探讨丁家冲水库防渗处理

摘要：本文首先对丁家冲水库渗漏原因进行了分析，其次介绍了水库坝体的灌浆施工工艺，最后着重阐述了对丁家冲水库坝体进行充填灌浆和对坝基进行帷幕灌浆处理技术。

关键词：丁家冲水库；防渗处理；充填灌浆；帷幕灌浆

中图分类号：TV62文献标识码： A 文章编号：

丁家冲水库位于长江滠水河支流姚蔡河，承雨面积0.5km，大坝坐落在武汉市黄陂区蔡店乡桃花村。该水库于1965年动工兴建，1972年12月基本竣工，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库，水库总库容27万方

该库由于年久失修，水库淤泥堵塞严重，水库堤坝垮塌险象丛生，灌溉能力大为减弱，不仅不能够完全发挥兴利除害的效益，而且时刻严重威胁着人民生命财产安全。因此，对丁家冲水库进行防渗处理很有必要。根据丁家冲水库的实际状况，经分析研判，对丁家冲水库坝体进行充填灌浆和对坝基进行帷幕灌浆处理。

1、丁家冲水库渗漏原因分析

由于建坝时透水层没有采取有效的防渗措施，轴线上水平防渗的长度或垂直防渗的厚度不够，坝体施工质量差，埋设在坝内涵管与坝结合不严密，施工前坝基覆盖层没有很好的清理，关键部位如坝头与山体结合面和山体裂隙岩层的漏水带未进行严格处理等因素，当水库蓄水达到一定的水位后，在水压力作用下，水流会沿着坝身土料、坝基土体和坝端两岸地基中的孔隙渗向下游，造成坝身、接触、坝基或绕坝渗漏。从形成水库大坝渗漏的地质结构和坝体结构来看，存在着以下五种问题。

1.1河床砂砾石层产生的坝基渗漏问题

砂砾石地基中，渗流破坏是的主要的形式，浙江省在水利水电工程建设中曾

付出过较大代价。比如长潭水库，桥墩水库，淡溪水库等建成后，坝脚出现集中渗漏点，伴随砂砾的跳动，甚至坝上游粘土铺盖中产生冲蚀洞，严重危害大坝的安全和使用。特别是未经坝基防渗处理而直接建坝于砂砾石层上，导致坝基渗漏更为严重，危及大坝安全稳定。

1.2坝肩碎石土层(崩积物、坡积物)产生的坝肩渗漏问题

山脚下的坡积物或崩积物，堆积厚度变化大，以含泥碎块石、含碎石粉质

粘土为主，组成成分杂乱无章，结构松散，含泥量变化大，透水性也变化较大，部分土体属渗流管涌土，部分水库由于开挖不彻底，部分坝基直接置于坡积物或崩积物上，坝基(特别是坝肩部位)渗漏严重，严重威胁水库使用和大坝安全。

1.3基岩风化节理裂隙带产生的坝基渗漏问题

由于岩性坚硬且脆，在各种营力作用下表层形成了以张性节理裂隙为主的风

化带，其渗透系数较大，由于坝基没有很好的清理，坝体与山体结合面及山体风化节理裂隙带极易形成渗漏问题，这种渗漏形态有较普遍的分布。

1.4由于填筑质量差或筑坝材料质量差而产生的坝体渗漏问题

土石坝，受当时经济技术条件的制约，坝体存在两个主要的问题，一是由于

当时大多采用人工填筑(滚碾或蛙式夯打)压实，致使绝大部分的土石坝填筑质量较差，不能满足现行《碾压式土石坝设计规范(SL274-2001)》对压实度要求；二是由于没有进行严格的质量控制，部分防渗土料质量较差，土中碎石含量较高或土料含水量过大，碾压不实，有松土层，坝身分层、分段、分期填筑时，各结合面结合不好。由此坝体防渗性能较差，从而产生了坝体渗漏问题。

1.5因坝体结构不合理(如坝下涵管)而产生的渗漏问题

因坝体结构不合理而产生的渗漏问题主要有以下几种情况:①坝内涵管与坝

结合不严密，沿涵管周边形成渗漏，严重时坝体迎水面形成下陷；②坝身的涵管，由于其强度和基础变形考虑不周而断裂，有压水流通过裂缝沿管壁及坝坡薄弱部位渗出。

2、水库坝体的灌浆施工工艺

水库工程施工是大规模石堆体，在透水性、渗流稳定性、强度、承载能力、压缩变形能力等性能方面要求较高，特别是水库坝体灌注施工中，必须做好坝体的防渗处理。而我国目前针对水库沙砾石坝体施工处理工艺中，常使用的坝体施工处理工艺主要有帷幕灌浆工艺、粘性土截水槽、混凝土防渗墙和充填灌浆工艺等措施。

