水库土石坝帷幕灌浆施工处理策略

李美珍

（建水县水电勘测设计队，云南 建水 654399）

0 引言

水库工程的建筑因为常年受外部环境腐蚀和水体侵蚀，对结构会造成相当严重的破坏，使得水库工程易产生漏水现象，渗漏情况的出现对工程的总体性能和安全将造成很大危害。所以在水库堤坝施工中，防渗措施是工程关键组成部分，通过提高施工技艺的水准，就可以提高工程基础防漏水水平。而帷幕灌浆施工技术则是使用较广泛的防渗工艺技术，利用钻机完成钻井，并且在孔隙中加入用水浆液固结的水泥体，可形成致密度很高的防水工程帷幕，从而提高基础地层和大坝坝体防水渗漏水平。

1 帷幕灌浆施工技术基本概述

当前国内使用的帷幕灌浆成型技术大多是使用孔口封闭器卡塞的循环灌浆法，重点是对岩层洞穴、裂缝、裂隙等加以合理填补。在岩层中实行分期钻进，分期卡塞。使用多缸柱塞泵、口径较小的钢丝橡胶注浆成形管路，把各种泥浆灌注在裂隙和洞穴中。在帷幕灌浆成形工程施工建设中，有关人员要对工程建设地区的周围环境加以全面探查。在实际情况基础上提出可行性较大的施工方法，在工程建设上要在最佳地点钻探帷幕洞。在施工上，要对注浆气压加以适当调节。在一般情况下，灌浆压力具有很明确的变化区域，在各种地质环境中，灌浆压力选择程序具有很大区别。帷幕灌浆施工技术稳定性较高，在工程建设中要对各种技术参数实施严格监控，能提高水工项目建设的安全性。而帷幕灌浆的施工作业便捷程度也较高，在工程建设中根据建筑方案规定，在规定坝基岩性上实施钻孔，所灌注的泥浆在凝结后，可形成稳定性较强的支护结构，进而构成帷幕防渗体系，实际使用很广泛。

2 水库大坝防渗帷幕灌浆的施工流程

先对工程实行检查、放线和钻孔。钻孔冲洗结束后，进水口经过水压测试，混合浆液，完成注浆成形工艺，然后闭孔。在进行生产孔帷幕灌浆施工前需进行现场灌浆试验。帷幕灌浆结束后14d 还需进行检查孔压水试验。

2.1 钻孔

①在帷幕灌浆施工前，应配备孔位测量和钻孔机。为提高测试的精确度，布线和指导，辅助装置如全站仪测量必须在正确使用过程中孔位测量。当测试结束，电钻也应校正完毕，且钻孔部位用油漆标明。建造之前对钻井平台的确认工作不容忽视。具体地说，钻机应该采用同一个水平进行校准，以确保它满足施工要求。固定完成后，要进行全面检查，不但包括钻头的可靠性和水平性，而且包括轴承、钻头与起重机能否处于同一水平面内。②为钻孔和钻机之间安装混凝土保护层。通常，由于灌浆廊道的混凝土强度不同，而整层的厚度差很大。所以，埋地管道深度宜限制在1～2m。孔中管铺设之前，先要把钢筋扎进洞中，再加入相应数量的混凝土，然后进入孔内管，并改变其高度，使其浇筑期限大于3d[1]。

2.2 裂隙冲洗和水压试验

灌浆前应对灌浆孔周围的裂缝进行清理和吹扫，通常采用脉动水压的形式，并用高压水对裂缝进行吹扫。根据回水的清洁度判断是否停止冲洗。冲洗压力应小于灌浆压力，冲洗时间应控制在15～20d。冲洗后，应进行简单的水压试验。水压试验过程中，每5～6d 监测一次水压和流量，确保水压试验符合相关技术文件的要求。

2.3 控制泥浆水灰比

注浆成型水灰比对帷幕灌浆的施工效率起重要作用。虽然水灰比浓度主要与灌浆压力、灌注速度有关。但如果水泥灌注量大于300L 或填充时间大于30min，则灌浆压力和效率并不会明显改变。在这一点上，水灰比的浓度也可相应提高，但通常应采用低一级水灰比。当灌注速度大于30L/min 时，也可依据注浆完成的实际情况调整等级。在灌浆工艺中，不时发生注浆成型的中断情况，应查明原因，采取有针对性的措施，灌浆作业应在短时间内恢复正常，否则应在灌浆施工前清理钻孔。

