帷幕灌浆施工技术在水库大坝基础防渗加固处理中的应用

程峰

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南 长沙 410000

引言

大坝是水库工程的核心建筑物，主要组成包括坝基、混凝土基座、防渗墙、护坡、坝顶公路等，坝基稳固性直接关系到整个大坝的安全稳定性与防渗性。因此，做好水库大坝基础防渗加固处理，对于提高水库大坝运行安全稳定性具有重要意义，防渗帷幕是一种常用的施工技术，通过有效成幕可减少坝基渗漏、防止渗透破坏，本文主要围绕此展开分析。

1 帷幕灌浆技术概述

随着我国水利行业的发展，水库大坝建设工程数量不断增加，运行时间也越来越长，部分水库大坝在长期水流的作用下，可能出现大坝基础沉陷或坝体垮塌的危害，因而处理好水库大坝基础渗漏，是水库建设与发挥效益的关键所在。

水库大坝基础防渗加固处理的方法较多，主要有劈裂灌浆、高压喷射灌浆、深层水泥土搅拌桩防渗墙、帷幕灌浆、低压速凝式灌浆等，但在选择处理方法时，必须认真分析水库渗漏的原因，不但要求在技术上切实可行，而且还要求节省投资，并能在较短时间内解决水库的渗漏问题。防渗帷幕作为一种有效防渗加固措施，近年来在水库大坝工程了得到了广泛应用，其主要是在土层或者岩层缝隙当中灌入一定量的浆液，从而形成连续性的阻水帷幕，建立起较强的防渗工程，为水库大坝可靠运行保驾护航[1]。

2 水库大坝帷幕灌浆施工技术方法

2.1 原材料选择

水库大坝帷幕灌浆浆液配置中，为有效保证除险加固效果，需合理提高水泥标准，灌浆水泥实行统供管理，加强与厂家沟通，保证出厂材料品质，同时落实现场质量检验，对每批次材料严格按合同、规范规定的频次与检测项目进行检验，保证灌浆水泥质量合格；对泥浆拌和用水的水质进行严格检测，保证浆液拌制质量达标。

2.2 开展灌浆试验

水库大坝帷幕灌浆正式施工前，需开展帷幕灌浆试验工作，确定裂隙岩体可灌性，并根据试验结果合理确定灌浆方法、施工工艺；帷幕灌浆工程开始后，施工单位应开展生产性工艺试验，进一步对设计确定的灌浆工艺与参数进行论证，保证后续作业可靠性；帷幕灌浆施工过程中，根据围岩揭露情况、卸荷情况以及先导孔终孔段压水吕荣值检测情况等，及时调整施工参数，保证帷幕体防渗质量达标。

2.3 严格履行造孔与灌浆工艺

水库大坝帷幕灌浆施工过程中，规范造孔、灌浆施工工艺，确保造孔、冲洗、卡塞、配浆、灌浆压力、浆液变换、灌浆结束等工序妥善完成。帷幕灌浆作业过程中，定期对相关仪表进行定期校验，并做好施工设备维护保养工作，包括灌浆泵、管路、灌浆塞等，避免因灌浆设备故障导致灌浆中断，或是无法达到控制标准要求。已完工灌浆单位，施工单位需提交灌浆成果资料，监理审核后进行检查孔布孔，检测不合格单元需补强处理，直至检测合格为止。

2.4 引进智能灌浆系统

水库大坝帷幕灌浆施工过程中，有条件的情况下，施工单位应积极引进新技术，如：智能灌浆系统在我国乌东德、白鹤滩等水电站得到了推广运用，此系统集智能压力控制、无级配浆、灌浆工艺控制、灌浆成果分析与处理以及无线接入云服务器等功能为一体，实现了智能“一键灌浆”，有力保障了灌浆施工质量。