灌浆施工工艺流程包括:钻孔清孔灌浆封孔。在灌浆施工中，各个步骤紧密相连，互相制约。如何在灌浆前期做好准备工作，对浆液的性能、施工的水压比和灌浆的施工质量进行控制，是目前我国水库坝体灌浆施工所要解决的重点问题。特别是对灌浆标准的审定，一直是业内讨论的焦点。目前，在我国水库坝体灌浆施工中，常用的有帷幕灌浆和充填灌浆两种施工工艺。

灌浆施工的主要技术指标:①钻孔:孔深、孔段和终孔按照国家相关标准控制；②灌浆压力:设计灌浆压力一般按不小于1.5倍坝前水头设计；③浆液:严格控制水泥、砂浆的性能，并按设计的水灰比进行灌浆；④灌浆施工方法:按分序加密的原则，采用“小口径、孔口封闭、自上而下、孔内循环、高压灌浆”施工工艺；⑤结束标准:在设计压力下，1~3段注入率小于0.4L/ min、以下各段小于1.0 L/ min，延续灌注时间不少于90min；⑥合格标准:灌浆质量合格标准q≤1.0Lu，合格率应达90%以上。

3、对坝体进行充填灌浆

水库坝体的充填灌浆主要用于水库大坝这个庞大的石堆积实体，充填灌浆的目的主要是对大坝堆石体内部孔隙灌浆，从而提升溢流坝基底的应力，促使坝体整体抗滑稳定性，加强坝基防渗堵漏的能力，浆液在自重和规定压力作用下，填充坝体的空隙，将其充实，从而达到增强水库坝体整体稳定的目的。

充填灌浆具有设备简单，投资省，工期短，收效快，易于掌握灌浆技术等特点。对于处理大量的小中型水库坝体渗漏，河堤、渠道的防渗，坝下涵管接触带的淘空回填，坝体的塌坑和裂缝，以及封填蚁穴都有较好的效果。

3.1工艺机理

因在大坝堆石体中存在大量的孔隙,孔隙率为32.5%,在浆液自重和规定压力作用下,可将堆石体孔隙充填水泥砂浆,同时水泥浆通过渗入作用,渗入到细小的孔隙中,将其充填。通过充填灌浆,水泥砂浆就将整个破碎的,疏松的坝体胶结为完整的、稳定的具有较高强度的统一整体,起到提高大坝基底应力、整体稳定性的作用。

3.2工艺流程

(1)成孔:摆好钻机,对准孔位,启动钻机进行钻孔至入岩10cm,钻进时下套管跟进。

(2)清孔:钻好孔后,下导管用高压清水对钻孔进行清洗,水压一般为0.2~0.4MPa,以便灌浆时水泥砂浆更易进入孔隙内。

(3)压水试验:通过进行压水试验,以取得堆石体渗透性资料。

(4)下灌浆导管:依据自下而上分段灌浆法的要求下好灌注导管。

(5)灌浆:灌浆严格按设计好的控制参数进行连续灌浆,达到设计要求时方可停止灌浆。灌浆时应按设计要求分序次进行灌浆。

4、对坝基进行帷幕灌浆

帷幕灌浆（curtain grouting）是根据坝基的实际情况钻一排或是多排深孔，并灌注浆液以填充基岩中的缝隙，以形成一道坚固的防渗墙。它是水库坝基防渗处理的主要方式，对水库坝基的稳定性和抗压性起着主要作用。简单地说，帷幕灌浆就是在坝基用深孔灌浆的方法建立连续的防渗幕。按照灌浆孔排数划分，帷幕灌浆分为两种：一是两排孔帷幕；二是多排孔帷幕。

水库坝体的帷幕灌浆施工工艺凭借适应性强，施工灵活多变、施工效果良好等优点，在水库坝体施工中得到广泛的应用。帷幕灌浆法是在水库地基和坝体的岩石或砂砾石中建筑的防渗帷幕工程。帷幕灌浆施工工艺一直是水利工程建筑物防渗处理的重要手段之一。