2.4 制浆

制浆是帷幕砂浆浇筑的基础，要求严格控制砂浆量。一般硅酸盐材料主要用于灌浆材料。水泥材料必须按照设计文件进行实验，并要求参加实验设计的样品必须符合有关规定的条件。浆液混匀要进行半分钟以上，直到混合均匀，然后检查浆液密度。混合好的浆液要贮存于5～40℃的环境中，灌浆施工应在4h 内完成[2]。

2.5 高压喷射灌浆

灌浆过程中，主要调节灌浆速度和灌浆水量。通常情况下，砂浆注入速度在1L/h 之内，停留时间控制在0.5h 之内。灌浆后，应封堵孔洞。最常见的方式为置换和加压灌浆。灌浆孔的最大灌浆压力与密封有关。封缝完毕后，待水泥凝结时，除去表层灰尘。灌浆洞的非灌浆部分的长度超过3m 时，有必要考虑机械注浆封孔方法来进行封孔施工。注浆成型孔的未灌浆部分高度不足3m 时，可直接灌入用水泥砂进行封孔处理。特殊情形下，若封孔处理涉及岩石段，可直接采用混凝土。至于坝段，则采用黏土进行封孔处理。

3 土石坝帷幕灌浆施工处理技术

3.1 劈裂灌浆防渗技术

这种工艺是中国目前使用得比较普遍、防渗效果也比较好的一项工艺，其主要工艺原理是在土堤上进行劈裂并注浆成型，再通过相应的荷载，将坝体沿大坝轴线向小主力面劈开，倾注浆液，并与浆坝互压，最终产生10～50cm 厚的连续泥墙，同时浆液与坝渗漏间断湿化，产生沉陷收缩，从而提高坝渗的密实程度，因此这种工艺具有防渗效果。由于这种坝体应力可就地取材，施工简单，投入较省、工效快。在引进的初期，主要技术要求是坝高在50m 以内的均质坝和宽心墙坝，并规定在最低水位进行。但近年来，已逐步推广到坝高50m 以上的土石坝。不但在最低水位可以进行，在最高水位也可以进行；不但能劈裂坝渗漏，还能劈裂大坝基础；不仅用于在宽心墙坝进行劈裂注浆成形，还可以在其他中心墙坝实施。另外，还可以逐步运用于湿陷的黄土宽顶坝、沙坝上。大量的实验结果都表明，在大坝地基的应力场控制区域内，在大坝心轴上也存在着一些铅直的较小主应力面，因此如果在大坝轴线布孔，并实施高压注浆成形，就能够达到定向劈裂，而且对建筑的漏水效应也较好[3]。

3.2 高压定向喷射灌浆防渗技术

该方法是在过去引进日本高压旋喷注浆成型法的技术基础上改良而成，主要用于除险库大坝地基屋顶漏水，并达到较好的效果。近年来在现有成功经验的技术基础上，又改进材料、设备、喷射型式，以及进行方法和有关的工艺方法。以前只进行黏土、砂、细粒砂砾石层，但现在又有较新的发展，并逐步扩展到强渗漏水的细砂卵石、沙卵漂石和堆石碴层中。但在这样的土质岩层范围内，使用螺旋钻钻孔进尺较慢，而且过多地采用固壁浆液填充土质岩层，加大浇注时能量的损耗，从而影响板壁的有效直径和厚度[4]。目前比较先进的方法是“冲击带管钻孔，泥浆固壁提管”的造洞新方法，其主要好处是：①在土中成洞质量保障高，孔斜率也易于控制；②固壁浆液不会盲目扩散，因此降低高压喷射的能量消耗，也增加浆液的穿透能力，从而增加成墙效果；③施工速度快；第四，设备损坏较小，钻具损耗少。

3.3 坝工用土工合成材料技术

建筑工程施工的薄膜根据水力功能，可分成不渗漏的土工膜或土工复合膜，前者可作为建筑漏水载体，起截渗隔水功能；后者则可作为反滤料，起防渗排水逆滤功能。其质量轻，运输量小，施工简单，比传统黏土建筑的渗漏与砂粒石料排渗节约费用，减少时间，更容易提高施工效果[5]。该项工艺使用的典型例子，是设在福清县的犁壁桥水电站，坝深38.3m，背水面边坡长期出现大面积湿润情况。后选用复合土工膜在土坝的迎水面边坡做防渗层，总敷设规模为1845m2，周期30d，单位费用为16 万元/m2左右，相当于采用黏土斜墙工程投入的1/3。其措施简单，设备较少，普通民工就可以掌握，同时该防渗方案的材料柔韧性较强，既可满足大坝变形，耐腐蚀，又有不怕老鼠、獾、白蚁等侵害的特性，处理后的蓄水工程经过3 年汛期达到正常安全水平，又不存在湿润情况，防渗成效显著，实现预定目的。

