大型水库库坝防渗加固工程综合灌浆施工技术及效果评价

摘要：选用高压喷射+坝体劈裂灌浆相结合的处理技术是种可靠的水库库坝防渗加固方案。本文结合工程实例，详细阐述水库大坝综合灌浆设计与技术参数，并根据施工技术流程，对高压喷射灌浆、劈裂灌浆、充填灌浆等综合灌浆施工技术要点进行了深入探讨，对灌浆施工效果与质量进行了具体分析评价。

关键词：库坝；高压喷射灌浆；劈裂灌浆；渗漏；防渗加固；效果评价

中图分类号：TV223.4

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2011)08-0157-03

1　工程概述

湖南某水库枢纽由大坝、溢洪道、输水隧洞、坝后电站组成。水库主坝为均质土坝，坝体迎水面为浆砌石护坡，按部颁标准复核，本水库按100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核，设计洪水位为301m，坝顶高程304.5m，正常蓄水位299.7m，主坝长750m，副坝长250m，坝顶宽5m，总库容1182.4万m3。由于多年蓄水及抗洪，水库主副坝坝基、坝身多处渗漏，并出现大面积洇湿现象，已对水库主坝蓄水防洪安全带来极大挑战，必须进行及时除险加固，根除险情。根据设计，对该水库主坝、副坝进行灌浆防渗加固，其中主坝进行高压喷射灌浆、充填灌浆及劈裂灌浆，副坝进行充填灌浆及劈裂灌浆。

根据设计，主坝沿坝顶轴线布置高压喷射孔一排，孔距1.5m；于坝轴线上游坝体布置劈裂灌浆孔一排，孔距4m；坝肩沿高压喷射和劈裂灌浆孔轴线布置充填灌浆孔两排，排距0.8m，孔距4m，呈梅花状(轴线孔距2m)及输水涵管两侧0.5m布置两排孔，孔距4m，按梅花状布置。一副坝沿坝顶轴线布置劈裂灌浆孔一排，孔距4m，充填灌浆孔沿坝顶轴线两坝肩和溢洪道及坝上游0.8m布置两排孔，排距0.8m，孔距4m(轴线相邻孔距2m)，呈梅花状布置。主坝完成钻孔82个，注水试验钻孔2个，共计钻孔84个；完成主坝、一副坝劈裂灌浆、充填灌浆共有钻孔94个，进尺1131.83m。

为保证防渗加固灌浆工程的技术质量及施工质量，施工前我们根据设计要求编制了该水库灌浆工程的施工方案，并结合有关的规范、规程及本地区充填、劈裂灌浆的施工经验，确定的该水库加固灌浆工程采用高压喷射灌浆与劈裂灌浆等多种灌浆技术。

2　灌浆施工

高压喷射灌浆采用气、水、浆三重管定向摆喷法施工，施工时自下而上匀速提升，经过高压水、气冲刷原坝体剥落出裂缝，浆液回填构筑一道之字形板墙防渗。喷射灌浆分两序孔进行，两序孔之间的防渗墙是折线连接，即一序孔定向摆喷的浆体板墙与二序孔定向摆喷的浆体板墙形成一道之字形防渗的整体板墙。

充填灌浆、劈裂灌浆采用孔口封闭全孔注浆法，通过孔口压力未控制充填灌浆和劈裂灌浆。充填灌浆采用0.05～0.1MPa压力控制坝体灌浆来充填孔隙、裂缝、空洞，起到充填压密的过程未增强坝体的防渗能力；而劈裂灌浆采用0.15～0.3MPa压力先充填后劈裂使浆液从底部逐步向上发展，经过反复劈裂回弹的过程，逐步形成一条从下到上连续的防渗帷幕墙。

2.1施工技术参数

1)高压喷射灌浆：本次高压喷射灌浆采用摆喷，摆喷角度20°-25°，施工参数为：高压水：水压≥36MPa，水量751／min；压缩气：气压≥0.6MPa，气量60m3／h；提升速度为10～12cm／min；摆动角度20°；摆动速度12r／min。

