帷幕结合固结灌浆在南山水库正常溢洪道防渗加固中的应用

【摘 要】我省大多数水库为五、六十年代所建，限于当时条件，并经过多年运行，普遍存在渗漏和安全隐患。南山水库正常溢洪道存在渗漏及安全隐患，通过对溢洪道闸室段进行帷幕灌浆和固结灌浆防渗加固处理后，经过5年多的运行，效果良好。阐述本工程中正常溢洪道闸室段地基帷幕灌浆和溢流堰固结灌浆的施工工艺及其成果分析。

【关键词】防渗加固；帷幕灌浆；固结灌浆

1 工程概况

南山水库工程位于嵊州市长乐镇砩前村，曹娥江-长乐江的支流南山江上，坝址位于砩前村上游500m处，距离嵊州市30km，距离宁义公路3km。水库大坝高72米，坝顶长238.5米，坝底长50多米，坝顶净宽6米，坝底宽376.6米，为浙江省最高土坝，同时系全国第一的土石结构大坝。水库集水面积109.8km2，坝址以上主流长27.2km，总库容1.01亿m3，保护人口约21.5万，耕地约10万亩，灌溉面积8.9万亩，是一座以灌溉为主，结合防洪、供水、发电等综合利用的大（2）型水库。

因正常溢洪道地基为弱风化岩石，岩体较破碎，陡倾角节理发育，透水率大，据历史资料未设防渗帷幕，存在渗漏问题；上游两侧翼墙已产生严重的侧向变形和产生裂缝，由于翼墙后侧为堆积体，在侧压力作用下中部鼓出，存在一定的安全隐患，一旦泄洪，翼墙会产生坍塌，影响行洪安全；闸室段右侧绕渗情况较为严重。决定对溢洪道闸室段进行防渗加固处理，具体为：（1）对正常溢洪道闸室段一定范围（桩号溢左0+024.500～溢右0+028.500m）进行帷幕灌浆防渗处理。（2）对正常溢洪道闸室段溢流堰进行固结灌浆防渗加固处理。

2 地质条件

正常溢洪道地基和右侧山体均为侏罗系上统高坞组（J3g）流纹斑岩，紫灰色，左岸闸顶附近岩体较破碎，岩石呈强风化，新鲜岩石致密坚硬。强风化岩石厚2～5m，弱风化岩石厚3～10m。

正常溢洪道上游左侧翼墙距底板2.2m处鼓出并产生横向裂缝，长约10.5m，宽约3～5mm；距底板3.3m高有水平裂缝，宽0.5～1cm；距底板4.4m高有水平裂缝，长4.8m，宽1cm，局部有渗水现象，左侧翼墙与闸室接触处张开，裂缝达2～5cm，存在一定的安全隐患。右侧翼墙距底板4.4m处有水平裂缝，长8.4m，宽3～5mm，距底板4.3m处水平裂缝，长约8.0m，宽5～7mm，局部存在渗水现象。

3 施工工艺

3.1 帷幕灌浆施工工艺

3.1.1 孔位、孔距

（1）孔位施工放样定位：帷幕灌浆孔的位置根据设计图纸，按实际地形走向进行布置，经监理现场复查认可。

（2）孔距：孔距为2.0m（其中闸室两边墩附近孔距为1.5m，具体为12～15号孔，19～21号孔，22～23号孔）。

3.1.2 孔序

帷幕灌浆布置一排孔，分为三序施工，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序先后钻灌。特殊情况按单个单元钻灌施工，使Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔在该单元范围内成幕。

3.1.3 造孔

（1）开孔前复核钻孔桩号，正确定位，孔位偏距

（2）根据基岩完整程度，当基岩较破碎时，下入套管进行止浆止水。

（3）钻进中注意保持孔内垂直，减少孔底偏距。

（4）钻孔记录详细、正确，包括岩芯描述、下套情况、测斜记录、各钻灌段深度、终孔深度等。

3.1.4 孔深

帷幕灌浆孔深深入基岩相对隔水层（q≤5Lu）以下5m。灌浆到达设计深度后，如压水试验吸水量大于5Lu，则必须继续钻灌，直至吸水量小于5Lu。

3.1.5 灌浆

（1）灌浆方法

灌浆采用循环灌浆法自上而下分段灌浆。全孔灌浆结束后，全孔进行普通水泥复灌，期间不用待凝。

（2）段长

接触段长度不大于2m，以下灌浆段段长取5m。

（3）洗孔及压水试验

1）灌浆前进行钻孔冲洗。回水清澄后，对基岩灌段，再洗10min结束。

2）灌浆前均进行20min的简易压水试验，压力为灌浆允许压力的80%，每5min测读1次压力及流量。流量大于每米段长30L/min时，降压或缩短测试时间。

（4）灌浆材料

本次帷幕灌浆采用32.5R普通水泥。

（5）灌浆压力

灌浆第一段压力取0.5MPa，以下每段按0.1 MPa递增，复灌压力取0.7MPa。

灌浆压力逐渐提升，当进浆量下降时，再提升灌压。出现灌段吕荣值小，而进浆量大的情况，灌浆时适当减压或“停停灌灌”，在进浆量小时，再逐级升压，最终使灌浆压力达到设计压力。

