帷幕灌浆在北地水库除险加固工程的应用

黄显宾

（朝阳县水利勘测设计队，辽宁朝阳122000）

帷幕灌浆在北地水库除险加固工程的应用

黄显宾

（朝阳县水利勘测设计队，辽宁朝阳122000）

朝阳县北地水库位于朝阳县古山子乡北地村，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、养殖的综合性利用水库。针对坝体渗漏问题，除险加固工程采用帷幕灌浆技术。水库帷幕灌浆长度3017m，孔距2m，单孔最大深34m。工程已竣工3年，通过检测，帷幕灌浆后大坝单宽渗流量和渗透坡降均小于允许值，防渗效果达到水库运行要求。该工程除险加固的成功实施为其他水库除险加固提供了借鉴经验。

帷幕灌浆；水库除险加固；应用及成效；水库

1 工程概况

北地水库位于朝阳县古山子乡北地村，所属流域为大凌河三级支流，坝址以上河长4.0km，水库集雨面积11.32km2，河道平均比降65.4‰，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、养殖的综合性利用水库。拦河坝坝型为粘土心墙坝，现状最大坝高28.0m，大坝全长190.0m，水库正常蓄水位564.0m，设计洪水位566.40m，校核洪水位567.77m，最大库容127.63万m3。水库为下游1.0万人及2km2耕地提供防洪安全。

2 帷幕灌浆应用

2.1 帷幕灌浆应用原由

北地水库于1973年建成，共有3次除险加固过程，第一次是水库建成后经过二年汛期考验，发现大坝病险情况非常严重，大坝下游出现五处漏水，大坝坝顶沉陷超过予留量多达1.4m，另外，坝顶出现近18m长的纵向裂缝，大坝左、右两端出现横向裂缝。1975年对以上出现的问题进行了补救，即对坝右端采取阶梯开挖法破坝排险，重新砌筑排水体，降低浸润线高度，对大坝纵向裂缝及两条横向裂缝进行了处理，1976年对大坝背水坡进行了补坡和整型，加大了坝体断面，增强了大坝的稳定性。第二次加固是1989年，发现坝体渗水较大及溢洪道堰体被破坏，最初计划用土工膜对坝前坡进行防渗，但由于水库淤积，库水无法排空，土工膜无法深入不透水层，最后采取水平铺盖进行防渗处理，完工后渗水没有得到很好的控制。第三次加固2010年，根据地矿部葫芦岛工程勘察院完成的《朝阳县北地水库除险加固工程地质勘察报告》，认为:“坝体基础的岩石层内不存在连通库内外的断层，但由于坝体填筑质量差、渗透性强，心墙填筑料质量不达标，不能起到很好的防渗作用。坝体与坝基接触不紧密，坝基浅层岩土体透水性较大。由坝土体渗漏、接触渗漏及坝基浅层渗漏形成集中渗水，并于坝下流出”。针对上述结论和严重渗漏情况，总结前两次除险加固的失败教训，决定采用帷幕灌浆。

2.2 帷幕灌浆设计

2.2.1 帷幕灌浆孔的布置

帷幕灌浆孔采用单排直线布置，灌浆孔沿坝轴线方向，终孔间距2m，分三序进行，根据《朝阳县北地水库除险加固工程地质勘察报告》提供的地质图，设计灌浆至弱风化层顶面线下1.00m，且透水率小于5L u，单孔最大深34m，帷幕灌浆顶高程为校核洪水位566.77m。

2.2.2 灌浆浆液要求及配比

灌浆浆液为水泥粘土浆，土料性质控制在粘粒含量25～35%，粉粒含量30～50%，砂粒含量20～30%，水泥标号为P O.42.5R普通硅酸盐水泥，水泥粘土配合比控制在水泥占干土重的10～30%。灌浆浆液水灰比分为5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1六个级别，施工的浆液浓度由小变大逐渐改变。

2.2.3 帷幕灌浆孔压力

灌浆的压力根据施工时压水试验确定，经过计算并结合以往工程经验，灌浆压力为0.3～0.6M pa。

2.3 帷幕灌浆施工

灌浆施工按分序加密的原则施工，施工按Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序的顺序进行。基岩段灌浆采用单段纯压式灌浆法。帷幕灌浆施工顺序为:布孔→钻机定位→安装抬动装置→开孔（下定向管）→钻第一段→洗孔（坝土部分不做洗孔）→压水试验→灌浆→待凝→洗孔→灌后压水合格（不合格复灌至合格）→封孔→搬迁。

