山口水库帷幕灌浆及土坝坝体造孔方法探讨

□任天翊（三门峡市山口水库工程建设管理处）

□魏东坡（三门峡市水利勘测设计有限责任公司）

□黄玉景（三门峡市水利局）

1.工程简介

山口水库位于三门峡市陕县张茅乡境内，青龙涧河支流山口河上，坝址距离三门峡市区约20km。水库是一座以农业灌溉为主，兼顾供水、防洪、生态旅游等综合利用的小（1）型水库，工程主要任务是：为下游440hm2农田和沿线农村4200口人的饮水提供水源；为三门峡市区涧河补充生态用水；是三门峡市城市居民生活用水的备用水源；提高下游河道行洪能力。防洪标准50年一遇设计，500年一遇校核。

坝址以上控制流域面积28.15km2，水库规划总库容503万m3，兴利库容307万m3，死库容46万m3，水库500年一遇校核洪水位662.28m，50年一遇设计洪水位660.71m，兴利水位657.00m，死水位637.50m。工程规模属小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物：大坝、溢洪道、输水建筑物等。

大坝坝型为土质防渗体分区坝，分为土质防渗区和堆石区，上游为混凝土面板和土质防渗体填筑，下游为堆石区，两区间为反滤层和过渡层。大坝最大坝高42.50m，坝顶高程662.50m，坝顶宽度6m，坝顶长153m，上游坝坡坡比自上而下为1：2.5和1：2.75，下游坝坡坡比为 1：2。

溢洪道位于左岸，为无闸控制正槽溢洪道，采用挑流消能。溢洪道堰顶高程657.00m，为宽顶堰，泄槽净宽35m。

输水建筑物由进水口、输水洞、输水明渠、消力池等组成。进水口为岸塔式进水口，输水洞设计引水流量1m3/s，进口底板高程637.50m。输水洞为无压城门洞形，纵坡2‰。

2.大坝帷幕灌浆总体情况

山口水库大坝坝基及坝肩防渗的主要方式为在坝基部位设截水槽同时采用坝基、坝肩帷幕灌浆的方法。

2.1 帷幕灌浆施工流程：

帷幕灌浆采用GJ-150s型地质钻机，XY-300型钻机，SGB-60型灌浆泵，JJS-2B型灰浆搅拌机等钻孔和灌浆设备，自2010年8月27日开始，2011年9月2日结束，累计钻孔进尺2300余米，灌浆1700余米。

2.2 施工过程

钻机定位→开孔→坝体钻孔→基岩钻孔→分段洗孔→基岩压水→基岩灌浆→基岩段压力封孔→坝体土层段泥浆封孔→本孔钻灌结束→移机。

2.3 帷幕灌浆成果：

帷幕灌浆透水率值是随着灌浆孔的加密而逐渐减小的，符合一般灌浆规律。灌前透水率小于10Lu的孔段，Ⅰ序孔为94%，Ⅱ序孔为95%，Ⅲ序孔为99.4%。Ⅰ序孔灌浆压水成果基本反应了自然状态下岩石透水性的情况，透水率小于10Lu的孔段所占频率90%以上，说明基岩总体透水性较小；随着灌浆孔逐渐加密，透水率小于10Lu的孔段所占频率越来越大，到Ⅲ序孔已达到99%以上，说明灌浆效果较为明显,达到了防渗要求。

3.坝基帷幕灌浆施工情况及分析

根据山口水库总体施工进度结合现场实际情况，首先开始进行右坝肩位于导流管底部的75#、76#孔灌浆施工。按照图纸设计帷幕灌浆初始压力为0.4MPa，在做灌浆压水试验时出现了盖重混凝土抬动现象。经邀请省内知名专家咨询后，分析可能由于初始压力过大造成，业主、监理、设计、地质及施工单位等研究决定，将帷幕灌浆初始压力适当减小，暂定为0.2MPa，进行灌浆试验，按照降低后的初始压力灌浆完成后，在75#、76#之间钻J8检查孔，作为试验检查孔检查灌浆情况，经压水试验检查合格。（透水率 0.35～2.06Lu）。