2)充填灌浆、劈裂灌浆：本次充填灌浆、劈裂灌浆所用技术参数指标为：灌浆材料采用粘土水泥浆，水泥为32，5R普通硅酸盐水泥，水泥用量为干土料量的10％，粘土的颗粒组成要求见表1。充填灌浆的灌浆压力为0.05-0.10MPa，劈裂灌浆压力按表2不同孔深确定，泥浆密度以满足流动性为主，然后考虑其收缩性等因素确定。一般浆液密度为1.25-1.35g／cm3，坝体防渗指标的渗透系数K值应小于8×103cm／s，劈裂灌浆的防渗泥墙厚度5-20cm。

2.2高压喷射、劈裂灌浆施工技术要点

高压喷射灌浆施工艺见图1工艺流程图，充填灌浆、劈裂灌浆施工工艺见图2工艺流程图。

2.2.1高压喷射灌浆

在高压喷射灌浆过程中，严格按高压喷射灌浆工艺及施工技术参数进行施工，主坝高压喷射平均耗水泥量478.40kg／m，个别可达533kg／m(如D+2孔)，单孔水泥用量最高达6350kg(如D47孔)。在高压喷射灌浆施工过程中，主要采取如下技术措施：

1)出现压力突降或骤增、孔口回浆液浓度或浆量异常等情况时，及时查明原因进行处理。

2)发生串浆、封堵被串孔、待灌浆孔高压喷射灌浆结束，尽快进行被串孔的扫孔、灌浆或继续钻进。

3)高压喷射灌浆因事故中断后恢复施工时，进行复喷其搭接长度不小于0.5m。

4)孔内严重漏浆，我们采取了以下措施进行处理：降低喷射管提升速度或停止提升；降低喷水压力、流量进行原地灌浆；喷射液中掺加速凝剂；加大浆液浓度或灌注水泥砂浆，向孔内充填砂、土等堵漏材料。如主坝高压喷射D47号孔施工时，孔内漏浆，坝下游坡脚集水沟涌水，我们及时采取了掺入速凝剂(水玻璃)等以上措施控制了漏浆及下游坡脚集水沟涌水。

2.2.2充填、劈裂灌浆

充填、劈裂灌浆是采用不同的压力控制，通过灌浆工艺流程未达到防渗加固的目的，前者是采用低压力充填裂隙、裂缝、洞穴隐患为目的。后者是满足前者的过程后，土体得到封闭压密、压力升高，当灌浆压力大于起劈力时，将会沿着垂直坝体小主应力方向(即沿着主坝轴线方向)劈开，经过反复间歇灌浆，坝体多次压缩回弹挤压密实，形成竖直连续的浆体防渗帷幕。本次对主坝、一副坝的充填、劈裂灌浆复灌次数不少于5次，初期灌浆常会在前后坡、防浪墙脚及坝脚冒出浆液，及时进行封堵，中期采用反复间歇灌浆，使浆液从下往上升，后期采取对串孔、坝顶裂缝冒浆的封堵，采用慢灌的方法控制坝顶纵向裂缝宽度在1～3cm以内，在连续三次不再吃浆或坝顶连续三次冒浆及达到设计要求复灌次数即可终灌。本次灌浆的吸浆量是根据坝体的密实程度未确定的，据灌浆完工后的统计，本次灌浆的总浆量为1456.83m3，干土总用量为752.9t，单位平均耗干土量为0.67t／m。总体来看，主坝灌浆及浆量大于一副坝，各坝充填灌浆、劈裂灌浆的吃浆量、单位平均耗干土量情况见表3。

3　灌浆质量检查及效果分析评价

该水库主、副坝经过一年多的除险加固灌浆后，经过探槽、钻孔、注水试验检查及侧压管、渗流量观察等，取得明显效果。

3.1灌浆效果

1)主坝在高压喷射施工闭合后，渗流量

明显减少。

2)主坝在充填、劈裂灌浆过程中，集水沟中原三角堰、梯形堰渗流量逐渐减少至干涸，集水沟中的冒水逐渐消失，主坝灌浆完工后，在施工主坝反滤体开挖时坝脚未见有渗流水，主坝灌浆效果以此得到直接验证。

