安宁市江浸厂水库除险加固工程坝基帷幕灌浆浅析

刘朝波

（昆明市河湖管理中心，云南 昆明 650000）

1 工程概况

江浸厂水库位于安宁市连然办事处极乐村旁，水库所在河流为金沙江一级支流，地理位置东经102°30′16″，北纬24°56′58″，库容77.69 万m3，坝基及结合部采用帷幕灌浆防渗。

2 帷幕灌浆设计

帷幕灌浆工程布设帷幕灌浆孔184 个，钻孔间距2.0m，分三序施工，帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆与异常段复灌相结合的方法。

3 帷幕灌浆施工

3.1 钻孔

帷幕灌浆钻孔采用全站仪根据设计图纸进行统一的测量放线，测出里程和高程并注明孔号和序次。

钻孔采用XY-1 型、XY-1B 型钻机，将钻机就位，安装平稳无摆动，用水平尺校正立轴无偏斜后，对准孔位中心开孔。开始时采用低压力、慢转速，钻进到一定深度时，即适时的变径，并加大岩芯管长度大于3.0m，变径时带导向设施，保证了孔位偏差及孔斜率达到规范要求。

钻孔开孔孔径为φ110mm，终孔孔径为φ91mm 或75，坝体土层采用硬质合金钻头无泵取芯钻进，基岩层采用金刚石钻头清水钻进，以确保岩芯采取率和孔壁完整。钻孔终孔后进行孔斜测量，偏差率均小于规范要求，合格率为100%。

3.2 钻孔冲洗及压（注）水试验

3.2.1 钻孔冲洗

洗孔采用大泵量脉动水流冲洗，钻孔冲洗的压力按灌浆压力的80%控制。灌段达到深度，用钻孔机具取出孔内岩渣，确认打捞干净后，下入射浆管至孔底，用大泵量脉动水流，由孔内向孔外冲洗，同时上下提动射浆管作活塞运动，如此反复冲洗至回水变清（肉眼看不见岩粉颗粒）后延时10～20min 结束，总时间不少于30min。

3.2.2 钻孔注水试验

对涵洞两边坝体土层及钻孔结合部段采用注水试验。钻孔至设计孔深后，用钻孔机具取出孔内岩渣，随后开始地下水位观测，得到地下水位数据后即进行注水试验，用量杯或通过水表向孔内注水，注水水头高度一般与孔口齐平，个别漏水孔段在相当大的流量下仍不能将孔注满，则在注水的同时，下入水位计测出注水水头高度，作为计算依据；注水用1000mL 量杯作为流量计。

注水试验时，保持注水水位不变，每2～5min 读取一次注入流量，当连续四次读数的最大值与最小值之差小于最终值的10%，或不大于1L 时，即可结束。取最终值作为计算值，遇有漏水孔段，注入水流量较大时，则尽量缩短注水的时间，以免造成危害。

根据工程实际情况，本次注水试验成果采用式（1）计算：

式中：K——渗透系数，m/d；Q——稳定注入量，m3/d；S——注水水头高度，m；d——钻孔直径，m。

3.2.3 压水试验

压水试验在基岩灌段冲洗后进行，采用单点法，为灌浆压力的80%，根据试段深度的增加，压力逐渐加大，采用了0.2MPa～0.3MPa。

在压水试验之前，先观测地下水位作为计算全压力的参数，5min 观测一次钻孔内水位，当观测到的地下水位数据连续两次之差小于5cm/min，即可确定地下水位值，并以最后一次的观测数据作为地下水位值。

“简易压水试验”的压水时间为20min，每2～5min测读一次压水流量，当连续4 次压入流量的最大值与最小值之差小于最后一次流量值的10%即可结束，以最后一次流量值作为计算流量，其以q 表示透水率，单位为吕荣（Lu）。

试验成果采用式（2）计算：

式中：q——透水率，Lu；Q——压入流量，L/min；P——作用于试段的全压力，MPa；L——试段长度，m。

3.3 灌浆工作

3.3.1 灌浆方法与程序

本工程帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆和异常段复灌相结合的方法。

灌浆施工按三序进行，Ⅰ序孔钻孔灌浆结束后，进行Ⅱ序孔的钻孔和灌浆，最后进行Ⅲ序孔的钻孔和灌浆施工，逐渐加密。

自上而下分段灌浆的程序为：钻进（一段）→捞渣→水位观测→钻孔冲洗→压水试验→灌浆→待凝→复灌与否→扫孔钻进（下一段）。如此反复直至终孔灌浆结束，然后进行灌浆段封孔，之后取拔套管，进行非灌段封孔至结束。

