云南玉溪某水库坝体防渗帷幕施工技术

2023-02-21李昱，林华

东北水利水电 2023年2期

李昱，林华

（云南省滇中引水工程建设管理局，云南昆明 650224）

0 引言

我国是世界上水库大坝最多的国家，现有9.8万座水库，小型水库约占95%。其中以土石坝、老危旧坝居多，约92%的水库大坝是土石坝，约80%的水库建于20 世纪50 年代至60 年代末，建设标准低，运行时间长[1]。因此，当前病险水库多。虽然已针对这类水库开展过几轮除险加固工作，但目前仍存在大量病险水库[2]。水库施工的质量差及坝基岩体破碎，是导致水库大坝的坝体、接触带与坝基渗漏的重要原因[3]，水库渗漏对大坝的结构安全构成威胁。近年来，受连续强降雨等极端天气的影响，水库安全面临严峻的风险与挑战[4]。在内因（水库年久失修）与外因（不利天气）的叠加影响下，水库安全度汛面临考验。据有关文献记载，水库大坝漏水问题采取强灌浆处理后，局部漏水现象仍存在，灌浆效果不尽如人意[5，6]。针对此情况，下文对云南玉溪某小型水库除险加固工程中的防渗技术进行探究。

1 工程概况

1.1 水库现状

水库位于玉溪市红塔区西南部高仓镇排山营村，距红塔区城区约12.0 km，直线距离7.0 km。水库建于玉溪州大河的支流密罗河上游，径流面积34.7 km2，水库工程规模为小（1）型，工程等级为Ⅳ等，以灌溉、防洪为主兼顾下游城镇供水。该水库于1954 年开工，1959 年建成，设计灌溉面积 250 hm2。枢纽建筑物主要包括主坝、副坝、输水低涵、输水高涵、溢洪道等。其中，主坝坝高34.6 m，坝长234.0 m；副坝位于主坝右端，高34.6 m，长63.0 m。建筑物抗震设计按8度设计。由于水库建设年代早，长期运行导致渗漏问题严重，已不能满足现状需求。水库除险加固后总库容为435.0万m3，正常蓄水位28.0 m，相应库容354.0万m3，死库容40.2万m3。

1.2 地质条件

主坝建于枢纽区北部向斜褶皱轴线及其两翼，主坝地层结构从上至下为：①河床部位基础表层覆盖第四系冲、洪积含砾砂土、含砾粉质粘土层，结构松散～中密状，透水性强。②中元古界昆阳群黑头山组灰黄、暗红色粉砂质板岩、泥质板岩。坝基基岩为薄层状产出，倾向283°～331°，倾角31°～69°，两岸岩层厚10.0～25.0 m，往河床逐渐减薄，河床厚3.0～4.0 m，具轻微变质现状，透水率10～100 Lu，为强透水层，此层为软弱层，灌浆时易遭受劈裂，造成大耗浆。③灰黑色板岩破碎带。此层两岸较薄，为3.0～5.0 m，往河床逐渐增厚，河床部位8.0～15.0 m，钻进孔壁坍塌现象严重，钻孔取芯呈散沙状，灌段多成大空腔，透水率10～50 Lu，属较强透水层。④灰黑色板岩层。岩层较为完整，性硬，透水率较小。②、③层接触带钻进时不返水，存在集中渗漏通道，③层存在大透水率和岩体破碎、软弱，灌浆时吃浆量显著增大，须进行系统的防渗帷幕灌浆施工。

2 施工技术

2.1 钻孔孔位确定

依据设计的相应起灌高程与灌段深度计算实际钻孔深度，孔位偏差不超过10 cm，经建设方、监理及设计方核定后，采用XU-300 和XY-2PC 型钻机硬质合金或钢粒回转钻进，破碎带严格控制送水量，避免孔壁坍塌填埋灌段。非灌段钻进结束后，及时下入护壁套管并用纯水泥浆封堵管脚，终孔后，护壁套管采用打倒锤的方法全部拔出。钻孔为铅直孔，一般以108 mm 孔径开孔，以91 mm 或75 mm 孔径结束，终孔直径不小于75 mm。钻进过程中及时填写钻孔班报表，对孔内岩层、岩性及孔内情况进行详细记录，记录格式需规范，记录数据务必准确、可靠。

2.2 灌浆

灌浆采用“自上而下、分段造孔、分段灌浆”法纯压式灌浆。各排孔按照“先Ⅰ序、后Ⅱ序、再Ⅲ序”的原则，逐序加密施工。坝土劈裂灌浆采用“全孔一次劈裂灌浆”法施工。灌浆段长度确定原则：主、副坝河床段冲洪积层单独作为一段灌注，其余各段段长一般为5.0～6.0 m，当透水率小时，段长可适当延长，但最长不超过8.0 m。坝土劈裂灌浆段长度为坝土深度。灌浆材料：水泥采用32.5 强度等级普通硅酸盐水泥。水采用水泵抽取库水供给。灌浆用粘土采用主坝下游排山营村粘土，土质送检符合要求。

