灌浆技术在坝基接触带处理中的应用

刘妍

摘 要：为保证大坝的安全，防止坝体与坝基接触带上、下两个部分由于变形不协调产生的裂缝和渗流破坏，在大坝建设中选择合适的基础处理措施，越来越受到施工管理者的高度重视。灌浆技术作为重要的施工技术手段，能有效提高坝体和坝基的稳定性，避免出现安全事故和经济损失。由此，本文主要分析灌浆技术在坝基接触带处理中的应用。

关键词：灌浆技术;坝基接触带;帷幕灌浆;固结灌浆

中图分类号：TV543文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）01-0099-03

Abstract： In order to ensure the safety of the dam， to prevent the contact zone between the dam body and the foundation， the lower two parts due to the deformation of uncoordinated cracks and seepage damage， the selection of appropriate foundation treatment measures in the dam construction has been paid more and more attention by the construction managers. As an important construction technology， grouting technology can effectively improve the stability of dam body and foundation， and avoid safety accidents and economic losses. Therefore， this paper mainly analyzed the application of grouting technology in the treatment of dam foundation contact zone.

Keywords： grouting technology;dam foundation contact zone;curtain grouting;consolidation grouting

灌漿是将具有流动性和胶凝性的浆液，按一定的配比要求，以适当的压力灌入地基孔隙、裂缝或建筑物自身的接缝、裂隙中作充填、胶结的防渗或加固处理[1]。坝体和坝基接触带上、下两部分的材料成分和结构各异，这样会引起坝体、坝基产生不一致的变形，坝体与坝基接触带上、下两部分由于变形不协调，两者之间容易出现裂缝，在渗流作用下，两者之间将产生更为强烈的接触冲刷，这种冲刷逐渐带走坝基接触带中的颗粒物，从而产生集中渗漏通道。因此，采用灌浆技术对坝基接触带进行适当处理，是保证大坝安全性的有效措施之一。

1 灌浆技术的类型及特点

按照不同的灌浆目的，灌浆技术可分为帷幕灌浆、固结灌浆、接触灌浆、回填灌浆等。在坝基接触带灌浆中，使用较多的是帷幕灌浆和固结灌浆技术，许多工程中也采用多种灌浆相结合的方式加固地基。

1.1 帷幕灌浆

帷幕灌浆是用浆液灌入岩体或土层的裂隙、空隙，形成防水幕，以减小渗流量或降低扬压力的灌浆。通常情况下，帷幕灌浆是在填筑好的坝下施工。帷幕灌浆按防渗帷幕的灌浆孔排数分为两排孔帷幕和多排孔帷幕。地质条件复杂且水头较高时，多采用3排以上的多排孔帷幕。按灌浆孔底部是否深入相对不透水岩层划分，可分为深入的称封闭式帷幕和不深入的称悬挂式帷幕。其施工的主要工艺包括钻孔、钻孔冲洗、压水试验、灌浆和灌浆的质量检查等。

1.2 固结灌浆

固结灌浆是用浆液灌入岩体裂隙或破碎带，以提高岩体的整体性和抗变形能力的灌浆。固结灌浆的地层以灰岩、泥岩为主，夹层及裂隙发育或受开挖爆破影响卸荷裂隙发育等。通过对坝基进行固结灌浆处理，能改善地基承载能力。固结灌浆的施工工艺和帷幕灌浆基本相同。通过前期现场生产性固结灌浆试验结果，结合坝基地质、坝体形态、坝基开挖后岩体卸荷情况、大坝受力情况等，固结灌浆按照分区进行参数设计。

2 坝基加固处理技术的应用

2.1 帷幕灌浆在高生大坝施工中的应用

2.1.1 工程概况。高生水电站坝址位于贵州省务川县境内洪渡河，距务川县城约50 km，距遵义约245 km，距贵阳约395 km。高生大坝为碾压混凝土挡水坝，最大坝高120.5 m。

坝址位于红丝向斜翘起端附近，受向斜影响，坝址区岩层倾角平缓，走向变化较大，总体产状为N60°～80°E/SE∠4°～14°，倾向右岸偏上游。坝址区未发现区域性断层通过，但次级断层、岩性夹层、层间错动及裂隙均较为发育。坝址区地表岩溶形态以溶洞、落水洞及溶蚀洼地漏斗为主。其中，溶洞9个，落水洞8个，溶蚀洼地漏斗9个[2]。

