帷幕灌浆在内蒙古小沙湾水厂1号辐流池渗漏处理中的应用

王海忠

（山西省晋中市水利建筑工程总公司 山西晋中 030600）

1 帷幕灌浆的目的

帷幕灌浆是在坝基或建筑物基础内，用压力灌浆的方法将浆液灌入到岩石或地基的裂隙中去，形成一道或多道防渗的条带，类似帷幕形状，称为帷幕灌浆。其主要作用是截断渗流通道，提高地基整体稳定性。

帷幕灌浆的主要目的是：

1）截断基础渗流，以满足水库及大坝设计的经济效益。

2）降低基础扬压力，从而使断面减小，节约工程量，降低造价，缩短工期。

3）防止集中渗流，避免在基础中发生冲刷、管涌，保证坝基渗透稳定和大坝安全。

2 工程概况

内蒙古准格尔煤田小沙湾水源工程1990年动工兴建，1994年10月组织了试运行，在试运行时1号、2号、3号安全池，1号、2号辐流池均发生严重漏水，并伴随有溶洞塌陷情况。1995年采用静压回填灌浆方法进行了补强处理，渗漏量明显减少，灌浆效果明显，安全运行了多年。

2006年8月，1号辐流池蓄水运行中,池底面发现了局部塌陷、断裂及沉降，造成事故的原因为廊道及中心筒部位止水失效，其下部回填土粒径太细，渗透破坏严重，地基掏空，导致辐流池无法运行，并严重影响辐流池的稳定安全。针对辐流池发现的工程问题，特别是底板塌陷，内蒙古自治区水利勘测设计院在辐流池内布置了6条勘探剖面共31个钻孔，以及26条地质雷达剖面，并采用孔内电视对钻孔内地层情况进行揭示，共进行压水试验31段。根据勘探资料分析，池内所有钻孔透水率均在40 Lu以上，且大多数钻孔透水率在400 Lu以上，严重透水，说明地下岩层的岩溶及裂隙极发育。根据运行情况，辐流池发生严重漏水，主要是止水不好造成的，排泥廊道边墙与混凝土板结合部位、混凝土面板的接合缝以及混凝土面板的裂缝是池内的集中渗漏通道，池水一旦穿过混凝土板后，大部分沿着强风化岩体，以及人工回填的土石层，向四周排泄，局部地区进入溶洞层，形成集中排泄区。排泄水流极易将土层中细颗粒物质带走，形成空洞，从而造成底板破坏，东部溶洞及回填土特征反映明显，据钻探证实，部分地段已经产生空洞，回填土主要以碎石土为主，结构分散，分布范围南北长约50 m，东西宽约25 m，对底板构成严重威胁，必须对其进行灌浆处理。