2.3 灌浆压力确定

合理的灌浆压力既能避免岩石抬动或变形致使原有岩石裂缝扩宽甚至产生新的裂缝，又能使浆液能更好地压入岩层中的细小裂隙，获得较大的浆液扩散范围，同时加快浆液中水份的析出，利于浆液凝结密实提高结石强度[7]。施工过程中，根据以下原则控制灌浆压力值：1）吃浆量大时，灌浆采用自然升压法，吸浆率变小后，再逐渐缓慢调高灌浆压力；吃浆量小时，采用一次升压法，尽快达到灌浆压力。设置专人观察压力表，准确记录灌浆压力的变化情况，如是否出现峰值及峰值出现的次数等。2）灌注过程中，密切观测周围地表，发生地表冒浆或拉裂等特殊情况时，准确记录相应的灌浆压力并采取措施进行处理[8]。

灌浆压力相关数据根据灌浆试验结果得出，灌浆压力分有坝土段和无坝土段两种情况进行计算：

式中：PL，P——有坝土段、无坝土段允许灌浆全压力值，MPa；K——系数，取1；γ——坝土容重，取1.6 t/m3；h——坝土厚度，m；Po——表面地段允许压力，取0.100～0.200 MPa；m——灌浆顶板在岩石中每加深1 m 所允许增加的压力值，取0.025～0.030 MPa/m，岩层完整取大值；D——灌浆段顶在岩石中的深度，m。

2.4 灌浆结束

坝体劈裂灌浆每次间隔3～5 d。待凝时间根据水泥检验报告结合灌浆情况确定，坝体与基岩接触段一般待凝8～12 h，其余各段根据灌浆情况确定，一般待凝6～8 h。

灌浆结束标准：当浆液升至孔口，连续2～3 次不再吃浆时，即可终止灌浆；在规定的灌浆压力下，当注入率不大于1.00 L/min，继续灌注60 min，或不大于0.41 L/min，继续灌注30 min，灌浆即可结束。

灌浆孔结束后，应及时进行封孔，每孔限3 d内封好，并做好孔口标记。坝土段采用自流式封孔，即基岩段封孔结束后，把钻杆下至接触带附近，泵入水泥∶粘土=1∶3，采用比重大于1.5 的水泥粘土混合浆，在排除孔内污水的同时进行钻孔充填。对于不大于3 m 的封孔余深，采用塑性粘土泥球捣实充填。基岩段封孔采用“分段压力灌浆封孔法”进行封孔，即终孔灌浆结束后，分段进行压力封孔，段长一般为20.0～30.0 m，采用最浓比级浆液（一般为0.6∶1 或0.5∶1）按同高程灌浆压力进行灌浆封孔。

3 特殊情况处理

3.1 地面冒浆

当出现冒浆时，根据实际情况，采用表面封堵或低压、稠浆缓慢灌注，“停停灌灌”，如仍无效，待凝12～24 h 后，间歇灌注，多次复灌，直至冒浆停止，正常结束灌浆。

3.2 串浆处理

灌浆过程中，出现邻孔串浆时，如灌浆孔系正钻进孔时，停止钻进，在串浆点位置以上进行止塞，待灌浆孔正常结束灌浆后，再进行扫孔冲洗或继续钻完灌浆段进行灌浆工作，如串浆孔具备灌浆条件，则同时两孔进行灌注，一泵灌注一孔。如是已完孔，则用木塞封堵，正常灌注。

3.3 绕塞返浆处理

孔壁粗糙、不完整、止水点存在裂缝或裂缝内浆液结石强度不够被冲开、过大的灌浆压力是绕塞返浆的主要原因，施工中采取措施：适度控制水量和转速，力求孔壁光滑完整，给止水创造有利条件；适量往上提动栓塞，重新止水；适当增加橡胶球个数，增加止水面积；适当延长已灌段待凝时间，再钻灌以下灌段。

3.4 灌浆中断

除因冒浆、串浆、大量耗浆等及其它情况下的间歇灌浆外，正常情况下灌浆进程不允许中断，灌浆工作须连续完成。若因机械故障、停电、待料、孔内返浆等原因造成灌浆过程中断，则应采取措施：尽可能及早地恢复灌浆工作；若中断时间超过30 min，则应立即冲洗钻孔，若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，而后恢复灌浆；恢复灌浆后，若注入率与中断前相近，则可改用中断前的比级进行灌注，直到正常灌浆结束。