帷幕灌浆技术在白泥坡水库除险加固工程中的应用

王璐华

（云南省曲靖市麒麟区水务局，655000，曲靖）

一、工程概况

白泥坡水库位于云南省曲靖市麒麟区西南19 km，水库总库容381.30万 m3，正常库容 295.00万m3，兴利库容 289.50 万 m3，属小（1）型水库。白泥坡水库经27年运行，在坝肩、坝基出现多处渗漏，局部渗漏严重，影响大坝的安全稳定运行。经有关设计部门研究确定，对整个大坝基础、坝身及两坝肩进行防渗灌浆处理。

设计方曲靖能阳水利水电勘察设计有限公司经过多方案比选，推荐采用灌浆方案进行防渗，施工内容主要包括坝体、两岸及基岩防渗灌浆。

二、灌浆施工

1.灌浆孔的设计布置

大坝帷幕灌浆长度437.5 m，共计228个灌浆孔，主坝帷幕灌浆孔向上游偏离老坝轴线1.0 m布置，副坝帷幕灌浆孔向上游偏离新坝轴线1.0 m布置，均为单排孔，孔距2.0 m，分三序施工,帷幕底界深入弱透水层不小于3.0m。灌浆后使防渗帷幕内坝身土体渗透系数K小于1×10-5cm/s，接合部及基岩内的透水率q小于10 Lu。

2.施工方法

①主要施工设备。为保证质量和工期，共组织投入两个钻灌机组。

②施工顺序：测量→布孔→设备安装→抬动观测孔→先导孔→I序灌浆孔→Ⅱ序灌浆孔→Ⅲ序灌浆孔→质量检查孔。相邻的两个次序孔之间，钻孔灌浆的间隔高差不小于15 m。

③施工测量。在施工前按监理部门提供的测量基准点、基准线及相关数据，与监理工程师共同校测基准点（线），并复核资料和数据的准确性，根据提供的测量资料，对帷幕灌浆孔轴线进行实测。

④灌浆孔布置：a.钻孔的孔位、深度、孔径、钻孔顺序和孔斜等按施工图纸要求和监理工程师指导执行。开孔前，均实测孔口高程，钻孔一律采用合金钻头结合金刚石钻头钻进，禁止采用钢粒钻进，孔壁保持完整以利于止水止浆。坝体采用无泵干钻，坝基岩石采用清水钻进。b.灌浆孔的开孔孔位需符合施工图纸要求。帷幕灌浆孔的开孔孔位与设计位置的偏差应不大于10 cm。复核孔位无误后，用红油漆标明序号。钻机安装应平整稳固，钻进时要保证天车、立轴和孔位三点一线。钻杆用φ42 mm或φ50 mm内丝钻杆，岩芯管长度不低于3.0 m。c.钻孔时必须保证孔向准确。孔深超过20 m改孔径时，要带导向器。其孔底偏差值不得大于表1规定的数值。

施工时采取可靠的防斜措施，发现钻孔偏斜超过规定时，及时纠偏，或采取经监理工程师批准的其他补救措施。纠正无效时，应按监理工程师的指示报废原孔，重新钻孔。施工过程中，所有帷幕灌浆孔均采用JJX-3A型物探测斜仪进行终孔测斜，经测斜证实，孔底最大偏距0.57 m，最小偏距0.04 m，所有钻孔斜度均符合要求。

⑤钻孔冲洗和压水试验：a.各灌浆段在灌浆前均进行洗孔和捞渣，以保证孔内干净，孔底沉渣小于20 cm。钻孔冲洗压力采用80%的灌浆压力，压力超过 1MPa时，采用 1MPa，洗孔至回水澄清为止，冲洗孔最短时间不少于30 min。b.在先导孔钻至地下水水位时，需进行地下水水位测定，按每5 min测读一次孔内水位，当水位下降速度连续两次小于2 cm/min时止，以最后的观测值作为稳定地下水水位值，并以先导孔确定的稳定地下水水位作为灌浆施工的稳定地下水水位标准。c.先导孔各灌浆段灌浆前均进行单点法压（注）水试验，先导孔结束后，仅对少量基岩段进行单点法压水试验，坝土段则不做注水试验。坝土段先导孔注水试验采用齐孔口的一个压力点进行，基岩段压水压力为该段灌浆压力的80%，该值大于1MPa时，采用1MPa。压水时间采用每5 min测读一次压入流量，压水时间一般为20 min。压水稳定标准为：连续4次读数中最大值与最小值之差小于最低值的10%，或最大值与最小值之差小于1 L/min时即可结束试验，取最后的流量作为计算流量，注水试验成果以渗透系数K值表示，压水试验成果以透水率q（Lu）表示。