2.5 灌浆施工异常处理

水库大坝帷幕灌浆过程中，需结合施工实际确定灌浆异常处理机制。对于帷幕灌浆先导孔终孔段压水，由建管局、设计、监理、施工共同签字确认，终孔段灌前透水率大于设计允许值的加深1段处理；对加深后仍大于设计值的，则需由监理组织各方对先导孔芯样、压水检测资料、工程地质条件等加以研究，并制定相应的加深处理方案。帷幕灌浆施工期间，针对灌前透水率大、灌浆过程吸浆量异常部位，监理需及时通知参建四方实施现场查勘，根据现场情况选择浓浆、低压、限流、间歇、待凝等处理措施，确保灌浆质量达标[2]。

3 实例探析帷幕灌浆施工技术在水库大坝基础防渗加固处理中的应用

3.1 工程概况

本项目水库大坝为黏土心墙堆石坝，采用黏土防渗方法，总库容4.48×108m3，终期规模总库容4.84×108m3，坝顶高程2095m，最大坝高77m，坝轴线长242m。此大坝坝址区岩层主要为白垩系泥岩、砂岩、白云岩，表层分布有第四系松散堆积物。两岸坝肩存有卸荷裂隙、溶隙、溶洞呈张开状。中部出露的F2-1右旋逆断层，F2-2右旋正断层及其断块组成的FⅡ断裂带，宽19～22m，为典型的断陷带，是坝区内的控制性断裂。FⅡ断层带与轴线呈79°角相交，是坝基渗漏的主要通道之一，受其影响，右岸相对隔水层较深。透水率为10～100Lu，局部大于100Lu。

3.2 防渗加固设计

大坝心墙坝基基础灌浆设置于坝基混凝土盖板上，采用先固结、后帷幕，先下游、后上游的施工方法。帷幕防渗标准为3Lu，固结防渗标准为5Lu。

3.2.1 固结灌浆：坝横0+00.00m～0+247.70m段的坝基盖板中设置，固结基岩深度5m和10m两种孔，排距5m，设计孔数473个，造孔长度5327.76m；孔距为4～5m，靠近心墙帷幕1/3坝高以下。桩号：坝横0+59.00m～0+175.00m增设2排固结孔，排距距帷幕线1.4m孔距为2m，深入岩石10m；与帷幕灌浆孔呈梅花形布置。

3.2.2 帷幕灌浆：设2排孔，排距1.4m，孔距2m，梅花形布置。桩号：坝横0+47.5～0+84.00，帷幕灌浆设计孔数为326个，共造孔19371.6m。右岸坝肩高程2095m向山里延伸16m，左岸坝肩高程2095m向山里延伸50m。F2断层带帷幕灌浆共3排，每一排帷幕灌浆孔又分为3个次序施工帷幕，灌浆需深入相对不透水层3～5m。

3.3 帷幕灌浆施工技术要点

3.3.1 钻孔。帷幕灌浆每个单元选取1个1次序孔为先导孔，所有帷幕孔开孔孔径φ91mm，下φ89mm的孔口管，避免基岩面碎屑物落入孔内，终孔孔径φ56mm，先导孔及检查孔终孔孔径φ75mm。混凝土盖板部位套管埋入岩石深度不得小于1m，且必须镶铸牢实，保证灌浆时套管周围不漏浆。为保证孔向准确，帷幕孔都进行了孔斜测量，每孔测点都不少于3个，一般每2段测量1次，终孔必须测孔深及孔斜，残留岩芯不得大于20cm。

3.3.2 钻孔冲洗及裂隙冲洗。灌浆孔段在钻孔结束后需进行钻孔冲洗，直至孔口返清水，孔内沉淀物厚度≤20cm，灌浆前宜使用压力水进行裂隙冲洗，冲洗压力与固结灌浆相同[3]。

3.3.3 简易压水试验。帷幕灌浆每段灌前均进行简易压水，压水采用单点法，压水压力为灌浆压力80%。

3.3.4 帷幕灌浆。

3.3.4.1 帷幕灌浆采用孔口封闭、自上而下分段灌浆方法。帷幕灌浆方式为孔内循环式，射浆管距离孔底不宜大于0.5m。帷幕灌浆施工程序为先灌下游排，后灌上游排。同一排上相邻的2个次序孔之间，以及后序排上第一序孔与其相应部位前序排上最后次序孔之间在岩石中钻孔灌浆的间隔高差≥15m，每一排帷幕灌浆分3个次序施工，即：Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔。

