蒲石河水库库区水井封堵技术

董秋艳

(辽宁省农村水利建设管理局，辽宁 沈阳 110003)

蒲石河水库库区水井封堵技术

董秋艳

(辽宁省农村水利建设管理局，辽宁 沈阳 110003)

摘要：文章以蒲石河水库库区内水井封堵为研究对象，通过数值模拟的方法对封堵前后的水井渗漏量进行计算，结果显示水井封堵十分必要。根据库区的土壤地质环境确定了合理的封堵技术，并取得了良好的封堵效果。

关键词：蒲石河水库；灌浆封堵；渗漏量

1项目概况

1.1自然地理

辽宁蒲石河抽水蓄能电站位于鸭绿江右岸的一级支流蒲石河下游，上下游水库库区位于辽宁省宽甸满族自治县长甸镇境内[1]。其中上游水库位于长甸镇东洋河村境内，下游库区位于长甸镇小孤山子村境内。水电站距离辽宁省丹东市约60 km，距离长甸火车站约10 km，地理位置十分优越，交通便利。

1.2工程概况

蒲石河抽水蓄能电站是我国东北地区正在建设的大型水利工程项目，工程设置4台机组，装机总容量120万kW，工程总投资约45亿元。主要包括上下游水库、上水库钢筋混凝土面板堆石坝、下水库泄洪排砂闸坝、地下厂房以及上下游水库进出水口，预计建设工期为5 a[2]。蒲石河抽水蓄能电站的主要任务是担负东北电网的调峰、填谷任务。

1.3水文地质条件

蒲石河流域属于典型的温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季温湿多雨。多年平均气温6.6 ℃，多年平均降雨量为1171.5 mm，多年平均蒸发量1155.8 mm。蒲石河是鸭绿江右岸的一级支流，全长121.8 km，流域面积约1213 km2，多年平均流量为22.9 m3/s。库区的地下水埋深为3.32 m至5.67 m，主要接受大气降水和蒲石河侧渗补给，地下水的主要排泄途径为蒸发和径流。

2渗漏量模拟计算分析

2.1计算条件及计算参数

上下游水库淹没区内原有生活用水井和少量的灌溉水井，数量为132眼，深度20～30 m不等。部分水井已经穿透不透水层，在水库蓄水前要进行回填封堵，水井中的碎石反滤体是否需要封堵，是工程建设时必须要考虑的问题。

由于库区内的水井大多穿透了不透水层，同时水库堆石坝的坝基处设置了混凝土防渗墙，当水库蓄水之后，不透水层以上的水会经过透水层和反滤体向井内流动，在经过不透水层之后再进一步向四周扩散，从而产生明显的渗漏作用[3]。不透水层之上的地层的渗透系数可以取这些地层的渗透系数的平均值，不透水层以下相同；不透水层以上的水头高度取水库蓄水位，不透水层以下则取库外地下水水位[4]。根据钻探结果结合相关经验，获得如表1所示的各地层渗透系数。

表1　不同地层的渗透系数　cm/s

2.2计算工况与计算方案

上游水库的最高水位为231.00 m，最低水位为220.00 m;下游水库的最高水位为218.00 m，最低水位为208.00 m。库区内共有直径为35 cm的水井78眼、40 cm的水井45眼、60 cm的水井6眼、80 cm的水井2眼、100 cm的水井1眼。因此选取五种不同井径，按单井分别计算出封井和不封井情况下的渗漏量。

2.3计算结果分析

利用GEO-SLOPE软件进行有限元渗流计算，并获得如表2和表3所示的结果。

表2　封堵前库内水井渗漏量模拟计算结果

表3　封堵后库内水井渗漏量模拟计算结果

封堵前与封堵后相比，在最大蓄水位情况下，渗漏总量由1646.02 m3/d减小到341.76 m3/d；在死水位情况下渗漏总量由145.40 m3/d减小到17.99 m3/d。两者相比，渗漏量减少了79.2%～87.6%。渗漏不仅会造成水资源流失，影响水库效益的发挥，同时还会对周围环境造成不良影响，因此需要对库内水井进行封堵[5]。

3库内水井封堵施工

3.1封堵设计

根据库区地层的实际情况、水井的结构，在充分听取专家意见后，决定采用袖阀管灌浆的方式对井壁反滤体进行水泥黏土浆灌浆封堵，以阻断水的通道，达到防渗漏的目的。

3.1.1封堵浆液的配合比

采用水泥黏土浆，其中水泥的含量不低于20%。一般在注浆开始时应采用稀浆液灌注，如果注浆量过大或灌注速度过快，则采用较浓的浆液进行灌注[6]。

3.1.2注浆压力

灌浆封井的注浆压力受到上部载荷、注浆量以及注浆速度等多种因素的影响，因此在注浆过程中应根据上述因素的变化而不断调整[7]。根据相关经验，注浆过程中的开环压力可以掌握在0.5～1.5 MPa，开环方法以快速法为宜。

3.1.3注浆孔布置

对每一眼水井均按照120°角均匀布设三个注浆孔(如图1)。为提高注浆封井效果，注浆孔要紧贴井壁，保证灌浆孔处于水井的反滤体中。灌浆孔的深度设计为25 m，孔径90 mm，竖直偏差不超过1%。