⑥止水及止浆：采用跟套管的方法进行止水及止浆，即先用小一级的钻具成孔，钻进至预定孔深时，再打入大一级口径的套管以利于止水和止浆。对基岩采取上提式循环灌浆止水器止水和止浆。

⑦灌浆材料：本灌浆工程基岩采用纯水泥浆液灌注，坝体采用水泥∶黏土=1∶2的水泥黏土浆灌注，岩土接合部采用水泥∶黏土=1∶1的水泥黏土浆灌注。水泥采用强度等级42.5R的普通硅酸盐水泥，所采用水泥必须新鲜，其细度要求通过80 μm方孔筛，其筛余量不大于5%。灌浆用黏土采用库区附近白云岩风化料，使用前采取土样进行分析试验后确定使用。

⑧制浆：a.制浆材料必须称量，称量误差应小于5%，且水泥等固相材料采用重量称量法。黏土用湿法加工，经沉淀池沉砂并经过滤后制成浓浆储存于浆池中使用，使用时测定比重，再按配比计算加入水泥和水的用量。b.各类浆液搅拌均匀，测定浆液浓度和粘滞度等参数，并作好记录。c.纯水泥浆液的搅拌时间：使用普通搅拌机时，不少于3 min；使用高速搅拌机搅拌时，不少于30 s。浆液在使用前过筛，从制备到用完的时间小于4 h。d.浆液温度保持在5～40℃，低于或超过此标准的视为废浆。

⑨灌浆设备和机具：制浆设备为自制的450 L高速搅拌机（1 500 r/min），浆液搅拌完后通过过滤网，灌浆泵选用BW250/50型三缸往复式柱塞泵，输浆管路采用1.5寸高压胶管，胶管最大承受压力10 MPa，灌浆泵和灌浆回浆管处均安装压力表，压力表定期检测，压力表与管路之间设有胶皮隔离装置。

⑩灌浆施工方法和灌浆方式：根据施工技术要求，采用自上而下分段、孔内循环式的灌浆方式。其单孔施工程序是：钻进（第一段）→钻孔洗孔、捞渣（坝土段不洗孔，仅捞渣）→观测水位→压（注）水试验→灌浆→待凝→复灌与否→钻进下一段；如此反复，最后校正孔深、测斜及采用压力分段灌浆封孔。帷幕灌浆段长度一般为 5.0 m，接合部 3.0～3.5 m，遇特殊情况可适当加长或缩短，但不宜大于7 m。采用自上而下分段灌浆法时，灌浆塞塞在已灌段段底以上0.5 m，以防漏灌，为了避免浆液沉淀，堵塞裂隙，用0.6英寸水管作射浆管，射浆管距离孔底不超过0.5 m。各灌浆孔段，不论渗透系数及透水率大小均严格按照技术要求进行灌浆。

[11]灌浆压力：根据工程类比法，结合白泥坡水库地质情况，灌浆压力按下式计算：

a.土层灌浆压力的控制

P=mZ

b.接合部及基岩灌浆压力的控制

P=P0+mZ

式中，P 为灌浆压力，MPa；P0为表面地段允许的压力,取 0.10～0.20MPa；m为灌浆段顶板在岩土层中每加深1 m所允许增加的压力值，取0.025～0.035 MPa/m；Z为灌段上覆岩土层厚度，m。

灌浆过程中应尽快达到设计压力，但接触段和注入率大的孔段分级升压。

[12]浆液配合比及浆液浓度的选用：a.坝土段采用 1∶2（水泥：黏土）混合浆灌注，接合部采用 1∶1（水泥：黏土）混合浆灌注，浆液比重为1.20、1.30、1.35、1.40、1.45、1.50 g/cm 六 个 等级。b.基岩段采用纯水泥浆液灌注，浆液比级为 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1 七个比级。

[13]灌浆浆液变换：a.当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不改变水灰比。b.当某一级浆液的注灰量已达300 L以上，或灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，改浓一级。c.灌浆过程中，灌浆压力或注入率改变较大时，应立即查明原因，采取相应的措施处理。d.对耗浆量较大的孔段，采取少灌多复的原则进行灌浆。

[14]灌浆结束标准：坝土段连续两次复灌均出现冒浆现象即可结束灌浆，直观上要以饱、满、实为度；基岩段采用自上而下分段灌浆法灌浆时，在设计压力下，当注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注30 min或不大于1 L/min时继续灌注60 min，灌浆可以结束。当长时间达不到结束标准时，报请监理工程师共同研究处理措施。

[15]灌浆孔封孔：a.每个帷幕灌浆孔全孔灌浆结束后，会同监理工程师及时进行验收，验收合格的灌浆孔才能进行封孔。b.帷幕灌浆孔封孔采用“分段压力灌浆封孔法”进行封孔。c.封孔浆液基岩采用 0.6∶1或 0.5∶1的纯水泥浆，坝体采用容重1.40 g/cm3或1.50 g/cm3的水泥黏土混合浆，封孔压力和该段的灌浆压力相同，封孔饱满、密实。

