水库大坝高压灌浆施工要点初探

摘要：本文笔者结合在水库大坝帷幕灌浆施工过程中，对于高压灌浆施工与湿磨水泥灌浆的结合使用及灌浆效果分析与评价作了简要的探讨。

关键词：水库大坝、高压灌浆施工、效果与评价

中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：

一、工程简介

某水库总库容3.66亿立方米。是一座以农业灌溉为主，兼有发电、防洪、工矿和城市生活供水及向下游补水等综合利用的大(二)型水利工程。枢纽工程由拦河坝、泄洪建筑物、引水建筑物取水口及坝后电站组成。拦河坝为细骨料混凝土砌石重力坝，坝顶高程1988.0米、坝顶长227.5米、最大坝高87米。

二、水文地质条件情况

该水库坝址区整个玄武岩地层透水性均较小，但因构造、裂隙风化等程度不同而透水性有所差异，地表至30米～40米深度普遍存在一层风化裂隙透水层，透水性主要与风化及裂隙发育程度相关，弱风化带岩体透水性平均为18.2Lu，断层破碎带透水性平均为14.5Lu，层面接触带透水性平均为34.5Lu，透水性由浅至深逐渐减弱，透水性分带界线基本与地形线平行；30米～40米以下深度的岩体裂隙一般闭合或方解石脉填充较好，透水性小于1Lu；局部受结构影响，在断层破碎带及裂隙发育带或大裂隙透水性较大，一般均大于1Lu，左岸FⅠ―1断层破碎带透水性为1.1Lu～2.7Lu。

三、高压灌浆施工

3.1灌浆流程

灌浆施工按照“双排帷幕先钻灌主帷幕孔，后钻灌副帷幕孔。帷幕无论双排或单排，均分三序次施工，先钻灌先导孔，后钻灌Ⅰ序孔，再钻灌Ⅱ序孔，最后钻灌Ⅲ序孔”的顺序进行。

3.2灌浆工艺

（1）灌浆方法。灌浆方式采用“小孔径孔口封闭、孔内循环，自上而下，不待凝分段钻灌的方法。”灌浆时用钻杆作为灌浆管，钻杆连接用平接头连接，灌浆管底端距孔底不大于50cm，灌浆过程中经常转动和上下活动灌浆管，回灌浆有15升/分以上的回浆量。因孔口封闭灌浆法施工可以使用大的灌浆压力，不需在孔内下灌浆塞，施工简便，节省大量时间和人力；每段灌浆结束后，不待凝，即开始下一段的钻进，加快了进度；多次重复灌注，保证了灌浆质量。

（2）灌浆段长和灌浆压力。灌浆段长度第一段为1.5米，第二段为2.5米，第三段以下均为5.0米，终孔段≤8.0米。第一段的灌浆压力为1.5MPa，以下每增深一段压力增加0.5MPa，最大灌浆压力不大于5MPa

（3）灌浆及封孔。①浆液水灰比:浆液水灰比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1七个比级，开灌水灰比为5:1。②灌浆压力的控制:当每分钟注入量小于10升时尽快一次升至设计压力，用于基岩中裂隙不发育、岩石比较完整的孔段，主要是下游排的Ⅲ序孔以及上游排的Ⅱ、Ⅲ序孔。当灌前压水透水率大于10升/分；或灌浆加不起压力；或注入量一直很大；采用浓浆低压灌浆吸浆量有明显下降趋势时应分级升压，逐渐升至设计压力。施工中采用的压力与注入率遵循下表关系变化：

这样进行压力控制有效地防止了地面抬动；同时也防止了浆液扩散过大造成浪费；防止了“低压灌浆高压结束”的施工情况。

③灌浆过程中浆液比级变换。当灌浆压力保持不变，注入率均匀减少时；或当注入率不变而压力均匀升高时，不改变水灰比。当某一比级浆液的注入量已达300升以上或灌注时间已达1小时，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时改浓一级。灌浆孔段钻进过程中不返水，或注入率大于30升/分时，或灌浆升不起压力时，浆液一次越级变浓为0.5:1浓浆；其他吸浆量较大的孔段视情况越一级或二级变浓；当越级变浓后，注入率突然减少，立即变回原来比级的浆液继续灌注并查明原因。

3.3灌浆殊情况的处理

（1）砼中漏水、漏浆和冒浆的处理。灌浆施工过程中，多次出现漏浆、漏水和冒浆的现象，严重时曾出现钻进不返水的情况，01#孔和109#孔在灌浆过程中，发现浆液从回填灌浆管中冒浆的现象。施工中采用了浓浆、限流和闭浆待凝，证明对以上情况的处理是有效的。

（2）孔口返浆处理。由于基岩中的裂隙大多具有一定倾斜角度，当灌浆压力超过一定值后，个别孔段吃浆突然增大，待灌浆结束后浆液从孔口大量涌出。按设计要求采用延长屏浆时间的方法效果并不理想，应采用“孔口闭浆”的方法，即先关闭回浆管上的高压阀门，再关闭进浆管，让孔内浆液的压力自行消退，待凝一段时间后扫孔钻灌。

