帷幕灌浆在病险水库坝基防渗加固中的应用

摘要：帷幕灌浆技术是近年来发展速度较快的一种渗漏处理技术，具有诸多的优点，目前广泛应用与水库坝基防渗处理中。本文通过介绍帷幕灌浆技术的施工工艺流程，重点就帷幕灌浆应用过程中的施工要点进行分析，并结合工程实例加以论述，以供类似工程研究参考。

关键词：帷幕灌浆；工艺流程；施工要点；工程实例

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

随着我国城市化进程的加快，城市基础设施建设日趋完善，水库是水利基础设施的重要组成部分，担负着城市防洪、灌溉、发电和养殖等重任，在改善生态环境及促进城市经济发展方面具有重要的作用。但是，我国大多数水库大坝使用年限较长，加上水利建筑长时间处于水中，大坝时常会出现渗漏和裂缝等质量通病，若不及时进行有效防渗处理，则会影响到水库的正常运作及功能的发挥。帷幕灌浆作为新时期的一项新技术，能够阻止或减少地基中地下水的渗透，目前是水工建筑物地基防渗处理的主要手段，对确保水工建筑物的安全运行起着重要作用。本文主要探讨了帷幕灌浆在病险水库坝基防渗加固中的应用，希望对水库坝基防渗工作有所帮助。

1帷幕灌浆施工工艺

帷幕灌浆施工工艺流程：造孔灌浆待凝下一段直至结束。

1.1造孔

(1)心墙造孔。一般采用干打、干钻取土法，或者先打入外套，再用钻具加小水在套管内清扫，一般扫至离套管底以上0.50m左右。套管下至建基面后，可下钻具对接触段钻进。

(2)砂砾石造孔。采用金刚石钻头单管清水钻进，如遇局部孔段砂砾石较松散，造孔时进水量要小。若发生塌孔，主要采取以下措施：用弹簧钻头打捞孔内掉块，采用干钻，若多次打捞也未能至设计段长，则对该段立即进行灌浆。

(3)基岩造孔。采用金刚石钻头单管清水钻进。

1.2灌浆

(1)灌浆序次。3排孔的帷幕灌浆，先灌下游排，再灌上游排，最后灌中间排。2排孔的帷幕灌浆，先灌下游排，后灌上游排。帷幕灌浆一般在每排孔上分3序施工，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序先后钻灌。

(2)灌浆方法。一般采用循环灌浆法自上而下分段灌浆。

(3)灌浆段长。根据SL62—94《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》规定，帷幕灌浆段长宜采用5~6m，特殊情况下可适当缩短或加长，但不得大于10m，接触段在岩石中的长度不得大于2m。

(4)灌浆压力。灌浆允许最大全压力为P(上部盖重)=h×γ，h为坝顶至橡塞底部的距离(m)，γ为土体容重(一般取1.9t/m3)。坝肩较浅处当第2段灌浆计算允许最大全压力＜0.30MPa时，采用0.30Mpa。每段灌浆前根据输浆管长度分别计算出不同浆液浓度下的灌浆压力及压力表压力，以不同浆液的水灰比灌浆来控制压力表压力。压力表装在回浆管顶部，压力表读数宜读指针摆动的中值。

(5)灌浆材料及添加剂使用。帷幕灌浆一般采用普通水泥，在特殊要求下，可采用地勘水泥、磨细水泥或超细水泥。灌浆过程中根据现场情况(气温、灌入量、水灰比等)可采用水玻璃作速凝剂(在吸浆量较大时，宜加3%~5%的水玻璃)。灌水泥浆液，使用普通搅拌机时，搅拌时间应不小于3min。

(6)浆液变换。灌浆的浆液浓度应由稀到浓逐级变换，采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1五个比级。根据压水试验透水率(q)的大小，选择合理的开灌比，先期灌段要充分注意到各种地层的临界水灰比，以指导后期的灌浆，使灌入量达到要求。当某级浆液累计注入量已达300L以上，或灌浆时间已达30min，而灌浆压力各注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比。当注入率大于30L/min时，可越级变浓。当灌量大，难以结束时，采取缩短初凝时间、降压、限流等措施。

