小沙溪水库坝基防渗帷幕灌浆设计与施工要点分析

2015-12-15陆安康

地下水 2015年4期

陆安康

(贵州省思南县水务局，贵州思南565100)

小沙溪水库水库工程于1956年动工兴建，1957年竣工，是一个边设计、边施工、边受益的“三边”工程，是思南县早期建成且农灌效益较为显著的小(二)型水利工程项目之一，总库容26万 m3，兴利库容15万 m3，死库容5.8万 m3，坝址以上集雨面积0.49 km2，设计灌溉面积614亩，挡水坝由主、副坝组成，坝型为均质土坝，主坝坝顶高程838.0 m，坝顶宽3.0 m，坝顶长 81 m，最大坝高 14.7 m。副坝坝顶高程837.00 m，坝顶宽3.0 m，坝顶长16.5 m，最大坝高7.0 m。溢洪道布置在左坝肩，全长70 m，堰顶高程836.50 m，堰顶宽2.5 m，深1.8 m，侧墙高1.8～2.5 m，顶厚 0.6～0.8 m，两侧墙中部平行于底板有对称性裂缝，裂缝长12～15 m，宽1～1.5 cm，溢洪道尾端下部为陡坎，无消能设施。放水涵洞布置在右坝端坝体内，长38 m，放水设施为φ200闸阀，闸阀关闭不严，启闭困难。水库运行40多年来为东华乡沙溪坝村农业生产和经济发展功不可没。

工程枢纽主要建筑物布置为:均质土坝两座(主坝、副坝)、左坝肩溢洪道、坝下放水涵管一条。主、副坝均为均质土坝，主坝最大坝高14.7 m，坝顶高程838 m，坝长81 m，坝顶宽3 m，上游坝面无护坡，下游坡脚无排水棱体，筑坝材料以风化页岩为主，透水性较强，上游坝坡坡比1:2.4，下游坝坡坡比1:2.1。坝身损坏严重，坝顶高低不平残缺不全，坝面失稳，下游坝址出露6个集中漏水点，下部产生液化蠕动，蠕动面积25×10 m2，下陷及隆起高度0.4～0.6 m，区内有喜水植物生长。副坝坝高7 m，坝顶高程837.00 m，坝长16.5 m，坝顶宽3 m，上游坝面无护坡，下游坝面无排水棱体反滤层，坝坡坡比上游1:2.0，下游1:2.5，坝体较为完整。

1 帷幕灌浆防渗原理

帷幕灌浆主要是指在岩石或砂砾石地基中，用深孔灌浆方法建造一道连续防渗幕。在大坝的岩石或砂砾石地基中采用灌浆建造防渗帷幕的工程。帷幕顶部与混凝土闸底板或坝体连接，底部深入相对不透水岩层一定深度，以阻止或减少地基中地下水的渗透;与位于其下游的排水系统共同作用，还可降低渗透水流对闸坝的扬压力。帷幕灌浆施工的特点是:钻孔较深，钻孔呈线形排列，多采用单孔灌浆。由于孔深，灌浆压力也较大。帷幕灌浆的主要目的是截断基础渗流，保证设计水头，以满足水库及坝工设计的经济效益;降低基础扬压力，从而使大坝断面可以减小，节省工程量，降低造价，缩短工期;防止集中渗流，避免在基础中发生冲刷、管涌，保证坝基渗透稳定和大坝安全。

2 坝基防渗帷幕灌浆设计

2.1 帷幕标准的确定及帷幕边界及范围的确定

本工程主坝和副坝的坝型都是土质大坝，主坝的高度为15 m，副坝的高度为8 m，以碾压式土石坝设计规范为依据，本工程主坝以及副坝都属于低坝，防渗标准在5～10 Lu范围。类比相似水利工程的防渗标准，规定大坝防渗帷幕设计以岩石透水率q≤5 Lu帷幕下限，帷幕线长度以正常蓄水位836.50 m与两岸地下水位相交为止。在除险加固实施时建议作先导孔，根据先导孔压水试验及揭露地质情况对帷幕边界或底界作适当调整、进行优化。

