浅谈承压水区灌浆试验

摘要：根据坝基承压水的分布特征、性质以及承压水对坝基顶托的影响，对承压水区坝基基础处理进行试验，寻找出一种合适的施工方法。

关键字：承压水；帷幕灌浆试验；施工方法

中图分类号：TV543 文献标识码：A

1背景

1．1试验目的

清林径引水调蓄工程新建大坝2#坝设计为厚心墙坝，防渗采用位于新坝轴线上游2.5米的坝基砼防渗墙与砼防渗墙下帷幕灌浆相结合的办法。

根据地勘资料显示2#坝基存在地下承压水，走向与坝轴线相交，承压水宽度约为90m，承压水顶板厚度最薄处仅8m，底板不详，承压水段所有钻孔取芯率大约平均为12%，承压区岩石非常破碎。

2#坝防渗墙施工需打穿承压水顶板，所以在本程砼防渗墙施工前需在承压水上游截断承压水，才能进行清表、填坝等后续工作。

1.2试验孔的选择

本次试验选取1组2个孔为27号和28号孔，孔距2m，孔口高程56.0m。

1.3试验设备及灌浆材料

1.3.1试验设备

（1）本工程的帷幕灌浆主要是针对岩石裂隙的防渗，因此要求钻孔的设备由足够的动力和刚度。另外考虑到施工环境、岩石性质、钻孔深度、钻孔方向、钻孔直径等因素，决定选用XY-1回转型钻机。

（2）灌浆泵的选择，灌浆泵是水泥灌浆施工中的主要设备，要求灌浆泵有较大的工作压力和排浆量，能方便地调节泵的排量，易损配件有较高的耐磨性和耐蚀性，决定选用BW-200灌浆泵。

（3）本次试验将尝试采用稳定浆液，因此必须配备一台高速搅拌机。

表1主要施工设备表

1.3.2灌浆材料

本次试验的灌浆材料分为两种：

（1）坝填土区及强风化带灌浆采用0.5:1的水泥浆液中添加5%的水玻璃。

（2）基岩段的帷幕灌浆，采用0.75:1的稳定浆液，稳定浆液材料主要为普通硅酸盐42.5水泥、膨润土以及减水剂。

表2稳定浆液配比及性能表

2试验简介

2.1灌浆试验方法

2.1.1坝填土及强风化带灌浆方法

试验采用套管孔口栓塞法和低压充填渗灌法工艺。

（1）套管孔口栓塞法

施工范围包括坝填土、残坡积土、全风化砂岩以及强风化砂岩。施工前将Φ146mm钢制套管打入坝填土3m深，即帷幕灌浆顶53.0m高程处，然后将栓塞卡在孔口位置，对该区进行充填灌浆。

（2）低压充填渗灌法

坝填土及强风化带的土质相当松散，在灌浆施工中经常发生冒浆以及灌浆压力上不去等情况，对工程的工期以及材料都造成极大的浪费，为了能主动、有序地控制冒浆，决定采用低压充填渗灌法结合间歇、限量、复灌以及添加速凝剂等工艺来主动规避此类风险。

2.1.2基岩地层灌浆方法

基岩地层灌浆采用双套管法，即在坝填土区及强风化带灌浆完成后拔出原套管，用Φ146mm钻头钻进，钻至坝填土区及强风化带的底部，放入Φ146mm的钢制套管，再用Φ127mm钻头在套管底部往下钻进150cm，然后在套管内回填0.5:1:0.3的水泥砂浆（砂浆用砂为特细砂），利用地质钻机吊锤，将底部有封堵的Φ127mm套管打至与Φ146mm套管管口齐平，挤压孔内砂浆，使砂浆将套管周围的孔隙充填密实，待砂浆初凝后，用钻头扫通砂浆层，并钻出下一灌段，将灌浆栓塞卡在内套管底部。

使用双套管法的主要目的是因为坝基岩层破碎严重，使用常规的灌浆栓塞无法止水，而且灌浆压力低，只有0.5MPa左右。因此借用双套管下设至弱风化岩层的顶面，然后将栓塞卡在套管底部进行帷幕灌浆，可以防止栓塞漏水，并且能加大灌浆压力，灌浆最后两段可以加大到2.0MPa。

2.2灌浆段的划分

坝填土及强风化带帷幕灌浆段自上而下第1段段长2m，第2段及以下各段段长3m。基岩地层第1段段长3m，第2段以下各段段长划分为8m。

2.3灌浆压力的确定

（1）在坝填土区及强风化带，采用低压渗灌，灌浆压力基本为浆液流动的自重压力，灌浆泵与注浆孔的高差有8m左右，因此低压充填的灌浆压力基本在0.08MPa左右。

（2）在基岩区试验时，第一段灌浆压力为0.5MPa，第二段为0.8MPa，第三、四段为1.0MPa，第五段为1.3MPa，第六段为1.6MPa，第七段为2.0MPa。

