灌浆技术在水库大坝防渗工程中的应用

谢 莉

（韶关市曲江区人民政府水库移民事务中心，广东 韶关 512100）

随着我国经济社会建设步伐的加快，近年来国家加大了对城市水利设施等基础设施项目的投资，特别是对于水库大坝防渗工程等工程建设项目而言，新型灌浆技术作为一种优势明显的防渗加固技术，具有适用范围广、强度高、噪音低、无污染和工作要求低等特点，特别适用于水库、大坝等基础设施的防渗加固工程中。但在灌浆技术的实际应用过程中，经常会出现泌水、渗漏和竖向不一致等质量问题，影响工程的整体质量。因此，本文对灌浆在水库防渗加固工程中的应用进行分析，并对防渗墙的质量进行检测，以保证水库大坝等基础设施的正常运行。

1 工程概况

以某水电站大坝防渗工程为例，该水库是以防洪为主，兼顾农村灌溉、供电、城市给排水和发电等综合利用功能的大中型水库，其既是我国重点大中型水库，同时又是用于防洪的蓄水池。库控段面积约为44.6 km2，总库容约1.885亿m3，水库枢纽主要由水坝、堰和输水涵洞等永久性建筑物构成，并历经了多年的建设运营，现发现大坝的基础存在危险渗漏问题。因此根据渗砂层和坝基渗漏部位，采取相应的灌浆技术措施，堵住渗漏通道，解决大坝渗漏问题。

2 高喷灌浆施工工艺

2.1 高喷灌浆施工参数的确定

该项目采取高压旋喷防渗方法，浇注分为2次依次完成，高喷砂浆的工艺参数的判断从严格意义上确定了铸造的好坏，本工艺依据设计人员给出的砂浆工艺参考区间值，计算砂浆工艺时所用的技术参数：砂浆比例、温度、用水量和砂浆压力、地板倾倒测试等，最后由设计人员与监理机构一起确认铸件工艺参数。

2.2 主要施工程序

高喷孔分两序施工，单孔的主要施工工艺流程为：机具就位→钻孔→下入喷射管→喷射浆液及提升→冲洗管路→孔口回灌等。

2.2.1 钻孔

液压旋挖钻头，应采用孔径为110～150 mm的合金钻头钻孔。当钻机定位后，将钻杆对准计划孔位，用水平标尺校正机体水平，垫好机座与机架，开孔时，计划孔位误差宜限制在50 mm之内，同时为确保钻机的偏移值不大于百分之一，规定单条钻管的有效直径为20 m，并需要按照钻机的工作状态，通过kxp-1测斜仪检查钻机的偏移，在此过程中必须随时钻孔，并及时校正偏移。如果在钻取过程中，出现落钻、堵钻等异常现象，应及时采取相应措施并进行检查记录，同时计划钻进深度为每个钻机的正常施工参考值，可知最终钻孔深度钻入相对于不透水层以下2.0 m的黏土层。钻孔完成后，应检测井眼倾角，并向井壁注入泥浆，防止因井眼塌陷而使喷射混凝土管落入井眼，还要纠正不合格的井斜，直至合格，在合格之后还要邀请相关工程监督人员和工程质量检测人员进行全面的检测检查，等到工程建设质量完全合格之后才能进行下一步的验收。图1为灌浆钻孔施工原理图示。

图1 灌浆钻孔施工原理图（单位：mm）

2.2.2 喷射灌浆

喷射装置应根据施工人员设定的旋转装置方式和设定的施工参数输出高压水流、压缩空气断路器和水泥浆。当泵压、气压和水压均超过规定的设计值时，首先从孔底就地以高压旋喷1～3 min，当浆液回孔内且重力超过13 kN/m3以上时，为提高喷头速度设计上升速率喷射时，喷嘴必须向前旋转并不断喷水，同时当旋转的喷淋支管体超过设定高度后，须在原地喷涂1～2 min，并随即停止供水、供气和供泥浆，同时必须把混凝土的喷出软管从混凝土灌注孔中拔出。在喷出砼过程中，喷水管的设计上升速率要持续而平稳，喷射混凝土要均匀，计量要准确，水泥搅拌量不能少于计划掺量，必须编制喷射混凝土的施工记录。同时，为保证壁体质量，对高压喷射铸造过程中的特殊和异常情况应作如下处理。首先，应经常测试灌浆入口和出口重量。当与规定值的误差超过0.1时，必须立即停止注入，重新调整浆料的水灰比，直至符合规定。其次，无论如何在进行上一步骤之后要中断注射（包括拆除喷嘴）。高压注水恢复时，如中断时间短，搭接长度不应小于0.5 m；如果中断时间较长（大于30 mm），则腹下长度不应小于1.0 m。高喷灌浆原理如图2所示。