3)副坝的接触渗流也明显消失。

3.2灌浆帷幕的性状及防渗性能检查

主坝、一副坝灌浆(充填、劈裂灌浆)完成后，在坝顶布置探槽检查灌浆帷幕(浆脉厚度)质量。检查结果，主坝浆脉厚度为18～50cm，副坝浆脉厚度9～13cm，主坝、副坝浆脉均匀连续，搭接完整，渗透性小，灌浆质量达到设计要求，各坝探槽检查情况见表4。

3.3高压喷射灌浆后注水试验检查

主坝经对坝基部分施工高压喷射后，坝基13.0-22.9m标高沿轴线构筑一道折线形成连续的防渗板墙，经设计、监理、业主布点抽检，采用围井注水试验结果显示，板墙渗透性小，质量符合设计要求。主坝高压喷射注水试验检查结果见表5。

3.4测压管的水位情况对比及浸润线变化

主坝的测压管水位与库水位变化在灌浆前一灌浆中一灌浆后都有明显的变化，从工地现场中的0+080、0+040断面的测压定水位过程线可见，灌浆前测压管水位随库水位的升降变化，灌浆中测压管水位受灌浆压力的影响有上升趋势，灌浆完工后，测压管水位总体下降显著，并随库水位升降变化。

主坝灌浆后改变了原坝体的渗流状态，从0+080和0+040断面的测压管水位在库水位相同的情况下，灌浆前后有了显著的变化，见表6与表7的对比；坝体后的浸润线在灌浆后也比灌浆前下降2.46-4.62m，各断面测压管浸润线已有所变化，原ll测压管断面(O+040)的异常现象也消失。由此可见，浆体帷幕的防渗效果显著。

3.5渗流量情况

灌浆后一副坝渗流量明显减少(原溢洪道坝后坡裂缝水消失，渗水点流量减少)。主坝集水渠的三角堰、梯形堰的渗流量在灌浆的中后期干涸无水渗流；原两排水沟交汇处河床地段的冒水也同时消失。主坝灌浆前后渗流量过程见表8。

4　结语

综上所述，该水库除险灌浆加固工程严格依照设计图纸要求和国家有关规范进行施工，通过对灌浆过程的观察及灌浆后的效果检查，可得出如下结论：

1)主坝坝基13.0-22.9m标高高压喷射灌浆后，沿坝轴线构筑起一道折线形连续的水泥防渗板墙，对坝基的中粗砂层起到良好的防渗效果，通过围井注水试验检查，板墙渗透系数K值6.3-8.4 x 10-6cm／s，全部满足设计要求。

2)主坝、副坝的充填、劈裂灌浆，使坝体空隙得到压密充实，同时沿轴线形成一道帷幕，使得坝体防渗效果提高，通过探槽开挖检查，帷幕(浆脉)厚度：主坝18～50cm，副坝9～13cm，且分布连续均匀，孔与孔之之间连接较好，浆脉干密度平均1.41g／cm3，最，J＼-T-密度1.38g／cm3，平均渗透系数1.4x103，最小渗透系数2.5x106，最大渗透系数2.7x105，帷幕厚度由上到下逐渐增厚，灌浆质量满足设计要求。

3)灌浆后改变了原坝体的渗流状态，主坝的坝后浸润线在相同的库水位下比灌浆前下降了2.46～4.62m，原ll号断面(0+040)测压管水位的异常现象消失，坝体综合防渗效果显著。

4)灌浆后坝后渗流量明显减少，特别是主坝，在灌浆的中后期集水渠中的水干涸无渗流，原两排水沟交汇处河床地段的冒水也同时消失，可见灌浆防渗在施工的过程中就已显露效果。

5)灌浆后经过标准的汛期的考验，灌浆效果显著，施工质量经评定为优良，符合土坝防渗要求，可交付使用。

参考文献：

[1]白永年，马秀媛，顾淦臣等.中国堤坝防渗加固新技术[M].北京：水利电力出版社，2002.

[2]水利水电工程地质勘察规范.GB50287-99[S].北京：水利电力出版社，1999.

[3]水工建筑物水泥灌浆施工技术规范，SL62-94.中华人民共和国水利部，2002.

[4]徐有前.高压喷射灌浆技术在大坝防渗加固中的应用[J].合肥工业大学学报(自然科学版)，2003.

[5]李洪飞，段文君，揭梅.劈裂灌浆在含砾石土坝中的应用[J].水利发电学报，2004，23.