库区以碳酸盐岩为主，岩溶发育，岩溶个体形态主要有溶蚀洼地、落水洞、溶洞、岩溶管道等。地下水在碳酸盐岩区以岩溶管道水、岩溶裂隙水为主，在碎屑岩区以基岩裂隙水为主，第四系中存在孔隙水。按岩性、岩性组合及地下水赋存形式可将库区含水岩组划分为强岩溶含水岩组、中等岩溶含水岩组、弱岩溶含水岩组及非可溶岩含水岩组。地下水以岩溶水为主，靠大气降雨补给，洪渡河为区内最低排泄基准面，地下水补给河水。

2.1.2 接触带处理措施。根据地质勘探及综合分析可知，库首左岸沿O1t3地层发生岩溶管道型绕坝向下游渗漏的可能性不大，主要是近坝库岸沿构造、溶蚀裂隙的绕渗问题，库首右岸存在库水沿O1h和O1t3地层内岩溶管道或裂隙向坝址下游发生岩溶渗漏问题;存在沿fb2断层带及其附近的岩溶管道向坝址下游的新场一带洪渡河发生岩溶渗漏问题;存在沿红丝逆冲断层（F9）带向坝址下游发生渗漏的可能。根据坝址河床钻孔揭露情况，坝基岩体为O1t2相对隔水层，但其下伏的O1t1地层在河床深部基岩存在一溶蚀层，厚度为5.5～7.0 m，溶蚀现象以小型溶洞、溶孔为主，蓄水后由于水压力作用，库水可能沿坝基岩体裂隙进入该溶蚀层发生坝基渗漏问题。为防止库水渗漏和降低坝基扬压力，必须进行防渗处理[3]。

两岸各分三层（321、365 m和427.5 m）进行灌浆布孔施工，帷幕顶高程为427.5 m，左岸接相对隔水层（O1t2），并以其为防渗底界;右岸帷幕中部越过fb2断层、端点越过F9断层，岸边至fb2断层之间以O1t1相对隔水层为底界，fb2断层至F9断层之间采用悬挂帷幕，底界按0.5倍坝高考虑，底界高程为356 m;河床中部为悬挂帷幕，底界以封堵坝基下伏的溶蚀层，河床处帷幕底界高程为243.20 m。

2.1.3 灌浆施工。灌浆施工要处理以下几方面问题。①帷幕灌浆试验的施工严格遵循灌浆程序，分排分序分段进行。施工顺序为：抬动观测孔→下游排Ⅰ序孔（先导孔）→下游排Ⅲ序孔→上游排II序孔→上游排Ⅲ序孔→检查孔。②各次序孔的钻孔灌浆高差不小于15 m。③帷幕灌浆孔施工工艺流程见图1。

2.2 帷幕灌浆、固结灌浆在毛家河大坝施工中的应用

2.2.1 工程概况。毛家河水电站位于北盘江上游支流清水河上，电站距水城70 km，距贵阳市336 km，是一座以发电为主的水利枢纽工程。毛家河大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高为74.5 m，坝顶宽度为7 m，最大坝底宽度为67.35 m，坝顶全长为175.035 m，分为左、右岸非溢流坝段、河床溢流坝段以及左、右岸冲沙孔坝段[4]。

根据物探、平硐及钻孔资料可知，河床覆盖层厚一般为1～6.2 m，成分为冲积砂卵砾石及大块石。除坝轴线上下游两岸河边出露零星带状基岩外，两岸岸坡坡脚均连续分布崩塌堆积块碎石夹黏土、坡残积黏土夹块碎石以及冲积的砂卵砾石层，最厚达40 m，水平深度可达33 m。坝基为C1b2中厚层、薄层含炭质灰岩夹中厚层、薄层炭质泥页岩，发育软弱夹层，左岸岩层倾角为10°～25°，右岸岩层倾角为12°～30°，左岸和右岸均倾向山内;河床为背斜轴部，岩层倾角平缓（近于水平），张性节理发育。由于软弱夹层的发育，存在以软弱夹层面为底滑面，构造裂隙、卸荷裂隙为后缘及侧向切割面的浅层和深层抗滑稳定问题。

2.2.2 接触带处理措施。根据复杂的地基情况，本工程对坝基的处理采取坝基固结灌浆、坝基帷幕灌浆及接触灌浆、坝基与混凝土接触面锚筋、坝基排水孔等工程措施。若同一部位有多种工程措施，则应依次进行回填灌浆、固结灌浆、帷幕灌浆、接缝灌浆和排水孔的施工[5]。