图2 高喷灌浆原理

3 防渗墙质量检测

3.1 钻孔取芯深度检测

高压喷射铸造检查孔的水压试验须于该位置铸造完成后28 d完成。高压喷射铸造的检测钻孔设在地层较复杂及可能出现质量问题的区域，其中高压喷射铸造的检测钻孔总量不应大于铸造钻孔总量的10%，并且每个工作单位最少应当设有一个检测钻孔及建议检测钻孔的适当位置，然后根据喷灌施工记录，0+160与0+245桩之间的平均混凝土用量变化较大。而其他浇注段的平均混凝土用量变化大约为210 kg/m，并经与设计、监理共同分析研究，本项目规划6个检查孔，分别在0+120、0+121、0+160、0+170、0+240和0+260处。从6个孔钻深度来看，达到墙体设计深度要求。

3.2 探地雷达墙体连续性检测

探地雷达（Ground Penetrating Rada GPR）测试持续进行，如果检测线设置在墙顶部位置，则需要根据探地雷达的有效检测距离与施工经验，对检测区域0+050～0+130区域进行二次往返，之后可以通过所获得的图像判断，探地雷达探测区域的墙体并无异常，这时如果根据对局部墙体的GPR测试结果判断，墙体在雷达探测区域内存在着良好的稳定性，并没有明显的不连续性，也就不会存在着明显的空洞现象或是其他情况。

3.3 墙体抗压强度检测

在从墙体不同高度钻取的芯样中，选择了满足测试规格条件的芯样进行抗压性能测试，并根据每5 m取样3个的原理，共取芯样12组36个。养护工艺的室内测量结果为：所取得完整芯样的无侧限抗压强度值约为3.7～5.1 MPa。

3.4 注水试验检测

注水实验中，微透水实验共15组，测得的渗透系数范围值为（1.22～5.12）×10-6cm/s，约占实验组总数的26.7%;极微渗漏水测试39组，测得的渗透系数范围值大概范围为（5.05～9.75）×10-7cm/s，约占全部测试组总数的85.7%。防渗墙的渗透系数远低于工程设计要求限值。

4 帷幕灌浆技术

帷幕灌浆法是一项实用的渗漏处理技术，已应用在水电站堤坝加固领域。除高喷注浆成型技术外，帷幕灌浆技术对于加固水库坝基具有重要意义。下文则主要探讨帷幕灌浆在水库坝基防渗加固中的应用。

4.1 水库大坝基础防渗加固帷幕灌浆的机理及主要施工工艺

通过钻取和水压测量所获得的砂砾土层透水性，并加入了适当的水灰比，在合适的混凝土浇筑与水压控制下，浆液在一定区域内迅速弥散，并逐渐在砂砾表层凝固生成不透水体，同时利用孔段的加深与孔序的致密化，在大坝渗漏区和岩基之间建立了屋顶渗水帷幕。

坝基堵塞的目的是把渗漏量限制在规定范围内，避免损伤坝基，确保水电站长期安全运转。由于中国大部分建筑都是三级以下的低坝，所以，防渗工程标准一般都可设定为最大渗漏水量的q≤0.01～0.03 m3/min。图3是用帷幕注浆成型技术进行工程施工的原理图。

图3 帷幕灌浆原理图示

水库大坝基础防渗加固帷幕灌浆的主要施工参数如下。

（1）孔深限制及段长。第一段进入的砂卵石层1～2 m深，下一段段长控制在2～3 m。从坝基岩性接触段进入坝基岩性的一段长为0.5 m，最高不得超过2 m，并依据这个区段所包含的砂岩卵石层的厚度确定。坝基岩性段灌浆按SL62-94的有关坝基岩体灌浆规定进行。

（2）排序和孔序。搭设帷幕前先施工下游侧排，后再施工上游侧排；为防止在灌浆过程相邻的钻孔中出现窜浆现象，每列注浆成型后分为Ⅲ序次钻灌，即先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，再施工Ⅲ序孔，若前序未完成，不施工后序。