四、湿磨水泥灌浆

考虑到玄武岩地区微裂隙比较发育（特别是河床段五、六坝段），本工程采用了湿磨水泥灌浆与高压帷幕灌浆相结合的施工工艺，从施工的可操作性及处理微裂隙效果来看是可行的。

4.1湿磨水泥的生产工艺

湿磨水泥是把普通水泥通过高速搅拌机的拌和、剪切冲击，迅速将其搅拌均匀，使水泥颗粒分散细化，再通过SM―40水泥湿磨机研磨后进一步使水泥受到剪切、分散、冲击和研磨作用而被分散和磨细，提高水泥浆液的渗透性，实现以较小的水灰比施灌。湿磨水泥的生产按以下原则进行控制：

（1）供浆量的控制。因SM―40湿磨机的磨筒容积小（40升），如果HB80/10泵的送浆量过大，浆液通过磨筒速度过快会导致浆液的研磨时间过少、磨细程度不够充分，所以，通过供浆泵回浆管上阀门调节供浆量，使流量控制在8～10升/分。

（2）湿磨水泥细度的控制。试验证明湿磨水泥的细度与浆液的水灰比及研磨时间有关。在相同的水灰比的条件下，随着研磨时间的增加，磨细水泥的比表面积越大，细度越好，同时浆液的粘度也随研磨时间的增加而增大，说明湿磨水泥的细度与粘度存在对应的关系。在施工现场采用漏斗粘度试验控制湿磨水泥的细度，操作简便，能迅速得出试验结果，是施工中行之有效的方法。根据试验结果得到如下控制标准：水灰比为0.6:1的磨细水泥浆，漏斗粘度控制在45s～72s范围；水灰比为1:1的磨细水泥浆，漏斗粘度控制在19s～23s范围，水泥颗粒比表面积即在6000～8000cm2/g之间。

4.2 湿磨水泥灌浆

对灌浆过程中吸水不吸浆即裂隙细小的情况下采用湿磨水泥灌浆。即当灌前压水试验透水率小于2Lu，且5:1普通水泥在设计压力下的注入率小于2.0升/分时，或在灌浆过程中发现“回浆变浓”现象时改用湿磨水泥灌浆。湿磨水泥灌浆浆液水灰比采用2:1、1:1两个比级，开灌水灰比为2:1。在设计压力下注入率不大于1升/分，延续灌注时间不少于30分钟；同时满足灌浆全过程中在设计压力下的灌浆时间不少于90分钟时结束灌浆。施工过程中在上游排（主要是河床段五、六坝段）Ⅲ序孔21个灌浆段中使用了湿磨水泥，共灌浆72.77米，注入水泥5328公斤，单位注灰量为73.22公斤/米，超出了上游排Ⅲ序孔单位注灰量22.89%。另外在所有检查孔的灌浆中也使用了湿磨水泥，以上成果表明湿磨水泥浆液比一般水泥浆液的渗透性好，对于岩石微裂隙发育的灌浆具有明显的优越性。

4.3湿磨水泥应用中的一些问题

（1）产浆量低。按设计要求细水泥的加工其勃氏细度应大于6000～8000cm2/g。而普通水泥要达到这个细度，在SM―40水泥湿磨机中至少需要研磨5分钟以上，那么产浆量仅为6.7～10升/分。如果灌浆孔的吸浆量超过湿磨机的产浆量，将会造成灌浆的间断，影响灌浆的质量和工效。所以湿磨水泥灌浆最适合于透水率不大、裂隙微小、吸浆量不大的地质段或用于Ⅲ序孔补强灌浆。另外，如果通过控制普通水泥的研磨时间来改变水泥的细度，以适应不同的地层特点以及施工中的具体情况，湿磨水泥灌浆的可操作性可能会更好。

（2）初凝时间短。水泥的细度达到6000～8000cm2/g时，其初凝的时间缩短为2小时左右，浆液在高压力作用下又加速了细水泥的水化作用。所以在确定湿磨水泥灌浆的结束标准时，把在设计压力下注入率不大于1升/分的延续灌注时间，定为不少于30分钟。

五、灌浆效果分析及评价

5.1 灌前、灌后压水试验分析

对下游排的先导孔和Ⅰ序孔的灌前压水试验的透水率进行分析，施工前坝基的透水率很大，并且透水性的变化、分布较为复杂，以右岸2#、3#、4#坝段坝基的透水性最为复杂。帷幕灌浆施工后，从已完成的25个检查孔的压水试验成果分析，被检查的有效的173个试验段的单位透水率，只有7段大于1Lu，占总数的4%。有些检查段的透水率甚至为0，坝基的渗透率90%小于0.1Lu，而且基岩的透水性很均一，右岸2#、3#、4#坝段坝基的透水率全都很小。说明了帷幕灌浆质量满足了设计的防渗要求。

六、结束语

水库坝基帷幕灌浆工程，运用普通高压灌浆为主、湿磨水泥灌浆补强的施工工艺，具有可操作性，处理微裂隙的效果较好。通过单位注灰量和单位透水率的递减情况、灌前灌后压水试验分析，灌浆效果良好，灌浆后透水率满足了设计的防渗要求。经竣工验收正常蓄水运行以来，坝基防渗帷幕未出现异常情况，证明了防渗帷幕质量的可靠性。