3.3.2 灌浆段长

灌浆段长一般控制在5～6m，特殊情况适当加长或缩短，但不超过10m。结合部段为2.0m，且接触段在岩石中的长度不大于1.5m。

3.3.3 灌浆压力

灌浆压力按式（3）确定：

式中：P——允许灌浆压力；P0——表面地段允许的压力；M——灌浆段每增加1m 允许增加的压力；D——灌浆段顶板以上至地面的厚度。

确定P0=0.2MPa，M=0.018MPa。

3.3.4 灌浆材料及设备

（1）水泥采用云南昆钢嘉华水泥建材有限公司生产的P.O 42.5 普通硅酸盐水泥，水泥进场时有生产厂家的合格证、出厂日期等，出厂期不超过3 个月。无受潮、无结块的水泥。水泥均符合规范及设计各项检测指标符合设计要求。

（2）粘土采用安宁市和平村收费站附近的粘土，其各项指标满足设计要求。

（3）灌浆设备为100/15 型砂浆泵，自带200L 立式双层搅拌桶。灌浆机最大工作压力为1.5MPa，水平输送距离200m，垂直输送距离50m，可完全满足施工需要。泥浆搅拌机采用自制卧式0.8m3搅拌机，其能连续工作，出浆量大，可满足施工需要。灌浆管路采用硬管连接，在灌浆泵孔口压力表装置与硬管之间采用高压软管连接，能承受1.5MPa 的压力。

3.3.5 制浆及浆液浓度变换

纯粘土原浆是采用湿法制浆，将粘土在堆料场浸湿，之后用水冲入搅拌机中搅拌成浆，经0.5cm 筛网过滤并沉淀后，流入3m3的储浆池中备用。

纯水泥浆液是根据水灰比，在确定了水泥与水的数量后，先将水放至搅拌桶中，再投入相应的水泥，经过搅拌机搅拌均匀后即成待灌浆液。

坝土采用1:3 水泥粘土混合浆，水灰比由稀到浓依次为2:1、1.5:1、1:1、0.8:1 四级；岩土结合部采用1:1 水泥粘土混合浆，水灰比依次为3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1 五级；基岩层采用纯水泥浆灌注，水灰比依次为5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1 七级。

3.3.6 灌浆结束标准与封孔

在灌段达到规定的压力下，单位吸浆量不大于1L/min 时延续灌注60min 结束，或灌段停止吸浆时延续灌注30min 结束。

封孔：在全孔灌浆结束后，先对灌浆段进行封孔，采用自下而上分段灌浆封孔法，即采用0.5:1 水灰比的纯水泥浓浆，按10～15m 的段长将全孔作一次自下而上的复灌；结束后，将套管取出，使用1:3 的水泥粘土混合浆进行非灌段的封孔。将射浆管下至段底，由孔底向孔内注入浓浆，直至将孔内清水及稀浆排出孔口外，浓浆升至孔口不再下落为止。

封孔结束后，待孔内的浆液干硬，对未被填满部份排除孔内积水，再用1:3 水泥粘土混合浆封填至孔口[1]。

3.4 灌浆质量分析评价及灌浆效果检查

3.4.1 灌浆质量分析评价

帷幕灌浆施工结束后，对灌浆质量和防渗效果通过以下成果资料来进行分析评价。

（1）各次序孔透水率分析与评述。

由资料统计各次序孔透水情况如表1 所示。

由表1 可见各次序孔透水率平均值Ⅰ序孔大于Ⅱ序孔，Ⅱ序孔大于Ⅲ序孔，符合灌浆规律。

表1 各次序孔透水率情况

（2）各次序孔单位注入量分析与评述。

统计灌浆原始资料，本工程单位注入量情况如表2所示。

表2 各次序孔单位注入量情况

由表2 可看出，单位注入量Ⅰ序孔大于Ⅱ序孔，Ⅱ序孔大于Ⅲ序孔，符合灌浆规律，灌浆效果明显。同时也验证了压（注）水试验得到的透水率值是准确的，透水率值（Lu）与单位注入量成正比关系，符合透水率值越大吃浆量越大的实际情况。