2.2.3 灌浆施工

2.2.3.1 固结灌浆。固结灌浆按分排分序加密的原则进行，灌浆一般分两个次序，按Ⅰ、Ⅱ序依次施工。例如，灌浆部位存在临空面，则先进行周边灌浆封闭。固结灌浆采用有盖重方式施工时，盖重层厚度要满足设计要求，有盖重灌浆的钻孔和灌浆在相应部位混凝土达到50%设计强度后进行。在灌浆施工过程中，应对坝体横缝、混凝土冷却水管进行通水，防止固结灌浆浆液串入缝面或钻断冷却水管，造成横缝或冷却水管堵塞。根据大坝结构特点，基础廊道（包括灌浆廊道、排水廊道等）附近固结灌浆孔应尽量在廊道形成前完成，若与廊道混凝土施工相互影响时，经监理人同意，可移至廊道外或后期在廊道内施工。各部位固结灌浆完成后，其相应的质量检查（包括检查孔压水试验和声波测试等）安排在合适的混凝土层面或者在廊道内进行。

基础固结灌浆入岩孔深一般为8 m，主要采取孔内卡塞、自上而下分段的循环方法灌浆，浅孔（小于6 m）固结灌浆可采用全孔一次灌浆法;特殊部位，按监理人的指示采用合宜的灌浆方法。原则上采用单孔灌注，当发生串孔且设备能满足施工要求时，可采用并联灌注，且孔数不得多于3个，并控制灌浆压力。采用自上而下的方式进行灌浆时，各段灌浆结束后一般可不待凝，固结灌浆一般采用3SNS-A泥浆泵进行灌浆。

2.2.3.2 帷幕灌浆。本工程中的帷幕灌浆主要在两层廊道内进行，物探孔、抬动观测孔、先导孔、帷幕灌浆孔、质量检查孔等均采用XY-2型、XY-2PC型回转式地质钻机配金刚石钻头进行钻孔;钻孔过程中严格控制钻压，采用“低压高速”的方法进行钻孔，以防止遇到不均匀地层时钻孔偏斜。

坝基帷幕灌浆必须在具备以下条件才能开始灌浆：①灌浆区邻近30 m范围内的勘探平洞混凝土回填、回填灌浆等工作完成并通过验收以后;②本层和下层平洞的混凝土衬砌、回填灌浆等工作完成并通过验收以后;③以施灌区域为中心、30 m为半径的范围内的坝基固结灌浆、基岩接触灌浆相邻坝段最底部横缝的接缝灌浆等作业完成并通过验收以后;④待上、下层同单元帷幕灌浆施工完成后进行帷幕搭接孔施工。

灌浆以一个灌浆单元为一个施工单位，按分序加密的原则进行。施工次序：抬动观测孔及安装→Ⅰ序孔钻孔、灌浆→Ⅱ序孔钻孔、灌浆→Ⅲ序孔钻孔、灌浆→检查孔钻孔、压水试验。由两排孔组成的帷幕，先施工下游排，再施工上游排，三排孔組成的帷幕，先施工下游排孔，再施工上游排孔，最后施工中间排帷幕孔。先导孔的灌浆施工按Ⅰ序孔对待。防渗帷幕灌浆主要采用“自上而下、孔口封闭灌浆法”的高压灌浆工艺，灌浆采用分段施工。

3 结语

当各种不同的坝体或地基材料不同时，接触带可能出现的破坏形式也有所不同，那么在处理设计时应考虑不同的坝型、坝基、当地材料、施工条件等因素，采取一种或多种处理方法相结合的处理措施。

参考文献：

[1]罗长军.帷幕灌浆技术在既有土坝可溶岩坝基中的应用[J].岩石力学与工程学报，2004（22）：3910.

[2]赵永刚，方长权.土石坝加固的防渗处理技术研究[J].水利规划与设计，2013（2）：63-64.

[3]蒋发生.东风水库土坝接触面渗漏处理[J].湖南水利水电，2008（1）：24-44.

[4]李娥.水利水电工程施工中灌浆技术的应用[J].农田水利，2019（22）：52.

[5]郭树栋.大坝地基的坝基加固处理技术研究[J].科学技术与创新，2019（13）：146-147.