某水库围堰坝基灌浆设计及施工刍议

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【摘要】本文结合某水库围堰工程的施工现状，主要对围堰坝基帷幕灌浆的设计参数，施工技术及其效果评价与经验方面进行相关探讨。

【关键词】水库围堰；帷幕灌浆；防渗处理

1工程概况：

某水库水库集雨面积8.6km?，总库容1528 万m?，是一项防洪、灌溉综合利用的中型水库工程，是十分重要的水利工程设施。坝基断面呈“V”字型，下底基岩属石英砂岩，惟幕灌浆施工范围内，坝基风化岩土层可分为松散岩土层和坚硬岩石层。松散岩土层是以坡残积土为主，部分为全风化泥岩和强风化（岩芯多呈土状或半岩半土状的石英砂岩），顺坡方向愈来愈薄，分布在坝基左岸上部和右岸上部局部位置，最大厚度大约15M；坚硬岩石层以微风化泥岩为主。坝基岩土层分布见图1。

2 灌浆孔布置及有关设计参数

灌浆孔初步布置及有关设计参数如下：

（1）帷幕灌浆孔布置（图2）：布置两排灌浆孔于中轴线两侧，排距2m；单排灌浆孔孔距3m；两排孔呈“锯齿状”分布；孔深一般25m，最大深度31m。

（2）截水槽和混凝土盖板：截水槽位于坝基中轴线，底宽8m，开挖深度为：松散岩土层开挖2m，坚硬岩石层开挖1m。表面浇注厚0.8m混凝土盖板；

（3）灌浆压力：对松散岩土层，第一段压力0.2MPa，以后每加深一段增加0.05MPa；而坚硬岩石层，第一段压力0.2MPa，以后每加深一段增加0.1MPa。

（4）处理后岩土层透水率要求不大于5Lu。

但按原设计施工完成后，由于松散岩土层吸浆量偏大或未能满足对透水率要求，因此在松散岩土层补充加密了100个灌浆孔。首先增加了Ⅲ排灌浆孔，后又对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ排灌浆孔进行了加密，最后再增加Ⅳ、Ⅴ排灌浆孔（图2）。

3 主要施工工艺与技术要求

帷幕灌浆施工工序步骤：钻探成孔；洗孔；压水试验（或简易压水试验）；制浆与分段灌浆；封孔。主要的施工方法、设备和技术要求如下：

灌浆材料采用标号525#硅酸盐水泥；钻灌机械有回转式钻机、往复式泥浆泵、浆液搅拌机、制浆机、水泵、橡皮囊气胀式栓塞、压力表、水表、高压力浆胶管、阀门、孔口封闭器等；施工顺序为先施工下游排再施工上游排，每排灌浆孔分为1、2、3共三个次序进行分序灌浆，先疏后密、中间插补；钻进成孔采取清水钻进，松散岩土层采用合金钻头，坚硬岩石和混凝土盖板均采用金刚石钻头；压水试验采用“单点法”；灌浆采用循环式自上而下分段灌浆方法。灌浆段封闭采用孔口封闭法或栓塞封闭分段灌浆法。

4 灌浆效果评价

施工和压水试验检测结果表明，通过帷幕灌浆防渗处理效果明显。特别对坚硬岩石层效果更好。从坚硬岩石层上、下游排单位注入量频率曲线和频率累计曲线图（图3和图4）可知，各排和各次序孔单位注入量随灌浆过程的推进有明显的递减规律，且岩石层透水率大于5Lu的灌浆段数明显减少。

松散岩土层通过多次加密灌浆后，同样满足了设计要求，单位注入量从开始（最大达800kg/m）到最后的明显变化已证明了灌浆防渗效果是明显的。从松散岩土层上、下游排单位注入量频率曲线和频率累计曲线图（图5和图6）可知，各排和各次序孔单位注入量随灌浆过程的推进有明显递减趋势，但局部规律性不强，透水率递减规律性也不明显，这主要由于原布置钻孔孔距偏大。但通过加密灌浆处理，该层各灌浆段水泥吸浆量已明显减少，最后一次加密的灌浆孔单位注入量均小于50kg/m，且一般小于20kg/m。

5 施工经验总结

（1）目前水库蓄水使用情况表明，采用灌浆的方法对该水库坝基进行帷幕防渗处理是可行和有效的。

（2）与坚硬岩石层相比，松散岩土层透水率较大，吸浆量偏大、较集中，这从投入的工作量已证明。

（3）松散岩土层浆液充填是通过对原生节理裂隙或次生节理的劈裂作用来完成的，施工中在后序灌浆孔钻进时岩芯中可见条带状水泥，而条带状水泥之间肉眼难见到水泥的痕迹，可见浆液对孔隙的充填是困难的，而充填后的地层得到较好的挤密、密实作用。

（4）松散岩土层灌浆施工的难度相对要大，表现在：吸浆量大；易冒浆；可承受的灌浆压力有限；浆液渗透半径小；成孔困难（钻进易塌孔，需采用导管护壁）；灌浆栓塞封闭困难；浆管易堵塞等现象。

（5）分序灌浆是灌浆一个重要步骤，其优点表现在：可以逐步地、更准确探明场地地层情况，为调整灌浆孔深度和间距提供依据；可逐步检查和正确评价前期灌浆所达到的效果，可避免或减少灌浆孔之间相互串浆；及后期施工设备过分集中，可提供宽松的施工场面。

（6）施工过程中的压水试验是灌浆一个重要环节，可起到压力冲洗的目的，方便浆液的进入；为本段灌浆可能吸浆量提供信息，指导灌浆施工，以便对灌浆作出必要的准备，包括浆量、人员、时间等方面的安排；对先期灌浆成果作出评价；为下一步灌浆施工进行决策提供依据；对地质勘测资料作补充。

（7）灌浆段封闭是灌浆顺利和质量保证的前提。常用孔口封闭法和栓塞封闭法，应根据地层条件选定。孔口封闭法对灌浆质量有较好的保障。表现在：其一，灌浆除了主要对该新钻段进行灌浆外，可使其上已灌浆各段能若干次重复灌浆，灌浆质量更有保证；其二，在灌浆过程中，是利用钻杆作“孔内循环”，能有效防止浆液沉淀，特别是稠浆，历时较长（一般2小时以上）不易堵管、埋塞等，且封闭效果很直观。缺点是造成了施工工时和一些材料的浪费（重复扫孔的工作量增大，造成水泥浆浪费并增加施工工作量；孔口需埋设导管并造成浪费）。

（8）在灌浆施工范围内，地表浇注水泥盖板也是重要的。其作用：解决了灌浆过程别是在松散岩土层中封闭困难的问题；防止地表、斜坡冒浆和地面抬升；解决了灌浆过程别是在斜坡上施工平台固定难的问题，提高施工安全性。

（9）详细的勘测资料和灌浆试验有利于设计方案的选择、方案布置和设计参数的选用，同时可减少施工过程不必要的麻烦，以免延误施工工期。

参考文献

[1] SL62―94，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[s].北京：中国水利水电出版社，1994.

[2] DL/T5148-2001.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S]

[3] 张景秀.坝基防渗与灌浆技术[M].北京：水利电力出版社，1992.