芯墙堆石坝渗漏处理研究

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摘要：芯墙堆石坝的核心是防渗体系。通常防渗体系自下而上采用帷幕灌浆（基岩防渗）+防渗墙（覆盖层防渗）+碾压芯墙（坝体防渗）。若芯墙堆石坝坝后渗漏，需要对上述三个位置进行探查后处理。本文是在踏查情况基本清晰的情况下，对防渗系统进行修复的试验，验证设计参数、探索处理材料，对试验前后情况进行了分析总结，为今后类似工程提供施工经验。

关键词：堆石坝；渗漏处理试验；成果

中图分类号： TV697.3+2 文献标识码： A 文章编号：

1、概况

1.1概述

阳江核电水库正常蓄水位46.82m，正常蓄水库容2200万m3。大坝为沥青砼心墙堆石坝。大坝轴线处为沥青砼心墙，向上、下游两侧过渡层为粒径30～150mm含有少量细砂的碎石料、石渣、堆石及干砌石护坡。大坝建成蓄水，河床段大坝后脚普遍出现渗漏，最大达到540.27L/S。为及时、准确的处理好大坝渗漏，根据渗漏勘察情况并结合渗漏观测数据，在全面处理大坝渗漏前，先做灌浆堵漏试验，以研究后续处理措施。

1.2试验区部位选择

（1）A组试验区：选择在渗漏较明显的地段做堵漏试验。设置A、B、C、D、E共5排灌浆孔进行堵漏处理试验。A、B排灌浆孔灌注膏状浆液； C、D、E排灌浆孔灌注混合浆液和水泥浆液。E排灌浆孔下部进行的坝基帷幕灌浆采用水泥灌浆处理。

（2）B组试验区：选择在渗漏较突出的地段做堵漏试验。设置F1、F2、F3共3排灌浆孔进行堵漏处理试验。F1排灌浆孔灌注膏状浆液； F2、F3排灌浆孔灌注混合浆液和水泥浆液。F2排灌浆孔下部进行的坝基帷幕灌浆采用水泥灌浆处理。F3排灌浆孔到达沥青混凝土心墙底部钢筋混凝土基座顶部。

1.3 试验目的和要求

（1）论证阳江核电水库沥青混凝土心墙堆石坝渗漏处理灌浆方案技术可行性和经济合理性；研究确定灌浆后的防渗体渗透。（2）开展浆材试验，选择适用坝体堆石料、石渣料、过渡料及基础振冲碎石桩处理的第四系覆盖层、全风化层等部位适宜的灌浆浆材和浆液配比。（3）研究适合堆石料灌浆钻孔设备，以及石渣料、基础振冲碎石桩处理的覆盖层、全强风化层等部位的成孔工艺及有关技术参数；（4）采用合适的检测方法，研究灌浆防渗体的抗渗效果及相关物理力学参数是否达到设计要求；

1.4试验形成的防渗指标

①坝体灌浆防渗体注水试验测得的渗透系数 K≤1×10-5cm/s，压水试验透水率q≤1Lu;②坝基帷幕压水试验透水率q≤5Lu，合格率达到90%以上。

2、渗漏处理灌浆试验施工

灌浆孔采取周边封闭、排间分序、排内加密施工。

2.1灌浆施工

2.1.1 灌浆方式

混合稳定浆液和水泥浆液采用自上而下分段、孔口封闭、孔内循环法灌注；采用自上而下分段、纯压式灌注膏状浆液。

2.1.2 灌浆材料及浆液配比

经过现场试验，选择材料和配比如下：灌浆材料有强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰、二级膨润土。浆材室内试验采用的材料与灌浆试验现场施工采用的材料相同。灌浆时各种浆液均由稀到浓灌注。

（1）水泥浆

水灰比（重量比）3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1的纯水泥浆。3:1开灌。

（2）膏状浆液、混合稳定浆液

灌浆试验浆材共配制膏状浆液32种，混合浆液30种，前后进行了3次调整。最后现场选择了膏浆3种（G1/G2/G3），混合浆3种(H1/H2/H3)。每种浆液灌浆均按照由稀到浓的原则进行变浆。灌浆效果较好。

2.1.3试验浆液变换

灌浆浆液变换采用由稀到浓的顺序进行。

①采用G1(H1)号浆开灌；当G1(H1)号浆注入干料量达到1t/m后，注入率仍≥30L/min时，立即变浓灌注G2(H2)号浆；②当G2(H2)号浆注入干料量达到3t/m后，注入率仍≥20L/min时，立即变浓灌注G3(H3)号浆，直至结束；③若变浆至G3(H3)号浆、且G3(H3)号浆注入干料量达到2t/m后，仍无法结束的，则待凝6～8小时后扫孔、复灌。复灌时重复上述步骤，如此反复。直至正常结束。

