帷幕灌浆在土石坝坝基防渗加固中的应用

蔡远明

摘 要：帷幕灌浆是水库大坝坝基防渗加固处理中一种常用方法，结合排水措施可以有效减少大坝坝基渗漏及降低坝基幕后扬压力。土石坝坝基灌浆帷幕与坝体中的防渗体紧密相接，构成上下连成一体的垂直防渗结构。虽然帷幕灌浆大都可以获得满意的防渗效果，但是地质条件的复杂性决定了帷幕灌浆施工中可能会遇到各种实际问题而影响防渗效果，应根据实际情况变化采取相应的措施。故此，文章对帷幕灌浆施工技术及相关问题进行了探讨，可供同行业者参考和借鉴。

关键词：帷幕灌浆；坝基；防渗加固；土石坝；应用

中图分类号：TV543+.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）32-0052-02

1 帷幕灌浆钻孔、冲洗与压水试验

1.1 钻孔方法

钻孔是实现灌浆的前提条件，所以必须保证钻孔质量才谈得上帷幕灌浆。钻孔方法分为回转式钻进和冲击式回转钻进两种方法，它们与地质条件和灌浆方法有关。通常多采用回转式钻进方法，一般硬度的岩石采用硬质合金钻头；7级以上的坚硬岩石应选用金刚石钻头。如果采用自下而上灌浆法时，也可采用冲击式回转钻进方法。钻孔的参数包括孔排数、孔序、排序、孔距、排距、孔径、孔深、段长等[1]。帷幕灌浆一般采用单排孔、双排孔和三排孔，排数与基岩透水性有关，透水性强的基岩应采用双排或三排孔，但决定最终开几排孔的依据应由灌浆试验确定。钻孔孔序、排序是与灌浆方法相关的，采用两排以上灌浆孔时，先钻下游排，然后是上游排，三排孔最后钻中间排孔；对于每排孔来说，要分2～3序完成，这称为孔序。选择孔距与排距是为了使各灌浆孔浆液有最理想的扩散搭接效果，应通过经验和灌浆试验确定。孔深与帷幕深度有关，按照《水利水电工程覆盖层灌浆技术规范》（DL/T 5267-2012）3.2.8规定，帷幕底部应深入基岩或相对不透水层2 m或5 m，采用悬挂式帷幕可参考类似工程确定，但如果孔深超过100 m，考虑孔斜控制难度和造价因素，所以通常不超过100 m，然而我国新疆下坂地水利枢纽工程帷幕灌浆深度达到156 m[2]，说明100 m并非极限。孔径常采用60 mm和76 mm，开孔取大孔径，终孔取小孔径（但不应小于56 mm）。一般孔深不超过6 m才采用不分段一次成孔灌浆的方法，通常要进行分段，而分段长度应由地质状况、设备能力等因素决定，一般5～6 m一段，最长不超过10 m。

1.2 钻孔的质量控制

钻孔主要控制孔位、孔斜和孔深。按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T 5148-2012）5.2节规定，孔位偏差≯ 10 cm；垂直帷幕孔底允许偏差，20 m深≯0.25 m，50 m深≯1.15 m，100 m深≯2.5 m；孔深不应小于设计孔深。孔位可通过钻孔平面图和经纬仪或全站仪确定；孔斜采用测斜仪进行测量；孔深宜通过测量钻杆长度确定，即以钻头2/3长度作为孔底终孔界面，测绳测量结果误差较大，不宜作为测量评价方法。

1.3 冲 洗

冲洗可以清除孔中残积的岩土碎屑、裂隙或空洞中填充的黏土杂质等，可保证灌浆质量。一般采用灌浆压力80%的压力水进行冲洗，洗至回水清净为止，并且孔底沉积厚度不超过 20 cm。

1.4 压水试验

压水试验用于确定坝基各岩层的渗透性，一般可采用简易压水试验法，并且应与裂隙冲洗结合起来进行。先导孔及检查孔采用单点法试验，现场灌浆试验采用五点法试验。一般要求水压要达到灌浆压力的80%，时间不少于20 min。

