水库大坝除险加固工程中的帷幕灌浆施工

□孟 秋 □于 雷（辽宁省清河水库管理局）

水库大坝除险加固工程中的帷幕灌浆施工

□孟 秋 □于 雷（辽宁省清河水库管理局）

帷幕灌浆施工是水库除险加固工程的技术关键，不但提高了坝基的防渗效果系数，也实现了工程低成本造价目标，是目前小型水库大坝渗漏处理的最优选方案。文章以辽河流域最重要的水利枢纽工程之一清河水库为背景，探讨了大坝除险加固工程中帷幕灌浆的设计、试验及施工过程，证明帷幕灌浆施工技术在大坝除险加固工程中的特殊价值。

除险加固；帷幕灌浆；试验；清河水库

0 引言

清河水库位于辽河流域支流的清河下游，该水库主要以防洪与灌溉为主，同时也兼顾提供工业供水、养鱼及旅游等周边项目，是综合利用型大型水利枢纽工程。

1 清河水库工程改造的主要问题及其设计内容

1.1 工程概况

清河水库的总库容达到9.68×108m3，按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》的SL252-2000规定，清河水库属于大型水利枢纽工程，它的工程等级划分为II类，是2级水工建筑物，它的抗震设计烈度为7度。

清河水库大坝为典型的粘土斜墙砂砾坝，它的防浪墙顶高程为140.45 m，最大坝高为40.75 m，防洪标准为500 a一遇洪水设计，10000 a一遇洪水校核。水库正常高水位为131 m，防洪限制水位127 m，死水位109.70 m，设计洪水位135.10 m，它的相应库容为7.97x108m3，校核洪水位138.06 m，相应库容达到9.68x108m3。

1.2 现存问题

清河水库建成较早（1958年），在50余年的运行中由于设备及建筑逐渐老化和技术落后逐渐暴露出各种问题，产生了由设施超期服役而造成的诸多安全隐患。基本上该大坝工程存在以下几个主要问题。

第一，大坝的防洪标准基本没有达到规范要求，大坝高度有限；第二，大坝所处辽河上游的护坡出现风化、破损现象，造成坝体厚度不足的问题，同时下游护坡碎石风化也较为严重；第三，下游排水体排水不畅，防浪墙存在较大范围裂缝。

1.3 设计内容

清河水库大坝除险加固工程设计主要围绕除险加固展开，首先要对大坝进行加高，将原坝顶构筑物全部拆除，采用坝顶“戴帽培厚加高”的方式对大坝上游L型防浪墙进行原位重置。同时，坝顶下游侧要取消L型挡墙并同时设置路缘石，加厚坝体向下游培厚，确保下游一级马道以上边坡坡比从1:2.25变为1:2，这样坝肩就能直接与坝体相连接。

坝体上下游护坡不稳也要进行改造，主要在上游采用0.40 m厚度干砌石护坡，护坡改造底高程设置为116 m。下游采用干砌毛料石框格填碎石进行护坡。坝顶位置的改造，要在其上游侧重建钢筋混凝土防浪墙，并重新铺设坝顶路面。最后是大坝左右岸坝头的山体加固，清河水库采用了削坡配合防护相结合的综合性处理方案。

以上针对清河水库大坝的除险加固工程设计核心内容就是帷幕灌浆，下文经将对帷幕灌浆的相关设计、试验与施工工艺流程作出解析[1]。

2 大坝除险加固工程的帷幕灌浆施工

2.1 灌浆设计

清河水库大坝的防渗帷幕设计主要沿大坝轴线进行布置，其帷幕主要分为主、副两排，主帷幕长度为350 m，里程桩号为0-063.0～0+237 m。考虑到大坝原临时溢洪道附近存在严重漏水问题，所以要在该部位强化布置双排孔，保持排距为1 m，而副帷幕上游排的里程桩号设置为0+002.0～0+080.0 m。

大坝的灌浆孔设计了218个，其中有20个是试验孔，距离主帷幕下游1 m左右处还要增添4个补强孔。

2.2 灌浆方法

本次除险加固工程防渗帷幕的灌浆主要采用填充式灌浆法，选择在坝基与两岸坡位置采用帷幕灌浆方法，其中坝基处灌纯水泥浆，结合部灌注的是1:1比例的水泥粘土混合浆。坝体部分通过灌浆试验来确定级别相对适应的水泥粘土混合浆。其中灌浆的初始压力设置为0.03～0.05 MPa，主要利用灌浆试验来确定符合清河水库大坝的实际灌浆压力，如图1。

图1 清河水库大坝灌浆施工方法基本示意图

2.3 灌浆试验

此次工程的灌浆试验主要根据基本设计要求在灌浆施工前进行。而在施工过程中，试验区则应该布置在帷幕线上，并根据清河水库大坝的枢纽部位地质条件来检测大坝渗漏的严重程度。主要在主帷幕线上所选择的4个试验区段进行灌浆试验，充分利用20个试验孔来进行灌浆试验。通过灌浆试验结果来确定灌浆施工中的各项主要参数。

2.4 灌浆施工工艺流程

在帷幕灌浆施工前要对现场进行布置，例如：要满足施工用水需求，在大坝的左坝坡处建立一个高位水池，并在水库内设立潜水泵持续不断向水池送水。在大坝右岸位置利用沟渠水向灌浆站与钻机内供水，时刻保持水量充足。