导流管底部灌浆完成后，进行截水槽段灌浆施工。由于在截水槽段部分岩石为强风化岩石，在进行接触段灌浆时，基岩与混凝土接触部位及附近岩石缝出现冒浆情况。经业主、监理、设计、地质和施工单位多次研究，并邀请省内知名专家到现场查看咨询，分析认为由于截水槽部位岩石情况特殊，安山玢岩遇水易软化。岩石软化后，在岩石与混凝土接触部位及其他岩石部位易产生缝隙，从而造成了冒浆的情况，因此，需要采用多次灌浆、低压、闭浆、待凝、扫孔等方式完成灌浆施工。按照上述施工方法反复灌浆后，在截水槽冒浆处的37#、38#之间钻J4检查孔，并经检验合格。（透水率0.28～1.19Lu）

4.坝肩帷幕灌浆施工情况及分析

4.1 施工情况

2011年7月，山口水库大坝坝体填筑完成，随后开始了剩余部分坝体帷幕灌浆施工。由于土坝刚刚填筑完成，坝体内部土体还没有开始沉降，而且帷幕灌浆需要在土坝坝体内部钻孔的土层较深（最深处47m），为了尽量避免水流冲刷坝体，保证大坝土体密实安全，首先采取在土层干钻，为了使钻孔冲洗及灌浆质量满足设计要求，下套管同时泥浆护壁，但是在右坝肩73#、77#钻至20m左右时出现塌孔现象，施工单位立即停止钻进，并用原状土回填、压实。同时，移机至81#孔，继续采用原方案进行钻孔，在钻孔完成，成孔拔起套管时仍出现了塌孔现象且塌孔位置的体积较大。

在灌浆施工过程中，针对以上问题，建管处再次邀请省内知名专家详细咨询论证并经业主、监理、设计、地质、施工等各方讨论研究决定，采用新的施工方法，用72#孔作为试验孔，首先开孔后，用水泥浆尽量将孔口封闭，防止在造孔过程中水由孔口流入孔内，采用麻花钻干钻至接近混凝土盖重时，停止钻孔，下套管，改用91mm合金钻头钻进至盖重并取出圆柱混凝土芯，取出钻具，拔出少许套管，再次下91mm合金钻头，摆动钻具注入黏土水泥浆液，待凝24h后，下套管并砸入2～5cm，管口用水泥浆固定防止沿管壁渗入坝体，再待凝24h后，合金钻头岩石钻进。造孔完成后，按照帷幕灌浆施工方法进行灌浆，灌浆完毕，拔出套管后，未出现塌孔现象，试验成功。

4.2 土坝钻孔实践情况分析

4.2.1 坝肩部位土坝坝体内钻孔容易塌孔的原因

水库坝体刚刚填筑至坝顶高程，坝体内的沉降还未完成，大坝土体之间密实度不够；大坝填筑土料为低液限粘土，塑性指数小，水稳定性差，遇到少部分的水就容易流动，造成塌孔；大坝土体内钻孔深度较深，因此需要的钻孔时间较长，土体与水接触时间长，从而造成了土体稳定性较差。

4.2.2 解决坝肩土坝坝体内钻孔容易塌孔的思路

采用钢套管和泥浆护壁等多种方式保护钻孔孔壁；尽量减少灌浆过程中水与土体的接触，即采用多种方法防止水与钻孔孔壁及土体的接触，从钻孔的孔口、土体内孔末端等部位防止水流入孔内。

5.结语

从帷幕灌浆造孔的布置、施工过程、施工方法以及灌浆效果检查、灌浆成果研究等综合分析，得出如下结论和经验：

一是通过帷幕灌浆的情况可以看出，灌浆设备选择、灌浆压力控制、灌浆浆液的配置以及灌浆方法等是正确合理的。二是在灌浆过程中，对各项灌浆控制措施是切实可行的。三是土坝坝体内钻孔应根据坝体土的性质、造孔深度、钻孔机具等方面因素综合考虑，同时，经山口水库帷幕灌浆的多次反复现场实践后证明，采用这种造孔方法是合理可行的，不仅能够保证造孔及灌浆质量，同时也能够保证刚刚填筑完成的土坝坝体内的土颗粒尽量少的与水接触发生反应或者被水带走，从而保证坝体的安全。