帷幕灌浆孔透水率值，Ⅰ序孔主要集中在10～50Lu、50～100Lu 区间内，Ⅱ序孔主要集中在＜10Lu、10～50Lu 两个区间段内，Ⅲ序孔则更多的集中在＜10Lu、10～50Lu 两个区间段内；Ⅰ序孔有20.9%即有24 段透水率值在>50Lu 区间段内，Ⅱ序孔>50Lu 区间的段数由Ⅰ序孔的24 段降为6 段；Ⅲ序孔>50Lu 区间的段数没有。

单位注入量Ⅰ序孔多集中在50～100kg/m、100～500kg/m 区间段内，Ⅱ序孔多集中在50～100kg/m、100～500kg/m 区间段内，Ⅲ序孔多集中在<50、50～100kg/m、100～500kg/m 区间段。Ⅱ序孔>500kg/m 的区间段由Ⅰ序孔的10 段降为0段，Ⅲ序孔为0 段。

幕墙搭接孔透水率值，Ⅰ序孔主要集中10～50Lu、50～100Lu 区间段内，Ⅱ序孔主要集中在＜10Lu、10～50Lu两个区间段内，Ⅲ序孔主要集中在＜10Lu、10～50Lu 两个区间段内；Ⅰ序孔有33.3%即有8 段透水率值在>50Lu区间段内，Ⅱ序孔>50Lu 区间的段数由Ⅰ序孔的8 段降为0 段；Ⅲ序孔>50Lu 区间的段数没有。

单位注入量Ⅰ序孔多集中在50～100kg/m、100～500kg/m 区间段内，Ⅱ序孔则多集中在50～100kg/m、100～500kg/m 区间段内，Ⅲ序孔多集中在<50、50～100kg/m区间段。Ⅱ序孔>100kg/m 的区间段由Ⅰ序孔的15 段降为6 段，Ⅲ序孔为7 段。

涵洞加强孔透水率值Ⅰ序孔主要集中在10～50Lu、50～100Lu 区间段内，Ⅱ序孔则主要集中在＜10Lu、10～50Lu 两个区间段内；Ⅰ序孔有18.8%即有6 段透水率值在>50Lu 区间段内，Ⅱ序孔>50Lu 区间的段数由Ⅰ序孔的6 段降为0 段。

综上所述，各次序灌浆孔的透水率值及单位注入量其区间段数、频率随着灌浆次序的逐渐加密，呈现递减变化，说明灌浆符合客观规律，效果明显。

3.4.2 各次序孔灌前压（注）水试验检查

各次序孔在灌前都做了压（注）水试验，Ⅰ序孔的压（注）水试验准确地探明了岩土层在灌浆前的原始透水能力。根据各次序孔灌浆成果的分析，试验段内岩土层的平均透水率值随着灌浆次序的增加而显著减少，即帷幕灌浆孔Ⅰ序孔透水率平均值为33.69Lu，Ⅱ序孔降为22.36Lu，Ⅲ序孔则降为12.22Lu；幕墙搭接孔Ⅰ序孔透水率平均值为33.93Lu，Ⅱ序孔降为23.77Lu，Ⅲ序孔则降为15.36Lu；涵洞加强孔Ⅰ序孔透水率平均值为28.49Lu，Ⅱ序孔降为17.16Lu。符合正常灌浆规律，说明灌浆效果是好的。

3.4.3 检查孔压（注）水试验检查

检查孔采用自上而下分段压（注）水试验进行检查，压水试验为单点法。共进行了46 个试验段的压（注）水试验检查。所有试段的透水率均小于10Lu，达到设计防渗标准，合格率为100%。说明大坝基础经过帷幕灌浆处理后，已形成了防渗帷幕。

4 结语

本工程自2010 年3 月12 日完工；2010 年5 月蓄水至今，已安全运行12 年，坝坡及周边均没有出现渗漏现象。处理小型土坝坝基及结合部渗漏问题，帷幕灌浆技术是一种非常适用、效果明显的工程技术措施。