小塔山水库主坝溢流闸基础防渗帷幕灌浆施工要点

摘要：小塔山水库溢洪闸座落在一断裂破碎带（F3）上，岩石遭受过强烈的构造运动，节理裂隙较发育，具中等透水性；在闸底板及上游第一节翼墙底板下进行了帷幕灌浆，灌浆结束后在检测孔进行了压水试验，透水率均〈5Lu，满足设计要求，灌浆质量和防渗效果良好。

关键词：断裂破碎带，帷幕灌浆，压水试验

Abstract: Xiaotashan reservoir spillway gate is located in a fracture zone (F3), rock suffered a strong tectonic movement, fissures are developed, with moderate permeability; the curtain grouting in sluice upstream section of wing wall and bottom plate, after grout in detecting hole for water pressure test, drainage rate of '5Lu, meet the design requirements, the grouting quality and anti-seepage effect is good.

Keywords: fracture zone, grouting, water pressure test

中图分类号: TV543文献标识码:A 文章编号:

1 工程概况

小塔山水库位于连云港市赣榆西北部，距赣榆县城约17Km。水库于1959年10月在原青口河中游筑坝拦蓄而成，集水面积386Km2，总库容2.7×108m3，是一座以防洪为主，结合农业灌溉、城镇工业生活供水和水产养殖等综合利用的大（2）型水库，主坝溢洪闸为2级水工建筑物。溢洪闸位于水库主坝东端，为圬工结构，闸基岩石为片麻岩、混和岩、角砾岩、辉绿岩等几种变质岩，施工时采用大爆破，基岩破碎并有多道裂缝，对基岩裂隙未作处理，仅浇筑0.3m厚砼底板，抗渗性能较差，投入运行后陆续出现病险情况，需将主坝溢洪闸拆除重建。

2 工程地质

小塔山水库位于沂蒙山东南坡麓丘陵区，地势西北较高，东南低缓，地貌类型属低山丘陵～剥蚀残丘。在大地构造上库区位于华北准地台鲁苏地盾，由太古代的一套受到不同程度混合岩化作用的变质岩系组成基底，库区东南约40km为连云港断裂带，通过库区主坝的为走向N70°～85°E的塔山断裂带（F3），溢洪闸全部座落在这一破碎断裂带上，断层两侧与破碎带之间则表现为垂直差异运动，并具有趋势性弹性波状变形运动（蠕变）的特性。

溢洪闸闸基岩石以风化碎斑岩、碎斑片麻岩、碎裂安山玢岩为主（局部为辉绿岩脉），灰黄、灰杂肉红色，岩石遭受过强烈的构造运动，节理裂隙较发育（一般每隔20～50cm一条，节理密集带每2～10cm就见一条，主要为剪切共轭节理，呈X状交叉），走向以近东西向居多，倾角大多为50～80°，部分节理间隙间填充棕红色硬塑粘土，一般厚1～2cm，个别较厚，可达5cm左右，且粘土中杂石英质硕石，棱角状。节理面光滑，多呈闭合状，少数张开，可见铁锈膜。

为测得闸基岩体透水性，对基岩采用单栓塞分段压水试验。试段透水率采用下式计算：

q = Q3 / (l ·P3)

式中：q ——试段透水率（Lu）；

l ——试段长度（m）;

Q3 ——第三压力阶段的计算流量（l/min）;

P3 ——第三压力阶段的试段压力（MPa）。

压水试验成果见“钻孔压水试验成果一览表”（表1）。岩体平均透水率q=43Lu，闸基岩石破碎带具中等透水性。压水过程中，有水沿裂隙冒出地表。

表1 钻孔压水试验成果一览表

3 帷幕设计简况

在工程加固初步设计中，考虑到主坝溢洪闸闸下岩石风化、裂隙较发育，采取了帷幕灌浆的加固方案。具体为：在闸底板及上游第一节翼墙底板下各布设两排帷幕灌浆孔，孔距2m、排距1.7m、孔位呈梅花型布置，底板顶标高29.5m，灌浆孔底标高23.5m，孔深6m。施工过程中，在对先导孔进行的压水试验中发现，部分钻孔水压仅能维持在30kpa，局部钻孔水压为零，地面有冒水现象发生，进一步表明闸基下岩石较破碎且透水性较强。为确保防渗帷幕效果，灌浆孔布置由原先2排改为3排，同时将原下游侧孔孔距由2.0m改为1.0m。其主要设计参数如下：

(1)帷幕由3排灌浆孔组成，孔距一般为1.0m。

(2)帷幕深度按照设计底线和伸入透水率q≤50Lu的岩体内的标准控制，钻孔深度一般为6m。

(3)灌浆孔均为垂直孔，考虑到钻孔深、造孔精度高、工期紧等特点，分为两个次序施工，成孔在底板砼浇筑前完成，孔内预埋钢管高于底板顶，底板浇筑时，在底板上预留检查孔。

(4)灌浆后的合格标准为：检查孔压水试验透水率q≤5Lu。

4帷幕灌浆施工

4.1布孔

用经纬仪按照设计图纸测放出施工帷幕中心线，再用钢尺量距，确定钻孔位置，在每一孔位上打入20cm定位钢筋，孔位偏差小于10cm。

4.2成孔及注浆管埋设

考虑到闸底板的整体性，在浇筑闸底板前用钻机成孔并预埋注浆管。成孔前测孔口高程确保闸底板孔底高程在22.3m以下，翼墙孔底高程在22.6m以下。成孔时利用机器自身的垂直度控制系统并配合水平尺调平，确保钻孔垂直；成孔后，在预埋注浆管前测量实际孔深，保证孔深符合设计要求；埋管时地面向下1.0m处注浆管壁用编织袋扎好，以防做阻浆盖时砂浆落入孔内，并用铅垂线校直注浆管。