三、灌浆效果分析

1.灌浆注灰量整理分析

从单排帷幕灌浆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔单位注灰量情况来看：Ⅰ序孔58个，灌浆进尺2 201.54 m，水泥注灰量621 936 kg，黏土注灰量118 396 kg，平均单位干料注灰量336.3 kg/m；Ⅱ序孔 57个，灌浆进尺 2 173.05 m，水泥注灰量484 126 kg，黏土注灰量115 961 kg，平均单位干料注灰量276.1 kg/m，较Ⅰ序孔平均单位水泥注灰量降低18.0%；Ⅲ序孔113个，灌浆进尺4312.11m，水泥注灰量532647 kg，黏土注灰量160 948 kg，平均单位干料注灰量160.8 kg/m，较Ⅱ序孔平均单位干料注灰量降低41.8%。单位注灰量随灌浆进程呈现出减少趋势。由此可以看出，防渗帷幕灌浆分三序施工各次序孔灌浆规律明显，变化较大。

2.单位注灰量频率曲线及频率累计曲线分析

从频率曲线（图1）看出，单位注灰量大值区间自上而下依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序，而小值区间自上而下依次为Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ序；从频率累计曲线图可以看出，单位注灰量自右向左依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序。说明通过Ⅰ序孔灌浆处理，岩土层的孔隙或裂隙得到一定程度的充填，通过Ⅱ、Ⅲ序孔的加密施灌岩土层渗透性能得到明显改善。随着灌浆序次的推进，单注量均呈现出大值区间段数逐渐减少、小值区间段数逐渐增多的变化趋势。说明随着灌浆序次的推进，裂隙被逐次充填，灌浆施工正常，灌浆效果良好。

3.检查孔压（注）水试验分析

帷幕灌浆效果检查主要以钻孔压（注）水试验为主，共23个检查孔，并报业主、设计、监理、地质部门同意，共进行检查孔压（注）水试验175段。其中注水试验18段，其渗透系数最大 值 Kmax=6.8×10-6cm/s， 最 小 值Kmin=1.4×10-7cm/s，K 值为 10-7cm/s的10段，占55.6%，K值为10-6cm/s的 8段，占 44.4%；压水试验 157段，其透水率最大值qmax=9.68Lu，最小值qmin=2.45Lu， 透水率 q=1～3Lu的 4段，占2.5%，透水率 q=3～5Lu的 43段，占27.4%，透水率q=5～10Lu的110段，占70.1%。渗透系数或透水率均满足设计要求，说明帷幕灌浆后，渗水通道已被堵塞，灌浆效果较好。

4.单元工程质量评定

本次大坝帷幕灌浆分部工程，共划分为23个单元工程。每个单元工程8～10个灌浆孔 （未含检查孔），经建设、监理、施工方共同进行质量评定，全部228个钻灌孔均达到合格。其中优良孔164个，优良率71.9%。23个单元工程中，19个单元质量等级为优良，4个单元质量等级为合格，评定等级为优良。

四、控制施工质量的注意事项

①由技术组负责明确设计目的、施工要求，熟悉、掌握地层情况，确定可行性的施工工艺。参加施工的人员，在动工前需要针对本工程的特点进行质量培训，主要内容是学习设计文件、明确各工序、各环节的质量责任制。

②请设计代表进行技术交底。分别于开工前、施工期间、收尾阶段多次请曲靖能阳水利水电勘察设计有限公司设计代表现场进行技术交底，并向设计代表进行技术工作的汇报。

③明确工序质量责任制。由项目部明确各工序的质量标准和质量责任，由主管生产的项目副经理确定各工序的质量责任人（即生产班组长）。各工序的原始记录要整洁、准确，并有责任人签字。

④完善验收制度。工序间严格实行三检制。每一道工序合格后方可进行下一工序的施工，由施工质检员会同监理工程师进行检查、验收。验收时若发现不符合要求，则由质量责任人无条件返工补救。

⑤项目经理部于开工前，制定出完善的质量奖惩方法，对忽视质量造成损失的责任人，运用经济、行政手段予以惩罚。

⑥施工中，对所有用于钻孔、冲洗、压（注）水试验和灌浆的机械设备及仪表进行定期复检和随机抽检，同时实行全面质量管理。

⑦实行质量一票否决制。质量监督员、设计代表、监理工程师均有对不符合质量要求的施工工序行使勒令停工、返工、罚款的权力，严把工序管理质量关，工程施工中未发生质量问题。

[1]孙钊.大坝基岩灌浆[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

[2]中国水利水电基础工程局.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（DL/T5148—2001）[S].北京：中国电力出版社，2002.