（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。根据简易压水试验Lu大小，选择合理的开灌比，先期灌段注意临界水灰比，以指导后续的灌浆，使灌入量达到要求。

压力不变，单位进浆量不变或增大，开灌水灰比的浆液累计灌入量达400L，第一次变浓一级；以后变浓一级，在上述条件下待灌入量达到上一级灌入量1.25倍后进行，当浆液较浓时尽量多灌一些，不采取立即变浓，有利于加大扩散范围。当单位进浆量超过每米灌段30L/min时，可越级变浓；当灌量大，难于结束时，采取缩短初凝时间、降压、限流等措施。

（7）结束标准

单位进浆量≤0.4L/min时，继续灌注60min，结束灌浆。灌浆结束前以浓浆置换孔内稀浆，再实施压力闭浆操作，当压力表回零后，结束灌浆。

（8）灌浆待凝

各段灌浆结束后，待凝时间为12h，再继续钻进。

3.1.6 封孔

全孔复灌结束待凝12h后，进行封孔作业，采用注浆法封孔，水灰比为0.4。

3.2 固结灌浆施工工艺

3.2.1 孔位、孔距

（1）孔位施工放样定位：固结灌浆孔的位置根据设计图纸进行布置，经监理现场复查认可。

（2）排距：排距为3.0m（除最上游排为4.0m）。

（3）孔距：孔距为3.0 m（除最上游排为2.0m）。

3.2.2 孔序

固结灌浆布置五排孔，从下游向上游逐排施工，单排分为二序孔施工，按Ⅰ、Ⅱ序先后钻灌。

3.2.3 造孔、洗孔

灌浆采用手风钻铅锤向造孔，钻孔与闸室底板垂直，终孔深度为深入建基面以下4m。

灌浆前对钻孔进行洗孔，洗孔压力最大不超过灌浆设计压力的80%，冲洗待回水澄清后再洗5min结束。

3.2.4 埋管

造孔结束后在钻孔内埋管，管材镀锌白铁管。

3.2.5 灌浆材料

灌浆材料水泥采用32.5R普通硅酸盐水泥。

3.2.6 灌浆压力

灌浆压力以控制孔口压力为主要指标，压力控制在0.30Mpa。

3.2.7 浆液比例

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。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，改浓一级水灰比。

3.2.8 结束标准

在设计的压力下，当灌浆孔停止吸浆，再延续灌浆30分钟即结束。

3.2.9 封孔

灌浆结束待水泥初凝后进行封孔作业，拔除埋管，采用注浆法封孔，水灰比为0.4。

4 灌浆成果分析

4.1 帷幕灌浆成果分析

4.1.1 各序次孔的透水率分析

表1 帷幕灌浆各序次平均透水率

各序次透水率（Lu）

Ⅰ Ⅱ Ⅲ

35.0 16.8 8.9

从表1显示，帷幕灌浆随着孔序的加密，透水率呈递减趋势，符合灌浆规律。

4.1.2 各序次孔的单位水泥注入量分析

表2 帷幕灌浆各序次单位注入量

各序次单位水泥注入量（kg/m）

Ⅰ Ⅱ Ⅲ

248.3 131.0 56.9

从表2显示，帷幕灌浆随着孔序的加密，单位注入量呈递减趋势，符合灌浆规律。

4.1.3 检查孔成果分析

本次帷幕灌浆布设检查孔4只，孔位由设计、监理、业主及有关部门指定。根据压水试验资料，透水率为0.7～4.5Lu，均达到设计要求（设计标准：q≤5Lu）。

4.2 固结灌浆成果分析

4.2.1 各序次孔的单位水泥注入量分析

表3 固结灌浆各序次单位注入量

各序次单位水泥注入量（kg/m）

Ⅰ Ⅱ

95.7 26.0

从表3显示，灌浆随着孔序的加密，单位注入量呈递减趋势，符合灌浆规律。

4.2.2 检查孔成果分析

本次固结灌浆布设检查孔2只，孔位由设计、监理、业主及有关部门指定。根据压水试验资料，透水率均为1.0Lu，达到设计要求（设计标准：q≤5Lu）。

5 结语

（1）南山水库正常溢洪道经过帷幕灌浆和固结灌浆施工后，透水率均达到了设计要求，起到了防渗加固的作用，经过5年多的运行，效果良好。今后类似的工程可以采用此方法进行处理。

（2）帷幕灌浆是基础渗漏处理常用的方法，基础渗漏问题主要在接触段，施工过程中要控制好接触段的灌浆质量，主要控制好灌浆的压力和段长。压力过大会导致上部坝体（或覆盖层）劈开，影响灌浆质量，危害坝体安全。对于基岩灌浆，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。

（3）固结灌浆是提高岩体完整性的灌浆工程，其作用是提高岩体的整体性与均质性；提高岩体的抗压强度与弹性模量；减少岩体的变形与不均匀沉陷。施工工程中要控制好灌浆质量，主要是控制好灌浆压力，压力过大会导致上部覆盖层抬动，造成安全隐患；压力过小会影响灌浆质量。

参考文献：

[1]国家标准规范： SL62-94《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》

[2]李茂芳，孙钊.大坝基础灌浆[M].北京：水利电力出版社，1992.

作者简介：

钱勇峰（1981-），男，工程师