4.3压水试验

钻机钻孔达预定的深度后，取出孔内岩芯，将钻具下到孔底，用大于60L/min的大水量进行洗孔，直到回水变清，孔内的杂质沉淀物厚度不超过10cm时，结束洗孔。依据规范要求对部分孔进行压水试验，因裂隙较发育，压水过程中大多数孔均顺裂隙向地表冒水，仅有3个孔试验较成功。

4.4浆液配合比与浓度控制

灌浆材料为425＃普硅水泥，水泥计量误差不大于5％。灌浆前进行灌浆试验，取得适宜的灌浆参数，以使帷幕灌浆达到设计要求。浆液浓度按先稀后浓逐渐变换的原则，根据现场实际情况结合规范“当注水率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓”的原则。本次灌浆基本以5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1七级水灰比进行注浆，开罐水灰比采用5：1，特殊情况时用0.6：1的浆液灌注（如15＃、16＃等孔在闸底板外上游侧冒浆时采用）。灌浆过程中采用限量法进行浓度变换，即：当第一级浆液注入量达300L以上或灌注时间达1h，而注浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，则浆液加浓一级。

4.5灌浆压力控制与抬动观测

小塔山水库溢洪闸帷幕灌浆的时间，选在闸室底板施工完毕后进行，不允许灌浆对闸室底板产生抬动，依据设计要求灌浆压力控制在300KPa，采用一次升压法，灌浆开始尽快地升高到规定压力，并在灌浆时安排专人对底板进行垂直位移监测。

4.6终灌及封孔

灌浆采用自上而下分段灌浆法，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，继续灌注90min。现场采用测5min灌浆量的方法控制这一指标，确保符合规范要求。灌浆结束后，随着水泥浆液的凝结收缩，灌浆孔上部形成空洞，吸出其中结水后用高标号砂浆封填。底板上的孔口重凿后再用高标号微膨胀砂浆将底板砼面摸平。

4.7常见问题的处理

在灌浆过程中出现灌浆中断、串浆、地表冒浆等问题，现场作出了如下的解决措施。

4.7.1灌浆中断

灌浆过程中因输浆管堵塞、连接不牢、压力表失灵等因素引起的暂停现象为灌浆中断。灌浆中断后由于浆液中的水泥颗粒沉淀和浆液凝结将堵塞原来浆液流动通道。本次采取的措施为每半天将输浆管及三通用清水彻底冲洗一遍，确保输浆管畅通，另预备清水和绑扎工具以及压力表，随时准备维修。

4.7.2串浆

灌浆过程中，浆液从邻孔冒出的现象为串浆。产生串浆的原因是岩石中裂隙较多，相互串连形成通道。本次灌浆过程中采取用盖头堵住串浆孔，多孔同时灌注的方法进行处理。

4.7. 3地表冒浆

灌浆过程中浆液顺裂隙往上冒出或沿底板与基岩接触带冒出的现象称地表冒浆。本次采用降低灌浆压力。增大浆液浓度、限制进浆量的方法，待冒浆停止，压力达到规定压力后，再正常进行灌浆。

5灌浆效果及质量分析

在满足规范要求的同时考虑到闸底板钢筋的整体性，共钻6个检测孔，压水试验检测结果见表2。

表2 检测孔压水试验成果表

检测孔压水试验透水率均〈5Lu，满足设计检查要求，说明灌浆质量和防渗效果良好。

6结语

(1) 小塔山水库溢洪闸全部座落在塔山断裂带（F3）上，岩石遭受过强烈的构造运动，节理裂隙较发育，具中等透水性，采用帷幕灌浆，是很好的防渗方法，既可降低闸基的扬压力，又可减少渗流量。

(2)灌浆材料采用水泥浆，可灌性好，抗渗性好，在灌浆时用比重计测定输入浆液的比重推算水灰比，以使浆液质量得到有效控制，并根据灌浆进程及时变换浆液浓度。

(3) 防渗帷幕的深度根据作用水头、工程地质、地下水文特性确定。防渗帷幕的厚度满足抗渗稳定的要求，即帷幕内的渗透坡降应小于容许的渗透坡降[J]。防渗帷幕厚度应以浆液扩散半径组成区域的最小厚度为准，厚度与排数有关，排距宜比孔距略小。

(4) 小塔山水库溢洪闸帷幕灌浆除在闸室底板下进行外，还在上游第一节翼墙底板进行了帷幕灌浆，防渗帷幕在闸室两侧延伸一定距离，有利于溢洪闸的渗流稳定。

(5) 小塔山水库溢洪闸帷幕灌浆的时间，选在闸室底板施工完毕后进行，灌浆压力进行了严格控制，不允许灌浆对闸室底板产生抬动；灌浆结束后在检测孔进行了压水试验，透水率均〈5Lu，满足设计要求，灌浆质量和防渗效果良好。

参考文献：

［1］《工程地质手册》编写委员会. 工程地质手册［M］.4版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

［2］《水利水电钻孔压水试验规程》（SL31－2003）. 北京：中国水利水电出版社，2003.

［3］《小塔山水库除险加固工程竣工验收工作报告》. 连云港市小塔山水库除险加固工程建设处，2007.

作者简介：

蔡渊蛟，男，1971.5，工程师，江苏省工程勘测研究院有限责任公司