帷幕灌浆和高喷灌浆在后湾水库防渗中的应用

李国胜

（山西铁龙水利水电工程有限公司，山西 太原 030045）

1 工程概况

后湾水库属海河流域，是浊漳西源的控制性工程，是一座以防洪为主，兼顾农业灌溉和水产养殖的多年调节水库。1958年水库建成蓄水后，台地下游边缘和台地坝坡脚处出现渗水。1982年在坝后台地边缘开挖排水减压井后，渗水现象消失，形成了集中渗流。坝后集中渗流主要为坝基基岩和左坝肩台地基岩较大裂隙形成渗漏通道所致，部分为坝基粗粒土、左坝肩砂层导致的坝体渗流水。

2 工程设计

根据后湾水库地质勘查资料，结合除险加固前的土坝防渗加固措施，设计采用坝基及左岸台地进行帷幕灌浆处理，对坝体与坝基接触部分采用高压定喷灌浆处理，并在坝下游坡脚处增设反滤层的设计方案。对坝基进行帷幕灌浆处理，主要解决坝基及黄土台地渗漏问题；对坝体与坝基接触部分采取高压定喷灌浆处理，主要解决黏土质砂、卵石混合土造成的接触冲刷问题。

帷幕灌浆和高喷灌浆处于同一轴线，帷幕灌浆为两排布置，排距、孔距均为2 m。

3 施工工艺

3.1 帷幕灌浆施工工艺

钻孔采用回转式地质钻机。在进行大坝坝体土钻进时，采用钢片钻头，并向孔内注入少量1.3 g/cm3黏土浆再钻进，坝体钻孔结束后应下护壁套管。在进行基岩钻进时，使用金刚石或硬质合金钻头钻进，孔径94 mm，用泥浆泵的脉冲压力对孔壁及地层中的裂隙同时进行冲洗，并将钻孔产生的岩粉不间断地用循环水携带出孔口；灌浆孔（段）在灌浆前采用压力水进行裂隙冲洗，直到回水洁净为止；裂隙冲洗完成后自上而下分段进行压水试验，压力值为灌浆段所用压力的80%，且不大于1 MPa。

灌浆是施工中最关键的技术，具体操作如下：

第一，坝基帷幕灌浆按分序加密的原则进行。先灌下游排，再灌上游排，排内分3序施工，先钻灌Ⅰ序孔，再钻灌Ⅱ序孔，最后钻灌Ⅲ序孔，单孔采用自上而下式分段灌浆法。

第二，泥浆泵的技术性能与所灌注的浆液类型、浓度相适应。额定工作压力应大于灌浆压力1.5倍，压力波动范围宜小于灌浆压力的20%，排浆量能满足灌浆最大注入率的要求。

第三，灌浆采用循环式自上而下分段灌浆，第一段长3 m，以下段长5 m，最大不超过8 m，初始灌浆压力应为0.3 MPa，以下各段按设计压力进行。

第四，各段灌浆时灌浆管必须深入灌浆端底部，且管口距离孔底不得大于50 cm。

第五，帷幕灌浆孔各灌浆段均应按技术要求进行，对特殊地层灌浆段应采取相应的施工技术措施。

第六，灌浆应尽快达到设计压力，但对于注入率较大或易于抬动的部位应分级升压。

第七，灌浆浆液应由稀至浓逐级变换。帷幕灌浆浆液水灰比可采用 5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1，0.5∶1七个比级。

第八，灌浆段在最大设计压力下，当注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注60 min；当注入率不大于1 L/min时，继续灌注90 min，可结束灌浆。

每个帷幕灌浆孔全孔灌浆结束后会同监理部门及时进行验收，验收合格的灌浆孔方能进行封孔。封孔时采用分段灌浆封孔法；未进行灌浆的孔段也应进行封孔处理，土体中封孔可用黏土球分层夯填密实。

帷幕灌浆工程质量以检查孔压水试验成果为主，结合施工记录、成果资料和检验测试资料，进行综合评定。依据后湾水库除险加固工程帷幕灌浆的透水率分析，灌浆前简易压水各孔段平均透水率为5.7 Lu，帷幕灌浆质量检查孔压水试验各孔段平均透水率为1.3 Lu，本次帷幕灌浆施工达到了防渗设计标准。