4.1 帷幕灌浆材料的选择

（1）一般灌浆材料中所选用的水泥规格不能小于425号，可以采用525号普通硅酸盐水泥或超细水泥。在水泥存放时要注意保证水泥的干燥和性质的稳定。

（2）如果需要加入外加剂（如防漏剂、增粘剂、分散剂等），一定要按照原料试验得出的掺和比例加入。

（3）工程灌浆用水可就近获取，注意定期检测水质是否符合水泥拌和的标准。

（4）建立可靠完善的通讯、风力、电力系统，确保灌浆工程不间断顺利地执行，确保在要求工期内完成。

（5）采用转速不低于1500转的高速搅拌机，且保证单次搅拌时间不低于30s，以达到搅拌效果。

（6）为保证工程质量，压水和灌浆试验中采用自动记录仪。

4.2帷幕灌浆施工工艺流程

依照设计及《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》，并考虑实际工程的特点，帷幕灌浆采用自上而下分段钻进，分段灌浆，孔内循环的灌浆方法。混凝土与基岩接触段岩石段长≤2m，单独灌浆并待凝，以下灌浆段长5～6m。在断层、破碎带地质条件地区缩短灌浆段长并待凝。

4.2.1造孔施工

造孔是灌浆工程中极为重要的一环，成孔的质量及进度直接关系着整个灌浆

工程的质量及进度，必须抓紧抓好。（1）安装钻架、摆放钻机。在确定灌浆孔位后做好标记，清理平整场地，然后铺地板、方木搭制钻探平台，钻机安装要稳固、周正。摆放钻机要保持天车、主动钻杆、灌浆孔中心3点成1线，然后准备开钻；（2）试车、开钻。安装完毕后，启动动力设备进行试车，包括钻机、供水供电系统，待所有设备均运转正常后进行开钻；（3）钻进工艺。本次灌浆造孔对于坝基础部分、先导孔和检查孔，施工中采用Φ59mm金刚石钻头进行基岩部分的钻孔。每次钻孔前都要认真检查所有的钻杆及钻具、主动钻杆和钻杆接手等，不准使用弯曲变形的钻杆、钻具，各部位接头要接牢，各部位接头和管材要保持良好同心度。金刚石钻进成孔间隙小，钻头水口窄，需要较大的泵压和中等泵量才能产生强制冷却和冲洗作用。

4.2.2裂隙冲洗及压水试验

帷幕灌浆在钻孔结束后，采用由导管通入大流量高压水流从孔底向孔外冲洗

的方法冲洗孔壁，钻孔冲洗拟采用单孔冲洗，直至回水澄清后，再继续冲洗10min，且总的时间要求不少于30min，串通孔不少于2h，底残渣不超过20cm。一般部位的裂隙冲洗压力采用同段灌浆压力的80%。

压水试验在裂隙冲洗后进行，本次灌浆选择10%的灌浆孔做先导孔，并在Ⅰ序孔中选择。先导孔应进行压水试验，压水试验采用单点法，压力采用同段灌浆压力的80%，且不大于1MPa。简易压水时间为20min，每3～5min测读1次压入流量，取最后的流量作为计算流量。

4.2.3灌浆施工

帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法时，在规定压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注60min，或不大于1L/min时，继续灌注90min，灌浆即可结束。而采用自下而上分段灌浆法时，继续灌注时间相应减少为30min和60min，灌浆即可结束。灌浆过程中，随时测量进浆和回浆比重，当回浆变浓时，换用与进浆相同比级的新浆液进行灌注。若效果不明显，延续灌注30min，即可停止灌注。

4.2.4封孔

灌浆结束采用全孔灌浆封堵法封孔：全孔灌浆结束后，用0.5∶1的水泥浆置换孔内浆液并取出所有灌浆管后，用0.5∶1的水泥浆纯压30min，压力为最大灌浆压力，并做好灌浆记录。

结语

针对土石坝的不同安全问题，应根据实际情况，采用相应的维修措施。现今对于中小型土石坝的除险加固问题，特别是防渗问题，根据目前已实施的工程经验来看，灌浆技术是一项经济技术合理、适应性广泛的防渗处理手段，值得推广应用。但产生渗漏的原因是多样的，因而防渗处理手段也不是唯一的，采取灌浆技术时，还应根据具体的渗漏原因采取其他相应的处理方式使之有机的结合。

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