3 帷幕灌浆主要施工方法

灌浆分为两序，依照先外围，后内圈的原则进行施工。

3.1 施工工艺流程

灌浆采用全孔一段，孔内循环式灌浆法，单孔施工工艺流程为：

造孔—冲洗—压水试验（灌浆总孔数的10%）—灌浆—封孔—孔位转移。

3.2 钻孔

1）钻孔采用XY-2B型地质钻机，钻头采用复合片钻头钻进，钻孔为垂直孔，孔径90 mm，孔位偏差小于20 cm。

2）洗孔以清水为洗孔液。洗孔回水清澈后延续10 min即可结束洗孔，冲洗压力应小于本段灌浆压力的80%。

3.3 检查孔和取芯孔的钻孔要求

1）根据项目监理工程师及设计方指定的钻孔采取取芯钻进的方法，按钻进回次统一编号，按回次编写岩芯牌，按规定装箱，检查孔与取芯孔已绘制钻孔柱状图和进行岩芯描述。

2）在钻孔钻进过程中，对地层和混凝土特性因素，进行了认真地描述和记录，并及时报告现场监理工程师。

3）主要钻孔岩芯的处理和存放地点、存放方式按照监理部工程师指令进行，并做好保存，防止失散和混装。

3.4 冲洗

1）灌浆孔在灌浆前用压力水进行裂隙冲洗，冲洗压力应不小于本段灌浆压力的80%。冲洗至回水澄清10 min后结束，且总的时间不少于30 min。

2）洗孔以清水为洗孔液，对回水达不到澄清的孔段，应继续进行冲洗，孔内残存的沉积物厚度不得超过20 cm。

3）灌浆孔（段）裂隙冲洗后，该孔（段）应立即连续进行灌浆作业。

3.5 压水试验

压水试验采用一个压力点。压力为灌浆设计压力的80%，每5 min读一次数据，压力及水位稳定后，当连续四次读数满足以下条件之一即可结束压水试验。

A)最大值减最小值小于最终值的10%；

B)最大值减最小值小于1L/min。

3.6 灌浆

灌浆时应遵循以下原则：

1）先灌注Ⅰ序孔，后灌注Ⅱ序孔；先灌注外围孔，再灌注内圈孔。

2）灌浆材料选用42.5普通硅酸盐水泥，按设计及业主要求，如遇吃浆量大时，可掺入一定量的II级粉煤灰，粉煤灰与水泥的重量比小于等于3：7。

3）灌液配比按（5、3、2、1、0.8、0.5）:1 水灰比（重量比）制浆。6个级别逐级加浓灌注。变换浓度时，每一级配比浆液不得少于300 L，当注入率大于30 L/min时（打不起压力或水泥浆液供不上）可越一级加浓。根据实际情况，如注入率较大时，起始水灰比可为3：1

4）在灌浆过程中应注意观察浆液比重与温度变化，浆液温度低于5℃时应停止灌浆或采取加温措施。浆液比重不符合要求时应加入水泥或水，直至达到标准为止。

5）已经制备好的浆液超过4 h应作为废渣处理，严禁灌入孔内。

6）灌浆压力：边排孔内Ⅰ序孔为0.15 MPa,Ⅱ序孔和检查孔为0.2 MPa。压力读数应小于设计压力，具体值应视地下水位埋深、浆液比重及压力表高度而定。

7）灌浆结束标准：在设计灌浆压力下，灌浆段的注入率不大于1L/min，延续30 min即可结束灌浆。

8）封孔采用“导管注浆封孔法”。采用0.8：1有膨胀水泥浆液按设计压力封灌，一次填充不满者可两次或多次封灌。

3.7 制浆

1）水泥：采用普通硅酸盐42.5水泥，出厂三个月后不得使用，不得使用受潮结块的水泥。水泥的细度通过80 mm方孔筛的筛余量不大于5%。

2）水：灌浆用水应符合《混凝土拌和用水标准》JGJ63-89第3.0.4条规定，温度不得高于40℃。

3）掺合料和外加剂，如速凝剂、减水剂、稳定剂等应符合DL/T5148-2001的规定，需经现场工程师批准，掺入量通过试验确定。

4）采用双桶340 L搅拌机制浆，人工上料，散装，水泥按袋每50 kg为一单位计算，水由水表计量。灌浆使用BW-250型灌浆泵，高压胶管输送浆。

5）纯水泥浆的搅拌时间应大于3 min，浆液自制备到用完的时间不宜大于4 h，超过4 h需弃浆。各种比级的水泥浆液密度用比重计经常测量并记录。

3.8 施工现场必须认真填写钻孔、灌浆记录

1）钻探班报填写内容要详细，资料准确。遇有空洞掉钻或溶洞充填物埋钻、进尺速度突变等情况时，要及时记录此时孔深及现象。

2）压水试验记录表一定要按规范所规定内容填写，稳定及结果标准按规范执行。

3）灌浆记录表按表中规定栏目填写，观测间隔时间为5 min，表格一律用钢笔填写，内容要准确、详细、清楚，字迹工整。

4）压力表安装在孔口回浆管路上，压力值取压力表指针摆动的中值，指针的摆动范围应小于灌浆压力的20%，摆动范围应作记录。

4 特殊情况处理

1）在钻孔中，发生塌孔难以钻进时，应采用黏土浆液固壁进行钻进。钻孔过程中如在灌浆范围之上发生塌孔,可先用水泥封灌,待凝后重新打孔.

