恋思水库坝基帷幕灌浆试验分析

潘维锋

（晋中市水利勘测设计院，山西 榆次 030600）

1 工程概况

和顺县恋思水库位于清漳河东源主流张翼河上游，枢纽工程主要包括大坝、溢洪道、导流泄洪洞及供水、灌溉取水口等。

大坝为均质土坝，最大坝高30.3 m，坝顶长为336.8 m，坝顶宽6 m；坝顶高程1 354.3 m，上游坝坡由上至下为 1∶2.75，1∶3，1∶3.25，下游坝坡由上至下为 1∶2.25，1∶2.5，1∶3；上游坝坡分别在高程 1 344.8 m 和1334.8m处设二级马道，马道宽1.5m，下游坝坡分别在高程1344.8m和1334.8m处设二级马道，马道宽2m；上游坝坡采用厚40 cm干砌石护坡，干砌石下设25 cm厚碎石过渡层和15 cm厚粗砂反滤层；下游坝坡设草皮护坡；下游坝脚设堆石排水棱体，排水棱体顶高程1 329 m，顶宽2 m，排水棱体与坝体间设反滤层。

2 坝基地质及存在问题

2.1 坝基岩土工程地质特性及主要问题

大坝清理基础表层腐殖土后座落于全新统洪冲积物上，该地层为卵石混合土，结构松散，夹级配不良砂和低液限黏土透镜体，厚2.8～6 m，为强透水层；其下为巨厚刘家沟组第四、三岩组粉细砂岩夹泥岩，上部粉细、中细粒砂岩为强风化和弱风化层，依据坝基钻孔压水试验，孔深在25～30 m以内，透水率为19.7～53.5 Lu，属中强透水性；孔深大于30 m以下岩体的透水率为2.16～8.7 Lu，为弱透水性。

水库蓄水后将通过卵石混合土、强风化和弱风化粉细砂岩产生渗漏，坝基存在渗漏问题。

2.2 工程措施

依据上述坝基地质情况，设计采取如下工程措施防止坝基渗漏：坝基覆盖层设黏土截水槽进行防渗，防止该层产生渗漏和渗透变形，截水槽进入弱风化粉细砂岩层中1.0 m；对坝基岩体进行帷幕灌浆，深度30～40 m，减弱坝基渗漏量。帷幕灌浆和截水槽连接为完整的防渗体。

3 帷幕灌浆施工试验

3.1 试验目的

工程参建各方依据设计对坝基岩体帷幕灌浆进行了施工试验。通过灌浆试验论证拟采用的施工方法、施工参数在技术上的可行性、效果上的可靠性和经济上的合理性；推荐合理的施工程序，良好的施工工艺，适宜的灌浆材料和最优的浆液配合比；提供有关的技术数据，孔距、排距、防渗帷幕厚度和深度；选定合理的灌浆压力。

3.2 试验区域选择和孔位布置

第一，试验场地选择。试验区域定在二马道，桩号坝0+133.00—0+145.00段之间进行单排孔帷幕灌浆生产性试验。

第二，试验孔的布置及编号。帷幕灌浆试验孔为垂直孔，分三序孔布置。本试验段共布置试验孔11个（其中先导孔1个），Ⅰ序孔3个，Ⅱ序孔2个，Ⅲ序孔4个，检查孔2个。先导孔用Ⅰ（S5）序孔代替。检查孔在帷幕灌浆试验完毕后，通过灌浆资料的整理、分析，确定在S1～S2之间（坝0+134.00）、S4～S5之间（坝0+138.25）设置。

3.3 灌浆试验施工

钻孔灌浆根据分序加密的原则，按三序进行，先钻灌Ⅰ序孔，后钻灌Ⅱ序孔，最后钻灌Ⅲ序孔，先导孔选定Ⅰ序的S5号孔，首先施工钻灌，待全部灌浆试验孔完成14 d后再进行施工质量检查，以检查灌浆试验施工的效果。

图1 帷幕灌浆生产性试验孔布置图

3.3.1 钻孔

钻孔包括先导孔、灌浆孔、检查孔钻孔。钻孔钻进采用300型回转式地质钻机。钻孔过程中采用清水冲冼。试验孔开孔孔径89 mm，终孔孔径75 mm。

3.3.2 钻孔冲洗、裂隙冲洗和压水试验

采用钻杆通入大流量水，从孔底向孔外冲洗的方法进行钻孔冲洗，直至回水澄清方可停止。

各灌浆孔（段）在灌浆前采用压力水进行裂隙冲洗，直至回水清净时止。冲洗压力为灌浆压力的80%，并不大于1 MPa。

帷幕灌浆检查孔自上而下分段进行压水试验，试验采用五点法压水。各试验灌浆孔（段）在灌浆前进行简易压水。简易压水结合裂隙冲洗进行，压力为灌浆压力的80%，并不大于1 MPa，压水时间20 min，每5 min测读一次压入流量。取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。