3.3.4.2 帷幕灌浆施工分段为高程2047m以下第1、2段段长3m、5m；高程2047m以上第1、2段段长1m、3m，第3段以下段长为5m，前3段灌浆结束后要求待凝，最后2段段长可根据孔深作适当调整，但最大段长不得大于8m；没有混凝土盖板的部位，分段原则为第1段3m，以下各段为5m。

3.3.4.3 帷幕灌浆施工每 1 个单元选 1 个 1 序孔作为先导孔，利用先导孔测定 1 次地下水位，作为该单元代表，稳定标准为每 5min 测 1 次孔内水位，当水位下降速度连续 2 次在5cm/min以内时，以最后观测值为地下水位值。此水位值可作为该单元浆柱压力水柱压力起算零线。

3.3.4.4 帷幕灌浆前对先导孔实施声波测试，帷幕灌浆结束后对检查孔实施声波测试，每20cm为1个测点，且对先导孔要求岩芯描述、编录。先导孔的压水试验要求稳定，心墙盖板混凝土与基岩接触带灌浆结束后需待凝12h以上。

3.3.4.5 帷幕灌浆底界深入相对不透水层3～5m，当最后一段灌前简易压水透水率q≥3Lu或是灌浆单耗灰量＞50kg/m时，应向监理、设代反映情况，研究是否需要加深以及加深段数。

3.3.4.6 帷幕灌浆主要施工参数如下。①灌浆压力：高程2047m以下第1段灌浆压力均为0.5MPa，第2、3段0.8MPa、1.2MPa，第4段灌浆压力应达到该孔设计最大压力；高程2047m以上，第1、2段灌浆压力0.2MPa～0.3MPa，由于左岸岩石破碎，灌浆时心墙周围到处漏浆，每段灌浆压力根据公式计算确定，第4、5段未能达到设计最大压力，右岸灌浆压力第四段达到设计最大压力，但全孔最大压力值不超过2MPa；②浆液浓度：采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等7个比级。施工时，灌前简易压水透水率q＜3Lu，灌浆起始水灰比可为5∶1，透水率较大，则灌浆起始水灰比可为3∶1或1∶1的浆液；③浆液变化：应由稀到浓逐级变换，按设计和规范施工；④结束标准：在规定的压力下，当注入率≤0.4L/min，继续灌注1h，或≤1L/min时，继续灌注1.5h，灌浆即可结束；⑤封孔：采用置换与压力灌浆封孔法，封孔压力为全孔最大灌浆压力，封孔浆液浓度0.6∶1，待浆液沉淀后，人工拌制干硬性水泥，用钢管插捣密实。

3.4 帷幕灌浆施工质量检查

帷幕灌浆前简易压水试段共3379段，透水率小于1Lu的占压水段数的33.4%，1～5Lu的占压水段数的42.6%，大于5Lu的占压水段数的24%，检查孔压水段数共355试段，其中小于1Lu的占压水段数的70%，1～3Lu的占压水段数的30%。帷幕灌浆深入相对不透水层3～5m，个别单元最后一段灌前简易压水透水率大于3Lu或单耗大于50kg/m均加深1段，心墙帷幕灌浆共加深段数74段，灌浆段长370.32m，所有检查孔压水孔段的透水率均达到设计防渗标准要求，且检查孔水泥结石局部可见，尤其是5单元检查1号孔，柱状水泥砂浆长50～60cm，且与基岩及探洞混凝土胶结较好，说明随着灌浆的进展，受灌体的渗水通道被浆液充填堵塞，形成连续的幕体[4]。

4 结束语

综上所述，水库大坝除险加固工程的开展，是排除工程安全隐患、充分发挥工程综合效益的重要措施。针对水库大坝基础渗漏破坏问题，通过帷幕灌浆技术的运用可起到有效的防渗加固效果，应根据项目实际情况合理制定帷幕灌浆方案、确定施工参数，在施工过程中规范落实钻孔、灌浆工序，并做好质量检查等工作，切实保障帷幕灌浆质量达标，减少坝基渗漏量，保证水库大坝安全可靠运行。