2）灌浆过程中如果突然断电,应立即清洗灌浆泵、搅拌机、管路和栓塞等，以防浆液凝固堵塞管路和设备。

3）灌浆过程中发现冒浆时，应视具体情况采用嵌缝、表面封堵、加浓浆液、降低压力、间歇灌浆等方法处理。

4）灌浆过程中若发生串浆，如灌浆孔具备灌浆条件时，可同时进行灌浆，但必须一泵一孔同时灌浆，否则应塞住串浆孔，待灌浆结束后，再对被串浆的孔重新进行扫孔。

5）灌浆过程中灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应的措施处理。

6）灌浆过程中应定时用比重计测定浆液密度并记录，灌浆结束时，亦应测定浆液比重，并做出记录。当发现浆液性能偏离指标较大时，应查明原因，及时处理。

7）灌浆过程中若遇到渗漏通道或溶洞时，采用水泥、细沙、粉煤灰、混合浆液进行充填，然后再进行正常灌浆。

5 施工质量检测结果

灌浆的质量检测，主要以灌后检查孔压水试验为主，同时进行声波检测、钻孔取芯等辅助方法来检测。

1）本工程所有检查孔透水率均小于5 Lu，水泥注入量平均为2.41 kg/m，说明灌浆段已不再吃浆，达到设计要求，灌浆段内的空洞及缝隙已被水泥浆有效封堵。

2）声波检测由内蒙古水利勘测设计院负责进行测试，测试结果反映效果良好。

3）本工程共钻孔取芯12个，从所取芯样分析，原有回填碎石土中，经灌浆后，已形成碎石土与水泥混合物，并有部分水泥结块；破碎基岩层中有水泥物填充，说明灌浆密实，有效封堵了渗漏通道及空洞，提高了地基承载力。

6 经验与建议

在灌浆工程中，常常会遇到灌浆的实际水泥注入量会比设计水泥用量大很多的情况（本工程中水泥单耗平均达到318.4 kg/m，超过了设计量150 kg/m的一倍多），对于此类工程，必须进行仔细、科学的分析，如果由于灌浆区地层空洞较多，岩石裂隙发育比较完全，导致吃浆量大，为了既达到灌浆的质量效果，又能节省投资的目的，对于吃浆量大的孔应采用合理的方法进行灌浆：

1）提高灌浆开灌比，由设计的起灌比为5:1提高到为3:1，可以在灌浆有效范围内及时进行灌注，节省时间，减少灌浆材料的浪费。

2）采用间歇灌浆的方法，一般每间隔10~12 h以上进行一次复灌，直至孔内不再吃浆为止，可以充分保证灌浆的质量。

3）在水泥浆液中掺入一定量的粉煤灰，粉煤灰与水泥的重量比不大于3:7，因为粉煤灰作为一种活性材料，在与水泥浆混合使用时，可归纳为以下几个特点：①粉煤灰的选用必须采用Ⅱ级以上。如级别太低，粉煤灰中所含硫化物等杂质过高，会导致帷幕体强度下降，达不到设计要求。②由于粉煤灰的细度非常小，可填充到水泥颗粒的空隙中，从而增加了混合浆液的密实性，起到抗冻、防渗的效果。③粉煤灰具有减少水分的作用，可充分增加混合浆液的和易性。④粉煤灰还有降低水化热的作用，可以减少混合浆液内部与表面的温差变化。⑤粉煤灰的沉淀速度较快，可在较短的时间内，将空洞及裂隙填充起来，减少水泥浆液由于流的太远，而造成灌浆材料不必要的浪费。⑥由于粉煤灰为火电厂产生的主要废料，用到灌浆上可以变废为宝，保护环境。

总之，本工程在使用了水泥粉煤灰混合浆液作为灌浆材料，取得了较好的灌浆效果，因此在遇到吃浆量大的地层时，建议使用水泥粉煤灰混合浆液作为灌浆材料，达到节省材料、降低成本、缩短工期和保证工程质量的目的。