3.4 振冲加固技术

由于中心墙的沙壳坝较多，在开挖时，对沙壳多不碾压或碾压得不密实，有的坝基上也存在大量细砂层，若未经回填，或受外部的震动冲击，极易塌方。据不完全统计，水坝损伤最剧烈的几乎全是由地震所引起的。所以，防止土石坝的不完全液化已成为地震频繁地区保证水坝稳定的最关键一点。近年来，除以上坝脚抛石盖重和上下游坝脚加固排水盖重外，主要采取振冲法加固，一般水深高达15～30m，效益很高。内蒙古红山水库土堤总高31m，坐落在水深40～60m 的覆盖层上。堤体质较好，覆盖层上部24m 位置为极过筛细黏土或中砂黏土，相对密度为0.5～0.65[6]。近年来，对该大坝在Ⅶ级设防地震烈度作用下的稳定性进行评估，发现在下游坝脚处坝基的液化现象，深度达到17m。通过对大坝基础耐震性加强，保护原有的排水缓解压井结构，在其上用8m 高的堆石盖重防止坝基液化现象。在上下游坝基土体中建立长20m、深10m 的振冲法加密带以保证土堤及上下游边坡的稳定性，有利于提高振冲法加密区的稳定性，需要在堆石盖重区下部敷设抗滤层，并需要平整上下游滩地，以提高排涝能力。

3.5 坝基岩溶防渗技术

由于中国岩溶区域分布广泛，所以坝区漏水问题严重，甚至无法蓄水。由于岩溶景观的渗流量幅度很大，按一般混凝土灌浆已无法奏效。山东岸堤水电站，由于大坝基岩溶发育，坝基渗流率最大为0.167m/s，估算流量已超过10000m/d，已大大超出混凝土灌浆一般可容许的流量。通过反复实践与探索，均获得可喜的收获，主要操作方法是：先向钻孔内抛填一级配料，并封闭渗漏管道，以降低渗漏流量，并形成反滤条件，级配料一般要按四级配置，即2～5mm、5～10mm、10～20mm、20～40mm，抛投后，前细后粗，徐徐投放，但不要车速太快，以防阻塞钻孔，当第一级配料总量达到1～2m3，钻孔内水位不上涨，孔底不淤同，即投放第二层级配料，当抛填总量达到2～4m3时，因钻孔内水位和孔底淤泥而悬停，改抛第三层级配料，并一直抛到第四次级，若仍无法发挥封堵效果时，就应扩大钻孔，并改为再抛更粗颗粒的40～80mm。当粗级配料抛不进去后，就应由粗变尖反向抛填，一直抛到钻孔量下降到200L/min，此时，就可进行混凝土砂浆浇注，将混凝土砂浆按比例分成4等，大小依次是1:1、1:2、1:3、1:4，并按照常规要求进行注浆成型，达到形成帷幕的目的，达到很好效果。

3.6 倒挂井防渗墙加固技术

采取单井施工方式，先挖主井，后挖副井，相互配合，可构成整个混凝土防水渗漏墙结构。它的好处是单井建设、土拱作用强、土压小、施工安全度较高，而且由于单井工作量较小，相关设施也容易处理。但不足之处则是由于防渗墙焊缝较多，在副井建设时需要挖除与主井联系部分水泥，施工比较麻烦，限制速度，而且也无法确保工程质量。当前，已在原有倒挂着单井防渗墙补强方法的基石上加以改进与技术创新，实行组井建设，分序建设，相当于冲击钻沟孔式建设方法，先挖掘单号井组，后再挖掘双号井组，构成完整的混凝土结构防渗墙。这个方式比单井施工浇筑方式减少焊缝，大大提高建筑施工速度。而且，还利用土拱的作用，施工安全，工程质量更有保障[7]。

4 结语

综上所述，在工程防渗帷幕灌浆实施过程中，不但包含许多环节，且由于施工工艺的烦琐，结果实施品质无法保障，严重影响工程的功能利用。所以，为提高帷幕灌浆的建筑施工质量，应确定建筑施工技术要领，严密监控建筑施工的活动，以达到施工作业的规范化，从而提高施工效益和产品质量。确保整个大坝在施工过程中能顺利完成，最终保证大坝的质量安全。