粘土固化剂浆液灌浆技术在大坝防渗加固中的应用

田信德，袁红根

（江西省赣西土木工程勘测设计院，江西宜春336000）

1 工程概述

袁梅水库位于江西省宜春市袁州区南庙乡袁梅村境内，距宜春市城区约10 km，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小(2)型水库。枢纽工程建筑物主要由大坝、溢洪道、坝下涵管组成。

大坝为均质土坝，坝顶高程为187.00 m，最大坝高26.80 m，坝顶长109.00 m。坝体填土为含砂粘土，具中等透水性；坝基由第四系洪冲积粉土、残坡积含砂粘土及志留纪花岗岩组成，洪冲积粉土和残坡积含砂粘土具中等透水性，花岗岩具弱透水性。水库正常蓄水位179.70 m，实际运行中，当库水位高于176.00 m时，下游坝脚有5处渗漏点，且随库水位升高，渗流量增大。鉴于大坝坝体填筑质量差，存在渗漏安全隐患，水库一直处于低水位运行状态，故需对坝体做防渗加固处理。

2 防渗方案选取

参考江西省其他类似水库坝体防渗处理的经验，结合本工程的特点，本着经济、实用、等效的原则，对粘土斜墙防渗、冲抓套井回填粘土防渗墙结合高喷灌浆［1］和粘土固化剂浆液灌浆防渗墙等3种方案进行了比较（见表 1）。

从技术方面分析，3种方案均可行。从施工方面及江西省其他水库工程加固实例看，粘土斜墙方案由于施工项目繁多，土方填筑量大，且库底清淤及围堰工程量较大，存在施工交叉干扰，受天气影响较大，施工工期较长；冲抓套井回填粘土防渗墙结合高喷灌浆方案，校核水位以上冲抓造孔工程量偏大，冲抓回填受库水位和天气影响较大，高喷灌浆工程量相对较少，受场地和电力限制，一个防渗体施工中不宜采用两套设备；粘土固化剂浆液灌浆防渗墙方案，在破坝重建涵管项目完成后即可钻孔灌浆，受天气影响小，且施工工期较短。从工程投资比较，粘土固化剂浆液灌浆防渗墙方案比冲抓套井回填粘土防渗墙结合高喷灌浆方案节省26.6%的工程投资，比粘土斜墙方案节省45.2%的工程投资。综合考虑以上各方面因素，选定粘土固化剂浆液灌浆防渗墙方案对袁梅水库大坝坝体进行防渗处理。

表1 方案比较表 万元

3 粘土固化剂浆液灌浆防渗墙设计

3.1 钻孔布置

本工程大坝粘土固化剂浆液灌浆处理范围为桩号0+005.0～0+106.0 m，全长 101.00 m，墙顶高程为 183.93 m，墙底伸入岩层1.0 m；灌浆轴线与坝轴线重合，灌浆孔单排布置，孔距1.0 m，总孔数为101个；灌浆浆液有效扩散半径≥0.65 m［2］。 大坝纵断面见图 1，大坝防渗灌浆钻孔平面布置见图2，大坝加固典型横剖面见图3。

图1 大坝加固纵断面图

图2 大坝防渗灌浆钻孔平面布置图

3.2 钻孔要求

钻孔孔位与设计孔位偏差≤10 cm，钻孔偏斜率应控制在0.3%范围内，孔底最大偏差不超过0.1 m。

3.3 灌浆浆液材料及配比指标

本次灌浆浆液材料为粘土、水泥、固化剂和水。水泥采用 P.O.42.5普通硅酸盐水泥；固化剂采用江西省萍乡市海雄能源发展有限公司生产的HXNY901型粘土固化剂；水为河水；粘土采用袁梅村白马土料场粘土，其塑性指数为17，粘粒含量为28%；水泥粘土比为1∶5（重量比），固化剂为水泥用量的20%，水料比依次为2∶1、1.5∶1、1∶1、0.5∶1 等 4 个比级[3]。

3.4 防渗墙设计指标

防渗墙渗透系数k≤5×10-6cm/s，水力坡降J允≥25，墙体有效厚度≥0.80 m[4]。

4 粘土固化剂灌浆防渗墙施工

4.1 施工设备

XY150型钻机、粘土打浆机、高速搅拌桶、灌浆管、高压泵等。

4.2 施工工艺流程（图4）

4.3 施工方法

4.3.1 钻孔

（1）粘土固化剂浆液灌浆防渗墙钻孔分两序施工，施工顺序为先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔。

（2）钻孔采用XY150型钻机造孔，钻孔开孔孔径为110 mm，终孔孔径为91 mm，清水钻进，钻至孔深后应进行冲洗孔，直至回清水为止。

4.3.2 灌浆[5]

（1）灌浆采用自上而下分段灌浆法，灌浆分段长度 4～5 m，注浆管距孔底＜50 cm。灌浆压力采用 0.1～0.15 MPa，由现场试验确定。

（2）灌浆浆液的浓度由稀到浓，逐级变换，浆液水料比可采用 2∶1、1.5∶1、1∶1、0.5∶1 等 4 个比级，开灌水料比可采用 2∶1。

图3 大坝加固典型横剖面图

图4 粘土固化剂浆液工艺流程图

（3）灌浆塞应塞在已灌浆段段底以上0.5 m处，以防漏灌；孔口无涌水的孔段，灌浆结束后可不待凝。

（4）灌浆浆液变换。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，不得改变水料比；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，应改浓一级。

（5）灌浆在规定压力下，当注入率≤4 L/min时，续灌30 min；或当注入率≤1 L/min时，续灌15 min，便可结束灌浆。

（6）灌浆过程中如回浆变浓，宜换用相同水料比的新浆进行灌注，若效果不明显，延续灌注20 min，即可停止灌注。

（7）灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即停止灌浆并查明原因，以便采取相应处理措施。

（8）若灌浆过程中坝面出现裂缝，可对裂缝开挖并回填粘性土，然后再现浇15 cm厚砼，形成压浆板后，再进行灌浆。

（9）灌浆过程中发现漏浆、冒浆，可根据具体情况采用表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理。

4.4 施工工期

袁梅水库大坝粘土固化剂浆液灌浆防渗于2011年11月10日开工，2011年12月29日完工，灌浆总进尺1 790 m，防渗工程施工仅进行了50 d，施工期比一般的防渗技术施工期短。

5 工程质量检查及运行效果

袁梅水库大坝粘土固化剂灌浆防渗墙完工后，经施工单位自检合格，江西省宜春市水利水电工程质量检测站对大坝防渗墙进行了终检，在大坝桩号0+015.0、桩号0+063.0处各布置了两个检查孔，两孔的渗透系数分别为 3.05×10-6cm/s、8.59×10-7cm/s，检测结果均满足设计要求。

工程运行一年来，当水库最高运行水位为183.10 m时，大坝下游坝脚原5处渗漏点均消失，防渗效果明显，达到了大坝防渗加固的目的。

［1］牛运光.土坝安全与加固［M］.北京：中国水利水电出版社，1998.

［2］长沙京网电力科技有限公司.粘土固化剂防渗灌浆技术应用手册［R］.2010.

［3］江西省水利科学研究院.特种粘土固化浆液推广应用报告［R］.2008.

［4］ SL274-2001，碾压土石坝设计规范［S］.

［5］DL/T5148-2001，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范［S］.