帷幕灌浆在水库加固除险工程中的应用

(江西省南昌县长乐联圩河道堤防管理站，南昌，330215)

1 引言

水库在使用过程中出现老化现象，如坝体破坏、坝基渗漏等情况较为常见，这对水库的正常蓄水运行造成严重的影响，同时，造成坝体安全性降低，严重威胁到坝址下游居民的生产生活。针对这种情况，对水库大坝进行除险加固治理是十分必要的。李金红[1]以东二畦水库为例，研究了大坝加固工程设计和施工工序；甄新娟[2]分析了高压摆喷灌浆在贡拜沟水库加固中的应用；赵光荣[3]、杨健[4]、奉立[5]分析了帷幕灌浆技术加固坝体的机理和施工工艺。进行帷幕灌浆施工之前，采取一定灌浆试验为灌浆施工提供参考是非常重要的，可提高施工效率，降低风险，保证工程加固效果[6-10]。在前人研究基础上，本文以某水库为例，研究水库大坝加固除险工程中帷幕灌浆技术的应用。

该水库始建于上世纪90年代末，是一座具有灌溉、发电作用的小(二)型水库。建成后已发挥效益接近20年。水库主坝最大坝高29.5m，坝顶长57m，坝顶宽3.3m，坝顶高程380.5m，设计正常蓄水位为377.00m，死水位为353.0m，总库容为401.6万m3。

2 水库主坝基本概况

2.1 主坝地质条件

河床表层覆盖有薄层淤泥质土，可清理。基岩为燕山期花岗岩。强风化花岗岩结构破碎，泥质胶结程度较差，渗透性较好，强度较低。中风化花岗岩，裂隙较发育，泥铁质胶结程度较高，层底高程在334.70m～336.98m。坝体基岩力学参数见表1。

表1 坝基岩土体力学参数

2.2 主坝渗流分析

为了分析大坝的渗透性，对坝顶轴线处的钻孔进行了孔内注水试验，以5m为一注水段，共完成注水试验8段，其中坝体5段，坝基3段。现场、室内试验结果见表2，从表2中可知室内与现场试验结果之间存在一定的误差，室内试验结果偏大，因此，选择更能代表实际情况的现场试验结果作为渗透系数。

表2 现场、室内渗透试验成果 单位：cm/s

坝体砌石主要由花岗岩的块石、碎石和砂浆混合组成，从注水试验可以看出，k为1.07×10-4cm/s～2.14×10-4cm/s，属弱透水性，建议值为1.61×10-4cm/s。坝体渗透性较弱，为预防裂隙发育，需采取防渗加固措施。

坝基主要为强风化及中风化花岗岩。从注水试验可以看出，渗透系数k为2.53×10-5cm/s～4.18×10-5cm/s，属弱透水性，建议值为3.35×10-5cm/s。坝基渗透性属微透水性，为预防裂隙发育，可采取防渗加固措施。

大坝左右坝肩山体较雄厚，两坝肩岩层均较完整，钻探期间发现存在一处绕坝渗漏现象。

3 现场灌浆试验

3.1 试验区选取

为了保证灌浆试验结果可指导整个工程的灌浆施工过程，试验区的选取必须具有针对性，选择工程区内具有代表性的区域进行灌浆试验。灌浆试验区应选择在交通便利、岩体结构破碎程度具有代表性的区域，同时也需要考虑水源距离等因素。

试验区选取位于河床中部，在前期地质、水文勘察作业中已经完成此区域的勘察，具备一些基础数据。区域内岩体结构较为破碎，发育有多组结构面，坝基渗漏主要受这些结构面控制，同时该区域距离道路、水源较近，方便材料、机械的运输，因此，可作为本次帷幕灌浆试验的试验区。

3.2 试验方案

进行帷幕灌浆试验主要是为了确定工程实施过程中灌浆孔的孔径、孔距。需要综合考虑坝基岩土体类型、结构面发育特征、渗透性和先导灌浆孔灌浆情况。

结合工程经验以及该水库岩体条件，确定灌浆孔开孔直径为110mm，终孔直径为75mm，设计孔深为10.0m，灌浆孔采用单排布置，孔距2.0m，从而保证帷幕灌浆的灌浆效果。

3.3 灌浆效果

针对试验区灌浆效果的检验是一个非常重要的过程，这是对灌浆试验加固效果的直接反映。试验区共布置钻孔5个，检测孔3个；灌浆孔GJK01-GKK05及检测孔JCK01-JCK03布置见图1。各个灌浆孔采用单排布置，间距2.0m；检测孔JC01位于GJK01左侧1.0m处，用以观测灌浆孔外的加固效果；检测孔JC02位于灌浆孔GJK02、GJK03之间，用以检测两处灌浆孔之间的加固效果；检测孔JC03位于灌浆孔GJK05之上，用以检测灌浆孔处的加固效果。

图1 灌浆试验孔位分布

在灌浆试验完成后，在试验范围内进行压水检验。各检测孔检验结果见表3。

表3 各孔的压水检测结果

4 帷幕灌浆施工

4.1 灌浆孔布置

主坝坝基帷幕灌浆孔布置在帷幕灌浆中心轴线上。按单排设计，对灌后检查不符合要求地段，再适当调整。设置灌浆孔距为2m，延伸至不透水层(q≤10Lu)下2m处。帷幕范围至两侧不透水层与山体的交界处。根据计算，共有灌浆孔28处，检查孔3个，总进尺552.0m，沿帷幕轴线均匀布置。当吸水率q≤10Lu即可。

4.2 灌浆参数

灌浆段长度需要总结考虑岩体情况。灌浆前首先冲洗裂隙面，沉积厚度小于0.2m，压力小于1MPa；射浆管与孔底距离小于0.5m，为防止漏灌，灌浆塞应位于上一灌浆段底0.5m处。

灌浆压力根据灌浆试验确定。河床中灌浆压力为0.40MPa～0.60MPa，坝体处灌浆压力小于0.05MPa。

浆液起始水灰比采用5，以后依次采用3、2、1、0.8、0.6(或0.5)，采用新鲜425硅酸盐水泥。

4.3 灌浆次序

帷幕灌浆必须遵循分序加密的原则进行。二序孔施灌，一、二序孔距为4m。

在帷幕灌浆前应进行坝体与坝基接触处的接触灌浆。当钻机至基岩面时，改用回转钻进，用干钻法钻入基岩0.3m～0.5m后提钻，下放适量掺有麻绒的干粘土球，再下套管，使基岩孔壁与套管之间被干粘土球堵孔。再改用清水钻进，作为接触灌浆段，灌浆压力采用0.05MPa低压充填式灌浆，灌浆栓塞在基岩上0.5m左右套管中。接触灌浆完成24h后，再进行帷幕灌浆工序。

5 结论

以某水库加固除险为例，通过现场、室内试验对比，选择现场压水试验结果作为渗透系数选取结果，坝基渗漏现象较为明显，危害较大。为了合理选择灌浆施工参数，选择灌浆试验区进行了5个灌浆孔和3个检测孔的布置，根据检测结果，采用单排布置，2.0m孔距、10.0m孔深防渗加固效果较好，渗透系数较加固前明显降低，根据试验结果提出了相关的施工参数，为水库坝基防渗帷幕加固参数设计及施工组织设计提供参考。