2.2 帷幕线的布置

本工程主坝防渗帷幕线是沿着齿槽轴线单排孔布置，灌浆轴线长130 m，从右坝肩21 m沿上游坝脚至836.50 m灌浆平台沿上游坝脚至左坝肩21 m，布置灌浆齿槽，灌浆至以正常蓄水与两岸地下水位相交为止。副坝防渗帷幕线沿齿槽轴线单排孔布置，灌浆轴线长81 m，从右坝肩15 m沿上游坝脚至836.50 m灌浆平台沿上游坝脚穿过溢洪道控制段中心线至左坝肩15 m，布置灌浆齿槽，灌浆至以正常蓄水与两岸地下水位相交为止。坝体充填灌浆与坝基帷幕相衔接，充填灌浆利用帷幕灌浆钻孔，孔距与帷幕灌浆相同。

2.3 帷幕孔距

本次帷幕灌浆设计按单排孔3序灌注，逐渐加密的原则，孔距按12.0 m→6.0 m→3.0 m孔距布置灌浆孔，保证防渗效果。

2.4 灌浆方法

本工程灌浆采用的灌浆方法是循环式自上而下分段灌浆，段长5 m。

2.5 先导孔的设计

结合本工程的特点，建议一序孔作为帷幕灌浆的先导孔，，在先导孔内作压水试验、灌浆试验，为灌浆施工提供参数依据。要求先导孔应连续两段压水q≤5Lu方能终孔，且具有一定的代表性。

3 帷幕灌浆施工要点

3.1 施工次序

帷幕施工按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ孔序的顺序，逐渐加密的原则，第一序孔孔距12 m，二、三序孔依次中间内插分三序进行，孔距为6 m、3 m。在施工前应选取相隔较远具有代表性的部位进行试验灌浆，验证灌浆技术要求适合合适，取得经验，而后全面展开施工。

3.2 灌浆材料

本工程灌浆材料采用普通硅酸盐水泥，水泥的强度等级不得低于P·O32.5。所用水泥细度的要求为通过80 um方孔筛的筛余量不宜大于5%。灌浆施工中若遇到特殊情况，可在水泥浆中掺加速凝剂、粉煤灰或细砂，。掺用粉煤灰的品质指标应符合DL/T5055的要求。所掺细砂的SO3含量不得大于1%(以重量计)，含泥量不得大于3%，有机质含量不得大于3%。

3.3 钻孔

钻孔需要严格按照施工图纸进行施工，钻孔的实际位置与设计要求的所在的位置的偏差严禁大于10 cm。因为某种原因需要对灌浆孔的位置进行更变时，需要征得设计人员的同意，同时应该做好实际钻孔位置的记录工作，并且钻孔的深度需要严格按照设计要求进行。每段结束后，孔底残留岩心和沉淀不应超过20 cm。固结灌浆和帷幕灌浆孔，其孔底的偏差值不得大于表1中的规定。

表1 钻孔孔底最大允许偏差值

在钻孔作业中，应该详细记录钻孔中产生的各种情况，包括岩层的变化、岩性的变化以及灌浆孔内的变化。钻进结束等待灌浆或灌浆结束等待钻进时，孔口均应堵盖，并妥善加以保护。

3.4 洗孔及压水试验

在进行灌浆作业之前，需要进行钻孔冲洗作业，保证钻孔冲洗完成之后灌浆孔内的成沉积物的厚度低于20 cm。本工程主要采用压力水对灌浆孔进行冲洗，一直到回水呈现清澈为止，冲洗的压力应该是灌浆压力的4/5，并且应该低于1 MPa。先导孔应自上而下分段进行压水试验，压水试验应在裂隙冲洗后进行，用以了解岩体内裂隙发育情况，为灌浆提供帷幕深度、水泥用量及水灰比的选择，并与已灌的各孔进行综合分析，及时总结，提高施工工艺。压水试验压力采用灌浆压力0.3Mpa，试段长度不小于5.00 m。

3.5 灌浆

采用自上而下分段灌浆法，射浆管距孔底不得大于50 cm。灌浆方式采用循环式灌浆，灌浆段长度采用5 m。灌浆塞应在已灌段孔底以上0.5 m处，以防漏灌;孔口无涌水的孔段，灌浆结束后可不待凝。根据本工程实际情况和工程类比，坝体可控制在0.3 Mpa，接触带压力建议可控制在0.3～0.5 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，在灌浆施工过程中可作适当调整。应该将压力表安装在孔口回浆管路上，压力表指针摆动范围小于灌浆压力的20%，摆动幅度宜做记录。在整个灌浆作业中，需要做好浆液密度的测量以及记录作业，如果有需要应该对浆液的温度进行测量和记录。在规定的压力下，当注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注60 min;或不大于1 L/min时，继续灌注90 min，灌浆可以结束。