(7)灌浆结束标准、待凝。当单位进浆量达到规范结束标准后，再灌30min，实施压力闭浆，当压力表回零后，结束灌浆。灌浆结束待凝12h后再进行下一段钻进。

(8)封孔。全孔灌浆结束后，待凝12小时进行封孔作业。

2帷幕灌浆质量控制要点

2.1清水造孔与下套止水止浆

为保证灌浆质量，在基岩和砂砾石层灌浆均采用清水造孔。目前基岩采用清水造孔技术已相当成熟，而传统的砂砾石造孔和灌浆工艺难以保证灌浆质量。此前，我院已研究出特有的砂砾石清水造孔技术。在砂砾石层造孔采用金刚石钻头单管清水造孔，已经在我院承担的多项除险加固工程砂砾石地基灌浆中得到应用，取得了良好的效果。

2.2灌浆压力

灌浆压力是控制灌浆质量的重要因素。压力过小，影响灌浆扩散半径，不能形成连续的帷幕；压力过大，会使裂隙扩大或引起岩体抬动变形而形成新的裂隙，反而破坏了岩体的完整性，尤其在接触段灌浆时，压力过大会导致坝体劈开。因此在灌浆过程中要控制好灌浆压力，根据不同的地层和先期灌浆孔的吸浆量，及时调整灌浆压力，增加水泥灌入量，保证灌浆工程质量。

2.3灌浆材料

根据地层的渗透性，选择合适的灌浆材料能提高灌浆效果。目前选择的材料有普通水泥、地勘水泥、磨细水泥和超细水泥。帷幕灌浆一般采用普通水泥；有特殊要求时，可采用磨细水泥或超细水泥，能扩大灌浆扩散半径，增加水泥的灌入量；在动水位、透水性大的地层可采用地勘水泥，能防止灌浆扩散半径过大，有利于帷幕的成幕。

2.4灌浆段长

对于基岩地基灌浆，在实际施工中如果不进行控制，接触段灌浆段长往往会超过2m。这样做看似对灌浆质量影响不大，容易忽视，实际对灌浆质量是有很大影响的。根据多年施工经验，坝基渗漏问题主要在接触段，施工过程别要控制好接触段的灌浆质量。一般情况下，灌浆段长度控制在5m左右为宜；如遇破碎带或裂隙发育不均一段，则应缩短到3m左右；如遇集中渗漏带，应单独分段灌浆，这样才能保证灌浆质量。

对于砂砾石地基灌浆，缩短段长可提高灌浆效果，一般取3m左右，接触段段长不得大于2m。如遇砾石比较松散，透水率相对较大，可进一步缩短段长，建议取2m左右，能提高灌浆质量。

2.5临界水灰比

浆液在变级过程中，当浆液变浓一级后单位时间吸浆量明显变小，变浓前一级水灰比就是临界水灰比。为保证灌浆质量，尽量扩大吸浆量，在灌浆过程中对临界水灰比进行分析，确保浆液变级的合理性。当浆液达到临界水灰比时，尽可能的多灌入此浓度浆液，能有效提高灌浆质量。

3工程实例

某水库为混凝土面板堆石坝，左岸玄武岩下伏砂砾石存在渗漏问题，且范围较广，须进行帷幕防渗。设计拟定从溢洪道左侧混凝土接头—铁顶山上枣园范围内采取帷幕灌浆处理，与溢洪道以及大坝基础帷幕相接，共同形成枢纽的防渗体系。

左岸砂砾石层选用水泥帷幕灌浆，在防渗处理范围选择一段作试验段进行灌浆试验，通过试验确定帷幕灌浆设计方案。具体分3个阶段进行。

第1阶段试验范围为轴线排A77—A85，孔距2.0m，分三序施工，帷幕深入基岩以下5.0m。

第2阶段试验是在轴线排向左延伸10.0m增设的5只孔(孔号为A72－A76)及在上游2.0m布设14只孔(孔号为B72—B85)，两排各孔呈梅花形布置，分三序施工，帷幕轴线排深入基岩以下5.0m，上游排深入基岩以下0.5m。