2.1.4结束标准

(1) 膏状浆液灌浆：符合下述条件之一者，即可结束灌浆：在规定的压力下，单位吸浆量小于2L/min时，继续灌注30min；或②灌浆孔灌入干料累计量达6t/m 时，单位吸浆量仍较大，并难以达到结束标准，间歇待凝6～8h 后再进行扫孔复灌。

(2) 混合稳定浆液灌浆：在规定的压力下，单位吸浆量小于0.4L/min时，继续灌注40min，即可结束灌浆。

(3) 帷幕灌浆：在规定压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注60min；或注入率不大于1.0L/min时，继续灌注90min，灌浆可以结束。

2.2检查孔施工

2.2.1 检查孔评价方法

检查以压水和孔内电视为主，将单点法压水改为五点法压水。

2.2.2检查孔布置

检查孔共布置7个。 检查孔各段均按5m分段压水。采用双管单动钻具取芯。由于堆石体、过渡料II中碎石经钻具碾磨、扭断等破坏了碎石之间粘接，导致取出的芯样都很松散、部分芯样有磨损等造成岩芯获得率偏低。

2.3 施工中的特殊情况及处理办法

钻孔中由于粉细砂含量较高，钻进困难。每钻进5m段长、其下部有2～3m的孔深会塌孔。I序孔钻孔采用较稀泥浆护壁、返沙，但效果并不理想。后又采用了缩短段长灌注。直至全孔灌封。钻孔主要使用金刚石钻头、牙轮钻头、弹簧钻头进行造孔，泥浆返沙，保证钻孔的进行。灌浆前，下水口钻杆至钻深，用清水冲洗钻孔至水清。

3、渗漏处理灌浆试验效果检查

3.1压水试验成果分析

共7个检查孔30段压水试验，其透水率为 0.06～9.2Lu，渗透系数为3.72E-05～7.34E-05。压水试验结果，较灌前透水率降低明显，说明试区深覆盖地层的渗透情况，经灌浆处理后，改变较大，表明灌浆效果较好。

3.2取芯描述

7个检查孔共钻孔233.2m，能见水泥结石76处，结石呈灰黄-灰色，结石与碎石胶结。结石最长20cm。说明灌浆效果显著。

3.3量水堰试验期间水量变化

在试验期间，加强了对坝体下游量水堰的观测，自2011年8月份灌浆试验以来，随着灌浆的进行，坝体渗漏量相应减少，量水堰所测漏水量逐步下降。漏水量由8月份的540.27L/s降至12月试验完成时的400.28L/s。渗水量下降140L/s,下降幅度达到25.9%。这表明灌浆能较好的处理大漏量、动水地段的渗漏问题。也说明本次灌浆效果较好。

3.4孔内电视成果分析

通过孔内电视，观察孔壁情况，堆石与堆石之间、堆石与碎石之间、碎石之间的缝隙均被灌浆浆液所充填,未发现有空的缝隙。

4、结语

（1）从Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、 Ⅲ序孔钻孔灌浆情况及检查孔压水试验成果看，通过灌浆，能够形成防渗幕体。

（2）本次采用的造孔工艺、制浆工艺、灌浆工艺和施工流程是适合的。坝体成分复杂，渗透系数变化大，透水性不均一，规律性差，该地层通过灌浆试验，能形成防渗体。灌后压水试验能达到设计渗透系数iE-05cm/s的标准，灌浆效果较好。

（3）本次灌浆在各地层中灌浆效果统计：堆石体灌注膏浆平均单耗1976kg/m，过渡料I/II灌注混合浆平均单耗1675kg/m，第四纪覆盖层灌注膏浆+混合浆平均单耗1566kg/m。说明本次试验选用的浆材、各级配比是适合相应底层的。但在过渡料I中，仍需选用颗粒更细的浆材灌注。

（4）采用XY-2型岩心钻机、金刚石钻头、I序孔泥浆护壁、II、III序孔清水冲洗的钻进工艺是可行的。处理人工填料地层，采用孔口封闭法灌浆，简单易于操作，质量有保证。由于地层孔隙率大，耗浆量多，需要采用集中制、供原浆。

（5）灌浆效果检测采用压水试验及孔内电视相结合，可以了解防渗体的抗渗效果的。

参考文献:

[1]《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T 5148-2001）

[2]孙钊《大坝基础灌浆（第三版）》