建议正式灌浆施工时，第一段灌浆压力为0.5MPa，以下各段每段增加0.3MPa，最大压力不超过2MPa。

3试验成果分析和评述

3.1坝填土区及强风化带帷幕灌浆的成果分析

2承2A27号孔在坝填土区及强风化带厚20m，灌浆段长17m，分为5个灌段，灌浆12次，复灌7次，共用水泥14.75吨，使用水玻璃737.5kg，单位长度的水泥用量为867.5kg/m。

2承3A28号在坝填土区及强风化带厚17m，灌浆段长14m，分为4个灌段，灌浆6次，复灌2次，共用水泥8.12吨，使用水玻璃406kg，单位长度的水泥用量为580kg/m。

两个孔灌浆段长31m，共用水泥22.87吨，使用水玻璃1143.5kg，单位长度的水泥用量为738kg/m。

在坝填土区及强风化带进行帷幕灌浆可以有效堵塞透水通道；同时加固了老坝体，在基岩面上面形成了盖板，能有效防止冒浆事件的发生。

3.2基岩部分灌浆成果分析

2承2A27号孔在基岩部分总灌浆段长63m，分为9个灌浆段，共灌浆9次，未发生复灌现象，共用水泥19.85吨，单位长度水泥用量为315kg/m，使用膨润土158.8kg，使用减水剂99.25kg。

2承3A28号孔在基岩部分总灌浆段长66m，分为9个灌浆段，共灌浆10次，仅复灌1次，共用水泥23.17吨，单位长度水泥用量为351kg/m，使用膨润土185.4kg，使用减水剂115.9kg。

两个孔灌浆段长129m，共用水泥44.63吨（含1.61吨封孔水泥），使用水玻璃1143.5kg，单位长度的水泥用量为346kg/m。

3.3本阶段的试验成果与第一阶段的试验成果对比

表3试验成果对比表

项目名称 最大灌浆压力(MPa) 平均每米水泥用量（kg） 冒浆（压力突然减小）次数 复灌次数 检查孔

吕荣值（Lu）

第一阶段 0.63 444.19 17 18 12.6～18.4

第二阶段 2.28 421.85 2 9 6～9

注：1、第二阶段试验的冒浆均发生在坝填土区及强风化带；

2、第二阶段试验的复灌有8次发生在坝填土区及强风化带，1次发生在基岩内。

3、第一阶段试验的冒浆（压力突然减小），发生在基岩段共12次，其中31孔基岩段灌浆冒浆8次，33号孔基岩段灌浆冒浆3次，32号孔基岩段灌浆冒浆1次。

4、第一阶段试验的复灌，在基岩段共17次，其中31孔基岩段灌浆复灌11次，33号孔基岩段灌浆复灌5次。32号孔基岩段灌浆复灌1次。

4试验结论

（1）从第二阶段两个检查孔的压水试验数据可知，在最后一个灌浆段，孔深73～78m（-17.0～-22.0），75～78m（-19.0～-27.0）处，灌前透水率在6.01～8.46Lu之间，均大于原设计要求的3Lu防渗标准，若按此防渗标准，则必须再继续往下钻孔进行灌浆，直至基岩的防渗标准在灌浆前的压水试验中达到3Lu为止。但在后续工作中的多次专题会议上，有参建单位提出将3Lu的防渗标准修改为10Lu，这样可以阻止灌浆孔无休止的往下进行帷幕施工，因此决定将3Lu的防渗标准修改为10Lu，这样第二阶段试验终孔深度达到了新要求的标准。

（2）第一阶段检查孔压水试验的透水率在12.07～18.42之间，不仅远大于原设计要求的3Lu防渗标准，也大于修改后的10Lu防渗标准。

（3）第二阶段检查孔压水试验的透水率在6.02～9.08Lu之间，27、28号孔灌浆段灌后的压水试验吕荣值在3.14～5.18Lu之间，仍大于原设计的3Lu防渗标准，但小于修改后的10Lu防渗标准。

（4）根据以上资料分析，每个灌浆段完成后的压水试验和检查孔的压水试验均小于设计修改后的10Lu防渗标准，且试验有效解决了前期试验中存在的冒浆、灌浆压力低、吸浆量大、复灌次数多等问题，该实验的成功为本工程的承压水区帷幕灌浆提供了技术上可行的施工方案。

参考文献：

1吴安良主编.水利工程施工，灌浆施工.北京：中国水利水电出版社，1992.

2林益才主编.水工建筑物，土石坝.北京：中国水利水电出版社，1997.