第3阶段试验在原试验段左侧延伸方向布置三排灌浆孔，单排孔数为16只，孔距、排距均为2.0m，分三序施工。帷幕轴线排深入基岩以下5.0m，上、下游排深入基岩以下0.5m。本工程质量控制要点如下：

(1)造孔与下套。砂砾石造孔采用砂砾石清水造孔技术，金刚石钻头单管清水钻进，覆盖层开孔直径为150mm；玄武岩造孔直径为130mm；砂砾石层造孔直径为110～91mm；终孔段直径为91mm。在施工中，为防止砂砾石层造孔时发生塌孔现象，造孔时进水采用小水量，灌浆时尽量延长并浆时间。

下套进行止水止浆是本工程的难点之一，结合土坝砂砾石地基灌浆技术中的下套止水止浆法，根据水库玄武岩下伏砂砾石地基的特点及时进行研究改进，并在试验中应用，确保工程的质量。

(2)灌浆压力。在第1阶段砂砾石层灌浆过程中，由于地层比较密实，在设计压力条件下灌注，发现吸浆量明显偏小，因此在第2、3阶段采取提高压力进行灌注。第1阶段第1段灌浆压力为0.3MPa，以下每段增加0.05MPa。第2、3阶段玄武岩层灌浆压力为0.6MPa，砂砾石层首段灌浆压力取0.8MPa，以下每段增加0.03～0.04MPa。

(3)灌浆材料。第1、2阶段试验孔采用PO42.5的普通硅酸盐水泥，检查部分孔段透水率未能达到设计要求，在第3阶段试验孔增加了磨细水泥。第3阶段上、下游排的56—63号孔灌浆材料采用PO42.5的普通硅酸盐水泥，轴线排钻孔和上、下游排的64—71号孔采用磨细水泥。通过不同材料灌浆效果的比较试验，最终确定帷幕灌浆材料。

(4)灌浆段长。根据第1、2阶段的灌浆情况，因第2、3段砂砾石透水率相对较大，为进一步提高此范围的灌浆质量，在第3阶段中、后期适当调整灌浆段长。具体为在试验第1、2阶段及第3阶段初期，第1段段长为2.0m，第2～6段段长为3.0m，轴线排第7段为3.0m，上、下游排第7段为终孔段深至基岩0.5m，轴线排第8段为终孔段深至基岩5.0m。在第3阶段中、后期，对第1～6段长做出调整，分别为2.5、2.0、2.0、3.0、3.5、3.5、3.5m，其余不变。

(5)临界水灰比。由于本工程砂砾石地层比较密实，根据第1、2阶段的施工情况，为保证灌浆质量，尽量扩大吸浆量，第3阶段试验中，对本工程的临界水灰比进行分析。经综合分析，本工程灌浆的临界水灰比为2:1，当浆液需变浓至临界水灰比时，一般在进浆量达到上一级浓度进浆量的2倍以上并且单位时间进浆量未明显改变的情况下才变浓。

4结语

帷幕灌浆防渗处理是一项技术专业、工序复杂的隐蔽性工程。施工人员若想在施工过程中确保灌浆质量，就必须选择恰当的造孔技术、合适的灌浆压力和灌浆材料，同时严格按照相关规范进行施工，加强各个环节的施工监测力度，紧抓施工技术要点，以提高水库坝基防渗工作质量，从而确保水利工程的正常运行。

参考文献

[1] 孙彦启；刘涛；董飞.帷幕灌浆技术在水库坝基防渗中的应用[J].山东水利.2012年第02期

[2] 陈灿权.帷幕灌浆早坝基防渗处理中的应用[J].城市建设理论研究.2012年第21期