3.2 高喷灌浆施工方法

3.2.1 高喷防渗墙施工

高压喷射注浆是利用钻机引孔把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定深度后，以高压设备使浆液或水成为20~40 MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定的速度逐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成固结体。本工程采用设计的高压定喷施工方法，高喷灌浆浆液为纯水泥浆，水泥采用普通硅酸盐水泥。

3.2.2 钻进

第一，高喷防渗帷幕墙施工。首先在设计的孔位上造孔，分2序次进行，第Ⅰ序孔初凝后（达到3 d以上），才可进行第Ⅱ序孔的施工。

第二，高喷帷幕墙钻孔采用直径127 mm合金钻头钻进，开孔口径130 mm。

第三，采用1.3 g/cm3泥浆冲洗液护壁钻进，泥浆材料选择当地黏土，并掺合碱粉钻进，当地黏土不合格即采用膨润土制成泥浆钻进。

第四，钻进施工中采用高喷形成防渗帷幕板墙最适合的地层为土层、砂层、砾石层及卵石层，但对于直径200 mm以上的漂石、块石，会影响其防渗质量。少量的漂石、块石在高喷中依据位移袱裹的原理进行处理，但存在大量块石的地段应及时处理。

此外，钻进过程中要确保钻孔铅直，孔斜小于1.0%。为确保钻孔孔斜在规定范围内，钻孔沿轴线偏差在10 cm以内，左右偏差不得大于2 cm。

3.2.3 喷浆成墙

台车就位时，首先要保证高喷台车下喷射管口和钻孔同一轴心，且必须经水平仪整平。台车就位后，检查水、气、浆管路，然后试喷，各项指标正常后，开始下喷射管。

下喷射管前要在地面上进行低压射水试验，检查喷嘴是否畅通。下管过程中，为防止泥沙堵塞喷嘴，应用胶布保护水和气嘴。

静压喷浆结束后，由于浆液沉淀作用，须向孔内注入浆液，将其回填饱满。在黏土或淤泥层内喷射时，不得将冒浆进行回灌。

3.2.4 施工完成后的质量检验

高喷灌浆的质量检验可采取开挖检查、钻去岩芯、贯入试验、载荷试验以及注水试验等方法进行，根据本工程的实际情况，采用围井注水试验。

经围井检查，高喷防渗墙第一分部透水率为7.29×10-7cm/s，第二分部透水率为 3.09×10-7cm/s，满足设计防渗要求。

4 大坝防渗处理效果

经过大坝防渗处理，取得了明显的效果：

根据2004年的渗流量实测资料，下游坝脚年平均渗流量为0.004 3 m3/s，排水减压井年平均渗流量为0.006 8 m3/s，合计年平均渗流量0.011 1 m3/s（平均库水位918.43 m）。

2004—2008年的平均渗流量为0.008 7 m3/s（最高库水位919.59 m，最低库水位916.73 m）。

2009年7月24日大坝防渗灌浆完工，同年10月16日观测渗流量为0.003 4 m3/s（库水位916.25 m）。

2009年10月25日，将大坝下游离原排水减压井10 m的鱼池回填，经过12月11日和18日两次人工测量，以及12月21日的自动测报系统观测，渗流量均为0.002 2 m3/s（库水位916.15 m）。

如不考虑库水位和鱼池补给等因素，把2004年的年平均渗流量与灌浆后的较小渗流量比较，灌浆后的渗流量减少80%，比2004—2008年的平均值减少61%，说明大坝防渗效果明显，渗流量减小值约为61%~80%。

防渗处理之前，大坝下游坝坡脚排水棱体桩号0＋233处有一集中渗流点，现已消失。

5 结语

经过帷幕灌浆及高喷灌浆，后湾水库大坝下游坝脚渗流量减少了61%~80%，说明这种通过帷幕灌浆处理大坝基岩，高喷灌浆处理土坝坝体与基岩接触带的病险水库渗漏处理方案是可行的，而且取得了很好的效果。