帷幕灌浆在水库大坝基础防渗处理中的应用

胡俊影 刘明慧 河南省繁盛水利水电工程有限公司

一、帷幕灌浆的概述

作为水工建筑物地基防渗处理的重要方式，帷幕灌浆在保证水工建筑物运行安全方面发挥着至关重要的作用。帷幕灌浆是指向岩体或土层裂隙、孔隙内灌入适量浆液，从而构成一个连续的阻水帷幕，实现降低渗流量和减小渗透压力的目的。在闸坝岩石或砂砾石地基中可采用帷幕灌浆法，按照防渗帷幕灌浆孔排数进行划分，一般可分为2类，即两排孔帷幕、多排孔帷幕。当工程所在地质较为复杂，同时具有较高水头的情况下，可采用3排以上的多排孔帷幕。相比其他技术，灌浆技术规模小、施工灵活、工期短、适用性强、经济效益显著。其作用主要在于四点，其一，通过凝结土体颗粒和填充岩体孔隙的方式，来进一步增强地层强度，达到稳固水工建筑物的效果。其二，补强地基，降低不均匀沉降发生可能性；其三，封堵裂隙、孔隙，减少渗透；其四，保护斜孔钻进，加大保护力度，保证工程正常进行。经大量实践证明，在防渗堵漏、增强岩土抗压强度等方面，帷幕灌浆技术应用效果显著。

二、工程概况

某水库大坝工程为中坝，53.2m为最大坝高，属于3级建筑物。经观测可知，坝基和两岸岩石表部破碎，地下水位较低，具有较强渗透性。通过综合考虑，由于该水库来水量偏小，基础防渗至关重要，按自上而下分段灌浆法进行帷幕灌浆。原设计为按照透水率≤3Lu控制河床基础岩石灌浆帷幕范围，按透水率≤5Lu控制左右两岸坝肩防渗帷幕范围。根据大坝防渗轴线渗透剖面图统计分析，若按照原设计标准进行灌浆阶段控制，坝基帷幕灌浆范围内将会有90%孔段无法满足透水率≤3Lu的设计标准，两岸坝肩帷幕灌浆范围内70%孔段无法满足透水率≤5Lu的设计标准，与此同时，坝基和两岸将新增5100m2灌浆面积。根据实际情况，决定采用“以堵漏为主、堵灌结合”的补灌方案。即采用透水率为10Lu的设计标准，以1m孔距进行灌浆帷幕，同时有针对性地对灌浆孔局部进行加排、加密处理。

三、帷幕灌浆施工技术要点

（一）造孔

根据本工程实际情况，钻进工艺可采用两种形式，即金刚石和潜孔锤，其中主要钻进形式为潜孔锤工艺，从而大幅提升钻进效率，在穿过破碎地层时，可避免钻进工艺冲刷破坏孔壁的程度，有助于顺利成孔。按照设计要求，需在1.5%以下控制施工孔斜率，做好偏斜值和偏斜方位的准确记录。

（二）裂隙冲洗

灌浆前，施工中多数钻孔灌注孔段均采用了大泵量清水冲洗钻孔裂隙，直到回水清净。本段灌注压力为冲洗压力的80%左右，且控制在1MPa以下。在压水试验前，完成裂隙冲洗和压实试验。

（三）钻孔压水试验

灌浆前，每一个灌浆孔段均可进行简易压水，据上述分析，本段灌浆压力为冲洗压力的80%，且在1MPa以下。根据现场实际情况，可在20min控制压水时间，每隔5min进行一次压入流量测读，最终以最后流量值作为计算流量。当压水进行到10min时，若存在一些钻孔无法返水现象，可直接进行压入流量记录。

（四）灌浆控制

按照工程实际情况和设计要求，采用孔口封闭灌浆法、孔内栓塞的纯压式灌浆法，按照自上而下分段灌浆施工，分段长度为2～6m，当孔壁较为完整时，可适当加长该灌浆段长度。当孔段具有较为严重的渗漏情况，需采用可控灌浆工艺进行堵漏灌浆处理。本文以孔口封闭灌浆法为主，孔内注浆管可采用铝塑管、PVC管，从而节约施工时间，达到钻机造孔和钻孔灌浆分离的效果，大幅提升施工效率。采用孔内栓塞灌浆施工，优点在于压力大、密封效果良好，可确保灌浆质量和效率。

（1）灌浆材料与配合比。水泥、砂砾、速凝剂为主要灌浆材料，本工程采用32.5MPa普通硅酸盐水泥，速凝剂以水玻璃等无污染材料为主。根据设计要求，水灰比可设定为2：1。

（2）双管可控灌浆工艺。对于局部孔段具有较大吸浆量，堵漏时采用水泥砂浆仍无法达到有效防渗效果的情况下，可采用双管可控灌浆工艺，灌浆材料为速凝水泥浆，也可灌注速凝水泥砂浆。

（3）灌浆压力。根据现场施工地质情况和灌浆试验结果，可确定灌浆压力。第一段、第二段、第三段灌浆压力均可制在0.2～1.0MPa、0.5～1.0 Mpa、1～2Mpa， 第 四段以下灌浆压力则均控制在2～4MPa范围。若孔段地层破碎严重，则灌浆压力取小值，若孔段地层完好，则灌浆压力取高值。

本工程采用纯压式灌浆，在孔口注浆管路上安装压力表。循环式灌浆过程中，在孔口回浆管路上安装压力表，压力值读取压力表指针摆动的中值，相比灌浆压力，指针摆动范围需需少20%。

（五）灌浆结束标准及封孔

在最大设计压力条件下，循环式灌浆注入率不低于2L/min。当纯压式灌浆注入率在10L/min以下时，再进行5～10min灌注之后，便可结束灌浆。

根据工程实际情况，本文采用全孔灌注封孔法进行灌浆孔封孔，待完成全孔灌浆之后，下入注浆管，直至孔底0.5m，随后孔口采用孔口封闭器进行封堵。

四、帷幕灌浆防渗效果检测分析

本文以大坝帷幕灌浆前后渗水情况进行对比分析，为观测坝后渗水量和库内水位间的关系，提前将一个矩形堰设于大坝下游距下游坝脚42m处。大坝防渗处理前，经观测数据可知，在4495.02m最高蓄水位时，观测渗水量为34.81L/s。经帷幕灌浆施工后，工后2年观测，当最高蓄水位为4500.99m时，观测渗水量为38.53L/s，工后3年观测，在最高蓄水位为4503.69m时，观测渗水量为30.52L/s。由此可见，随水库水位变化趋势，坝下渗水量较为稳定，每年渗水量在逐渐减少。相比灌浆前，库水位相同的情况下，渗水量降低幅度较大。说明采用帷幕灌浆法用于水库大坝基础防渗施工具有良好的效果，可有效控制渗漏问题，提高施工效率。

五、结束语

综上所述，改革开放40多年来，随着社会经济的迅速发展，我国水利工程建设规模持续扩大。大坝基础是水库建设的重点工程，在大坝基础部位极易出现渗漏水问题，若不及时处理，势必会影响工程的安全性和使用寿命，甚至会发生更为严重的损失。如何解决这一难题，国内外进行了大量深入研究，帷幕灌浆作为一种防渗效果显著的施工方法，可增强地层强度，减少渗漏，降低不均匀沉降，在水库大坝基础防渗处理中得到了广泛应用。