3.3.3 灌浆

灌浆所用水泥的性能和各项指标均满足设计和有关规范要求的42.5普通硅酸盐水泥。

灌浆方法：采用自上而下分段灌浆法。

灌浆方式：采用孔口封闭、孔底循环式，射浆管距孔底不大于50 cm。

灌浆压力和段长见表1。

表1 帷幕灌浆各段压力计算表

浆液配合比：帷幕灌浆浆液水灰比采用5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1 六个比级。开灌水灰比为 5∶1。

浆液变换：当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一比级浆液的注入量已达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，应改用浓一级；当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浓。

结束标准：灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1 L/min时继续灌注60 min可结束灌浆；对长期达不到结束标准或单位注入率大于1 L/min的孔段，报请监理人共同研究处理措施。

封孔方法：每个试验孔在最后一段帷幕灌浆完成后采用“全孔压力灌浆封孔法”进行封孔，即把孔内浆液置换成水灰比0.5∶1的稠水泥浆液，封孔压力采用灌浆最大压力；黏土层采用黏土进行回填封孔。

3.3.4 灌浆效果检查

帷幕灌浆检查孔压水试验在试验段灌浆结束14 d后进行，本试验段布置一个检查孔；检查孔开孔孔径89 mm，终孔孔径75 mm；检查孔采用自上而下分段卡塞进行压水试验，试验方法采用五点法；帷幕灌浆检查孔压水试验结束后，按照技术要求自下而上进行灌浆和封孔。

3.3.5 试验成果分析和评述

3.3.5.1 透水率分析

通过对各次序孔的灌前压水试验资料分析，I序孔的平均透水率48.17 Lu，II序孔的平均透水率27.90 Lu，III序孔平均透水率为19.93 Lu。透水率随灌序的加密而减少，灌浆效果明显，符合灌浆的一般规律，表明施工参数适合本工程要求。

各次序孔透水率频率分析：I序孔压水试验共16段，10～50透水率（Lu）区间段数为11段，相应频率为69%；50～100区间段数2段，频率为12%；大于100区间段数为3段，频率为19%。II序孔压水试验12段，10～50区间段数10段，频率为83%；50～100 Lu区间段数为2段，相应频率为17%。III序孔压水试验24段，10～50区间段数20段，频率为83%，大于100区间段数为4段，频率为17%。通过对各次序孔透水率频率的分析，I，II，III序孔透水率主要集中在10～50透水率（Lu）区间，随着孔序的加密，透水率逐渐减小，灌浆效果明显，符合灌浆的一般规律。

3.3.5.2 单位注入量分析

通过对各次序孔的灌浆资料分析，I序孔单位注入量243.77 kg/m，II序孔单位注入量154.61 kg/m，III序孔单位注入量141.11 kg/m。单位注入量随灌浆次序的加密而减小，符合灌浆正常规律，灌浆效果明显。

I序孔灌浆共18段，50～100单位注灰量区间段数为1段，相应频率为6%；100～500区间段数15段，频率为83%；500～1000区间段数为2段，频率为11%。II序孔灌浆12段，50～100单位注灰量区间段数为1段，相应频率为8%；100～500区间段数11段，频率为92%。III序孔灌浆24段，50～100单位注灰量区间段数为3段，相应频率为13%，100～500区间段数21段，频率为87%。通过对各次序孔单位注入量频率的分析，I，II，III序孔单位注入量均集中在100～500区间，随着孔序的加密，单位注入量逐渐减小，符合灌浆的正常规律，灌浆效果明显。

3.3.5.3 检查孔分析

本试验段布置检查孔2个，压水试验13段，其中J1透水率最大9.34 Lu，最小8.29 Lu，均不满足设计要求的8 Lu的防渗标准要求，J2透水率最大5.66 Lu，最小3.07 Lu，合格率100%，满足设计要求的8 Lu的防渗标准要求，表明帷幕灌浆在孔距为2 m时无法达到设计要求的防渗标准，孔距1.50 m施工参数下的帷幕灌浆满足设计要求。

3.3.5.4 第一段灌浆压力分析

本次灌浆试验第一段压力采用了0.30 MPa和0.50 MPa两个压力，为了防止混凝土发生抬动，Ⅰ序孔开始灌浆时采用较小压力0.30 MPa，发现该压力下地面不会出现冒浆现象，即不会对基岩上面混凝土产生破坏。为了使灌浆效果达到最好，从Ⅱ序孔开始第一段压力增加到0.50 MPa，发现在0.50 MPa的压力下混凝土也不会被破坏，因此以后的第一段压力均按照0.50 MPa执行。

4 结语

本次试验采用孔口封闭、孔底循环，自上而下分段灌浆的灌浆方法能够满足规范和设计要求，所取得的灌浆效果良好。根据本工程的地质条件，采用42.5普通硅酸盐水泥进行灌浆是适宜的，帷幕灌浆质量良好，灌浆效果较明显，满足设计要求，灌浆施工试验取得成功。