（3）控制压力。对土坝坝基，Ⅰ、Ⅱ序孔灌浆最大全压力为P=H×γ，H为孔底水深，m；γ为土体容重，按经验值看，为19 N/m3。因心墙底部地质条件不良，所接触部位主要有心墙泥土、砂卵石2种介质，故灌浆时应严格控制好水压，以免产生心墙土石坝劈裂现象，故需依据先导孔测试结果选择合理灌浆水压，一般为1.02 P。同时为了进行Ⅰ、Ⅱ序钻孔的施工，Ⅲ序钻孔的灌浆水压也可相应地增加一点，每段的灌浆水压在Ⅰ、Ⅱ序钻孔灌浆时最大全压的正常水平上提高0.02～0.05 MPa，促进泥浆更有效扩散，以保证灌浆质量。

4.2 灌浆效果分析

以大坝基础屋顶渗水施工为例，通过分析上述施工方法的浇筑效果，其中水库总库容为1 483万m3，主坝为黏土心砂墙坝，坝高14.6 m，坝顶长280 m，黏土心由沉盒回填，以进行大坝的防渗工程加固。因为工程地面上存在着一层渗漏率高的砂砾石，浇注时大量水从沉井基坑内流出，从而导致了工程地面塌孔，同时由于沉井水不能流入工程岩体中，与岩体基础之间构成不透水的闭合环境，所以通过帷幕施工，可以控制沉井井底与砂砾石层在上表面的水平间距约为0.5～0.8 m，从而避免了沉井井下水与砂砾石层的渗漏，同时在合流段（桩0+190—0+252），大坝其他段（桩0+029—0+255）和河两岸山体有2排帷幕灌浆，单帘浇注和双帘浇注的上游排位于上游管轴的轴线上。

检查孔成果分析：该工程共布设了12个高压水实验检查孔，砂卵石层共实验21段，其中，堵口段双排孔的实验检验孔布设于搭设之上。最大实验水压为P=1.56 H，H为孔底水深，同时确定为0.68 MPa，实验采取单点法完成，据压水实验结果分析，砂砾石地层的最大渗漏水比为4.65～9.86之间，均符合设计条件（小于10 Lu）。

5 灌浆时应注意的问题

首先，必须在旱季组织防渗加固及浇注施工同时完成。在砼施工过程中，尤其是在序孔浇注过程中，应该尽可能保证水库水位较低，以缩小与下游企业水位差距，并减少线性渗流层的流速。坝基和减少注浆成型流动对施工效率的直接影响。其次，钻井段长度调节要依据钻井状况及时适当调节。左钻井中循环水大量渗漏、井围内沉降量过大、成孔困难或钻井的取进量很大时，则可停止重钻混凝土浇注段，如只有很小的渗漏，可相应地延长混凝土浇注段的长度，当整个钻井表面都是比较平滑的并且基本无渗漏后，就可以再将整个钻井段重新沉入一次，从而可以把大部分注意力和时间都集中到寻找严重渗漏的地方上。再次，为有利于泥浆的扩散和加快凝结，一般泥浆需要采用质量优于42.5的混凝土，在必要时也可采用地勘水泥、超细混凝土和水玻璃，在同一幕帘内，针对透水性能的不同，也可以选择地质勘探砂浆、普通硅酸盐水泥、超细混凝土及各种水泥混凝土进行浇注，但是必须注意的是，在浇注时，必须要在施工上对所有水泥及其他浇注材料进行测试，以保证固井时间的正确，同时工程质量也必须合格，以避免与混凝土分离而产生渗漏。最后，水泥在浇注于砂砾层中时不能使用过高压，否则无法控制砂浆流失，达不到预想效果，同时气压也不能过低，不然在砂砾层的部分缝隙中无法渗透泥浆，造成散射1.5 mm的直径过小，达不到理想的效果。所以在浇注完草帘之后，砂砾层中仍然有许多气洞而无法浇注，留有更多的通透气孔。所以，建筑防水渗漏规范应当依据建筑的安全运行状况而合理制定。

6 结束语

在灌浆技术施工过程中，水管口应当用风水、加压水等方式加以冲洗，并在灌浆过程缓慢排水时，应适当增加灌浆入口水压，以确保灌浆过程顺利排水。由于灌浆技术是坝库施工中一种十分关键的技术手段，理应引起广大相关工作者的重视与运用。同时其施工技术水平的优劣直接影响水库大坝的建筑品质与运用效益，所以要严格管理水库大坝灌浆工程建设，保证建筑品质与正常运转。