供电系统方面主要供应搅拌机、灌浆泵和照明用电系统，由大坝左侧所设置的变压器架线引入提供电力。为了避免停电造成帷幕灌浆施工停滞，需要配备柴油发电机，作为备用电源使用。

最重要的灌浆系统分别在坝肩的左右两侧各设置一个综合性浆站，该浆站不但配备有土料堆聚场、水泥库房，还包括一个储备原浆的储浆池、两台立式双层搅拌机和两台灌浆泵。两个浆站主要负责左右两坝段的灌浆封孔工作，并负责完成包括配浆、制浆、灌浆和封孔在内的所有工序内容。在坝面的两侧道也安装了6.67 cm的镀锌铁管作为帷幕灌浆的输出输入回浆管。灌浆孔位置的进浆管由高压胶管与普通胶管共同构成。

2.4.1 制浆工艺

制浆工艺主要采用的是粘土浆用湿法加工方法，它所采用的是0.50 m3的立式搅拌桶来制作粘土浓泥浆，并将制成的浆存储于泥浆池中作备用。作为灌浆使用的泥浆要经过40目/cm2的方孔筛进行过筛。在混合浆配置过程中要将原浆液注入到容积为150～200 L的立式搅拌桶中，利用婆梅式比重计对施原浆比重进行测定，在计算好泥浆与水泥、水的配合比用量后均匀搅拌，然后准备灌浆[2]。

2.4.2 帷幕灌浆的施工工艺流程

清河水库大坝的帷幕灌浆主要施工工艺流程如下：

钻孔—冲孔捞渣—孔深测量—压水试验—灌浆—待凝—扫孔—灌浆后压水试验。上述流程完成并合格以后就要展开下一段钻灌，如果上述流程不合格还要实施复灌以求达到合格标准。在反复灌浆过程中也要明确和校正钻孔终孔孔深，同时测量基于分段压力下的灌浆封孔状况，确保帷幕灌浆施工质量。

2.4.3 灌浆压力测试

按照灌浆试验的结果，对生产性灌浆进行压力值测试。要求采用0.02～0.04 MPa的坝土和0.05～0.40 MPa的基岩。灌浆压力要根据不同的帷幕灌浆管段来进行不同深度的逐级增大，如果压力过大则容易出现冒浆现象，严重影响灌浆质量。所以在压力测试时要保持对孔口段的压力控制，将压力控制在较低水平，同时控制灌浆速率，这也有利于提高灌浆的整体质量。

灌浆的最终标准就是在设计压力下形成单位吸浆量的规律性减少，确保其吸浆速率≤0.40 L/min，并持续灌浆60 min以上才能宣告本段灌浆完全结束。

在对帷幕灌浆的压水试验方面要对其压力P、流量Q进行计算，确保连续4次读数中的最大值与最小值之差，并要求小于终值的10%左右，以最终值作为计算值，它的计算公式为：

单点法：q=Q/PL

五点法：q=Q3/P3L

式中，q代表帷幕灌浆试验段的透水率，L代表试验段的具体长度，Q代表压入流量，Q3代表第三压力段的计算流量（L/min），而P和P3代表作用于试验段的全压力以及第三阶段全压力（MPa）。

2.5 帷幕灌浆施工中需要注意的特殊状况

首先，是绕塞返浆问题。考虑到清河水库大坝的坝土整体土质比较疏松，且风化强烈，使得护壁套管的下入段非常容易松动。所以在灌浆过程中，应该注意对浆液沿管壁返出的处理方法。最好在管脚处用水泥止水，并在孔口设置水泥袋进行封堵。如果该方法无效还可以再进行浓浆灌注待凝，并在期间选择间歇性灌浆。

其次，是串浆问题。如果发现串浆，就必须将串孔孔口用胶带封住才能继续灌注。如果正在钻井的孔内出现串浆情况，就要立即停止对该孔实施灌浆，待浆液凝结以后再继续灌浆，确保灌浆质量。如果在灌浆过程中出现坝面或坝背的排气、排水或冒浆现象时，应该考虑封堵冒浆点表面。可以采用交换浓浆、减压、限流或慢灌等方法来进行处理。

最后，是漏浆。如果帷幕灌浆过程中吃浆量过大且不起压，也会出现漏浆现象。此时可以采用间歇帷幕灌浆灌注方法，并在原溢洪道附近进行灰岩块回填，缓解帷幕灌浆所出现的岩块石架空隙大、漏浆严重等问题。另外也可以采用浓浆配合粗砂灌注的复灌方法，以终灌质量标准为准。

3 结论

由于清河水库大坝建造年代久远，所以必须对其进行除险加固，以帷幕灌浆来实现坝基坝体的防渗效果。该工程中防渗质量满足了相关设计要求，且在工程造价控制方面也相当得体。这也证明了帷幕灌浆的确是小型水库除险加固、防渗止漏的最佳方案。

[1]韩富存.泌阳县上曹水库除险加固工程大坝帷幕灌浆施工工艺[J].河南水利与南水北调,2011(20):73-74.

[2]王建辉,郭孝义,曹丽红等.小水库除险加固工程大坝帷幕灌浆施工过程中常见问题处理——以金龙嘴水库除险加固工程大坝帷幕灌浆施工为例[J].科技信息,2010(24):712.

（责任编辑：左英勇）

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