（1）布孔。共布设灌浆孔93个，孔位放样根据设计提供的测量控制网点，用全站仪确定帷幕轴线左右岸起点、转点和帷幕轴线，用钢尺放出各孔位，用水准仪测出个孔口高程。按照设计要求，先布设Ⅰ序孔，再布设Ⅱ、Ⅲ序孔，终孔间距2m，造孔时垂直向下，倾斜度不大于2%。

（2）安装抬动装置。在灌浆过程中进行抬动观测，发生抬动现象时，通过降低灌浆压力或注浆速率等措施。

（3）钻孔。利用150型地质钻机钻灌浆孔，钻头采用硬质合金钻头。坝土采用无泵钻进，基岩钻进采用清水循环钻进，供水量根据岩层情况及钻进方式确定。孔径58mm，采用C X-5b型钻孔测斜仪进行孔斜检测，每5m测量一次，不足5m终孔测量一次，经过测量，所有钻孔均没有超出孔斜设计要求。

（4）灌浆。灌浆采用自上而下分段方法，段长5m，遇到塌孔和孔口不反水等情况适当缩减段长，当某一级的浆液注入量己达300L以上或灌浆时间己达1h，而灌注压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。当浆液注入率大于40 L/min，灌注量达500L后压力和注入率无明显变化时越一级变浓。在设计压力下，当浆液注入率不大于0.4L/min时，继续灌注60min或浆液注入率不大于1L/min时，继续灌注90min结束。浆液待凝时间为2～3h。

（5）封孔。封孔采用“置换和压力灌浆封孔法”，封孔分段分部位进行，不同部位用不同的浆液，基岩段封孔浆液浓度为0.6∶1的纯水泥浆液，接触段及土坝段采用0.5∶1的纯水泥浆液，封孔结束后，用木塞封好孔口，待浆液沉淀后在继续封填，直至孔段封填饱满。封孔灌浆压力为0.6～2MPa。

（6）检测。灌浆结束后，采用布置检查孔分段压水试验的方法检测灌浆成果。

2.4 灌浆效果分析

2.4.1 单位注入量变化分析

本工程共完成灌浆孔93个，灌浆93段，压（注）水试验10段。平均单位注入量:Ⅰ序孔为305.4kg/m，Ⅱ序孔为321.9kg/m，比Ⅰ序孔减少5.1%，Ⅲ序孔为224.8kg/m，比Ⅱ序孔减少26.4%，比Ⅰ序孔减少30.2%，整体递减。单位注入量变化逐序递减明显，符合灌浆规律。

2.4.2 透水率变化分析

施工对Ⅰ序孔和Ⅲ序孔坝土段进行了注水试验，接触段和基岩段进行了压水试验。工程透水率小于5l u的孔段频率值:Ⅰ序孔为15.8%、Ⅲ序孔为66.7%；透水率5～10l u的孔段频率值:Ⅰ序孔为63.2%、Ⅲ序孔为0%；透水率10～50l u的孔段频率值:Ⅰ序孔为18.3%、Ⅲ序孔为0%；透水率50～100l u的孔段频率值:Ⅰ序孔为2.6%、Ⅲ序孔为0%。各次序的透水率随孔距加密，透水率小的孔段频率值逐序增大，透水率大的孔段频率值逐序减小，说明灌浆效果明显。

2.4.3 检查效果分析

灌浆工程布设10个检查孔，合格率为100%，坝体的透水率由灌前平均6.7～20l u减小至3.7～4.8l u。各孔段透水率均满足设计防渗要求。

通过以上透水率及单位注入量变化分析以及检查孔压水试验成果说明，灌浆效果明显，达到防渗要求，拦河坝灌浆帷幕已经形成，达到水库运行要求。

3 结语

北地水库于2010年除险加固，目前已经运行5年多，经过汛期的考验，水库渗流量和渗透坡降均小于允许值，说明针对粘土心墙土坝渗漏问题采用帷幕灌浆的方法是可行有效的。

［1］张景秀.坝基防渗与灌浆技术［M］.北京:中国水利水电出版社，1992.

［2］聂志华，王伙财.三座店主坝帷幕灌浆施工技术［J］.广东建材，2009（04）.

［3］高祖纯.岩溶地区高压帷幕灌浆试验研究［D］.四川大学，2003.

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1672-2469（2015）10-0115-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.37

黄显宾（1980年—），男，工程师。