝基帷幕灌浆单位注入量综合统计表

综合分析:Ⅱ/Ⅰ综合递减率45%，Ⅲ/Ⅱ综合递减率56%，检/Ⅲ综合递减率32%，单位注入量明显减少;根据压水资料和灌浆单位注入量统计资料分析:所有灌浆孔分序资料递减率均小于1，说明各序孔灌浆体搭接良好，孔距布置合理，各灌浆参数应用准确，为灌浆顺利完成奠定基础。

3.3 防渗性能检查

坝基防渗帷幕灌浆，灌浆孔(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)、检查孔透水率及单位注入量频率曲线和频率累计曲线见图1、图2。

图1 灌浆孔、检查孔透水率频率曲线图

图2 灌浆孔、检查孔单位注入量频率曲线图

图3 检查孔岩芯照片图

据压水频率曲线可知，自灌浆孔至检查孔曲线从平缓逐渐变陡，吕荣值依次变小，频率依次变大，说明透水率越来越小，而且减少的频率依次增大，透水率小于5Lu的孔段达到100%。

单位注入量曲线图可知，自灌浆孔至检查孔曲线从平缓逐渐变陡，注灰量依次变小，频率依次变大，说明从灌浆孔至检查孔单位注入量依次减少，而且减少的频率依次增加。

3.4 实物资料分析

根据照片结石情况来看，大小裂隙全部被充填完好，无孔隙且现场观察强度较高，粘结性较好。说明本次灌浆比较成功。

4 结语

(1)灌浆前Ⅰ序孔最大吕荣值q=158 Lu，平均吕荣值q=26 Lu，灌浆过程中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序、检查孔吕荣值依次降低，Ⅱ/Ⅰ递减率:62%，Ⅲ/Ⅱ递减率:71%，检查孔 /Ⅲ递减率:23%，检查孔压水最大吕荣值q=3.18 Lu，平均吕荣值q=2.6 7Lu。灌浆前后最大吕荣值递减了98%，平均吕荣值递减了89.7%。灌浆效果非常明显。

(2)灌浆前Ⅰ序孔最大单位注灰量2145.2 Kg/m，平均单位注灰量109.5 Kg/m，灌浆过程中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔单位注入量依次降低，Ⅱ/Ⅰ递减率:45%，Ⅲ/Ⅱ递减率:56%，检查孔/Ⅲ递减率:32%，检查孔最大单位注入量13.2 kg/m，平均单位注入量8.9 kg/m，灌浆前后最大单位注入量降低了99.4%，平均单位注入量降低了91.8%。

(3)由频率曲线可看出，灌浆孔、检查孔压水、单位注入量曲线分区非常清楚，曲线由平缓向陡峭明显过渡。说明通过灌浆逐步进行，压水吕荣值、注入量逐步减小，频率依次增加。

(4)从检查孔提取岩芯来看，大、小裂隙基本充填，充填率达到95%，且结石完整，强度较大。检查孔岩芯提取率也比灌浆孔增加了20%，证明岩体完整性增加，强度提高。