2 帷幕灌浆施工方法

2.1 制 浆

帷幕灌浆多采用纯水泥浆（或细水泥浆）、水泥黏土浆。水泥宜选用新鲜、无受潮结块的普通硅酸盐水泥。配制纯水泥浆只需将水泥与水按比例拌合均匀即可。配制水泥黏土浆，若使用黏土干粉，可先将水泥与黏土干粉混匀，再与水混合搅拌；若使用黏土原浆，黏土应充分浸泡后，再加入水泥搅拌。制备好的浆液要测定密度，因为在施工过程中浆液经常要调稠或调稀，密度是掌握浆液配比的重要依据。浆液搅拌时间视搅拌机类型而定，高速搅拌机≮30 s，普通搅拌机≮3 min。浆液从加水搅拌算起储存时间不应超过4 h。

2.2 灌浆方法

分段灌浆方法分为自上而下灌浆法、自下而上灌浆法、综合灌浆法和孔口封闭灌浆法。各种方法各有优势，也有一些不足，应根据地质条件进行选择。例如某大坝坝基为强风化基岩，河槽部分为砂卵石基础，其防渗方案为坝基与坝体接触带采用高喷防渗墙，接触带以下进行帷幕灌浆，选用的灌浆方案为“孔口封闭，自上而下分段循环，不待凝”方法。

2.3 灌浆施工

灌浆过程中灌浆压力和浆液变换是控制重点。压力控制分为一次升压法和分级升压法，前者适用于岩层地质条件较好的基岩，后者适于透水性较大的基岩。尽量使用较大的压力，以获得较好填充效果，但压力太高会使裂隙扩大，并且引起岩层抬动。灌浆压力可采用经验公式估算，并通过灌浆试验确定，施工中进行检验和调整。例如某工程分3个高程段控制压力，高程>170.0 m时，压力为0.5MPa；高程为160.0～170.0 m时，压力为0.5～0.6 MPa；高程<160.0 m时，压力为0.6～0.7 MPa。

对纯水泥浆来说，浆液水灰比通常在5～0.5之间。浆液变换目前都采用由稀浆开始，逐级变浓，浓至达到结束标准后结束灌浆。变换时机一般根据某一级灌浆量达到某一数值（如 300 L）或灌注时间超过某一规定时间（30 min或1 h），而灌浆压力与灌注速率无明显变化时；当灌注速率超过30 L/min，可考虑越级变浓。

2.4 灌浆结束与封孔

一般在达到设计压力后，满足下列条件之一，可结束灌浆：①注入率≯0.4L/ min，续灌30 min；②注入率≯1L/ min，续灌60 min。封孔时采用水灰比0.5的浓浆或水泥砂浆置换孔内稀浆或积水，压力灌浆封孔。

3 帷幕灌浆几个问题的处理

水利工程岩石帷幕灌浆，因工程地质条件的差异、开挖情况不同等而存在较大差异。如处理不当，会达不到灌浆效果和大幅度增加工程造价。如坝基开挖后裸露岩石的帷幕灌浆、断裂带的帷幕灌浆和缺乏联系的横向陡裂隙的帷幕灌浆等。

3.1 坝基开挖后裸露岩石的帷幕灌浆

应先进行表层固结灌浆，否则会出现冒浆和压力提升不起情况，严重影响帷幕灌浆质量。

3.2 断裂带的帷幕灌浆

断裂带的帷幕灌浆是施工的重点和难点，需要高度重视。首先是钻孔时，要充分掌握裂隙的发育程度、深度、宽度和充填物情况，其后进行压（注）水试验，根据钻孔地质资料和压水试验成果，决定浆液是否添加骨料和速凝剂，决定骨料的粗细和添加量，决定添加骨料和速凝剂的时间。其次要随时观察灌浆情况，决定停止添加骨料或速凝剂。

3.3 缺乏联系的横向陡裂隙的帷幕灌浆

可采用垂直于横向裂隙的斜孔灌浆，这样可增加穿越裂隙的数量，从而减少工程量和提高灌浆质量，防止漏灌。一般以钻孔与水平夹角60～75 °为宜。

4 结 语

帷幕灌浆施工结束后，要进行质量检查和评定。通常要进行钻芯取样和检查孔压水试验，再综合竣工资料及其他试验结果评定灌浆质量。每段透水率都满足设计要求为合格。由于帷幕灌浆技术适应性强、防渗加固效果好，因此该技术具有很高的应用价值。

参考文献：

[1] 田原.帷幕灌浆在砂卵石坝基防渗加固中的应用价值分析[J]. 黑龙 江水利科技，2014，（5）.

[2] 樊曙光，郑旭荣.下坂地水利枢纽工程坝基防渗工程设计与施工[J].

水利水电技术，2012，（10）.