图1　注浆孔布设示意图

3.1.4注浆结束标准

由于库区地质情况复杂，不同水井的使用年限也相差很多，因此不宜利用注浆量作为注浆结束标准。经过对部分水井的灌注试验，确定在设计压力下注浆速度小于0.2 L/min时，再持续20 min，如果注浆速度没有明显变化，即可终止注浆。

3.1.5封堵方法

在水井上口开挖2.0 m×2.0 m×2.0 m的台体土坑，在土坑的表面铺设土工膜，再从井内开始回填壤土，在距离上口1.5 m时开始浇筑C20混凝土进行封填。对深度超过堆石坝防渗墙深度的水井，应该先向水井内回填壤土至防渗墙下2.0 m，然后回填4.0 m深的塑性混凝土，然后继续回填壤土至地面以下4.0 m处，最后用塑性混凝土封填井口，并碾压密实。

3.2注浆施工的具体流程

3.2.1定位

根据前期调查资料和监理人员提供的基础参考点，采用全站仪对井口位置进行精确定位。在确定的钻孔孔位上作出标记。孔位的确定要十分精准，与设计位置的偏差不得超过3 cm。

3.2.2钻孔

根据施工要求，注浆孔采用回转式钻机进行钻孔，孔径设计为90 mm。在钻孔作业时一定要保持钻机的平稳运行，确保注浆孔的竖直精度。在钻进过程中要不断对灌浆孔的孔斜进行测量，一旦发现偏差超过设计要求，要及时采取纠正和补救措施。对于实在无法进行纠偏的注浆孔，要在征得监理人员和设计人员的同意后，重新钻取替代孔。钻进时利用钻杆的长度测量注浆孔的深度，并适当留出沉渣余量，确保孔深满足设计要求。

3.2.3下套壳料

当注浆孔钻到设计深度之后，将预先配置完成的套壳料利用钻机的钻杆送至孔底，并持续灌注，直到将钻孔内的浆液全部置换完毕为止。

3.2.4下注浆管

在下完套壳料并提出钻杆之后，将预先准备好的注浆管下至设计深度。注浆管的管底要封闭，在管底上方2 m的范围内每隔1 m钻4个出浆孔，孔径设计为10 mm，并设置单向止浆阀。在注浆管下至设计深度后，利用水泥砂浆封闭孔口。

3.2.5制浆

注浆选用的是水泥比不小于20%水泥黏土浆。注浆用的水泥选用32.5号普通硅酸盐水泥即可。水泥的细度和质量必须符合相关的质量标准。水泥要做到随时采购，随时使用，存放时间不宜过长，最多不得超过三个月。此外，水泥要分批使用，当上一批次的水泥使用完毕后，再使用下一批次的水泥。制浆用的黏土可以就地取材，并严格过滤去除较大的颗粒。当地生态环境良好，蒲石河的水质符合国家饮用水标准，可以直接用作制浆用水。制浆时首先利用搅拌机制作黏土浆，在过滤后再加入水泥继续搅拌成水泥黏土浆，浆液的容重掌握在1.4 t/m3左右。

3.2.6注浆与封孔

在套壳料和封孔材料达到注浆设计强度之后，即可进行注浆作业。注浆时的注浆压力设计为0.3 MPa，注浆开灌压力要适当加大，可以掌握在0.5～1.5 MPa左右。在设计压力下注浆速度小于0.2 L/min时，再持续20 min，如果注浆速度没有明显变化，即可终止注浆。在注浆结束后，首先拔出注浆管再利用同样的浆液进行回灌补浆，并不断搅拌，直到灌满不再下沉为止。

3.2.7注浆中的特殊情况处理

①灌浆量过大。如果利用最浓的浆液灌浆时灌浆量仍然过大，可能是出现了漏浆通道[8]。可以采取间歇式注浆或在浆液中掺入速凝剂的方式进行处理，尽量达到注浆结束标准，不可提前终止灌浆。②灌浆量过小。如果在灌浆过程中增加灌浆压力的情况下灌浆量仍然很少，首先要检查灌浆管路，排除管路堵塞等设备问题。然后采取增加灌浆压力和降低浆液浓度等措施。③返浆。在注浆结束后，偶尔会出现持续性的返浆现象,其主要原因是单向阀破坏所至，要重新返工。④意外中断。注浆工作必须连续进行。如果遇到极特殊的偶发状况造成注浆中断，应尽快排除事故，并对内管进行冲洗，然后恢复灌浆。恢复灌浆时应按照开灌浓度进行灌注，如果注入率与中断前没有明显变化，则恢复中断前的浓度进行灌注。

4结论

(1)利用有限元渗流模型对库内水井渗漏量进行了计算与对比，结果显示水井封堵极为必要。

(2)结合库区地质情况，确定了袖阀管灌浆的灌浆方式，并由此制定出合理的灌浆施工方案。

(3)灌浆结束后的现场勘测及压水实验表明，灌浆质量良好，达到了设计要求。

参考文献：

[1]车兆瑞，王相波，李晓军.蒲石河抽水蓄能电站上水库防洪调度方案研究[J].黑龙江水利，2015，1(1):60-62.

[2]温中华，闫飞，解伟.蒲石河水库预应力闸墩模型受力状态研究[J].长江科学院院报，2009(8):73-75.

[3]张贵金，潘烨，彭春雷，等.松软地层防渗灌浆帷幕结构性状实验研究[J].工程地质学报，2015(3):526-532.

[4]王树军.水利堤坝工程防渗加固工艺[J].水利科技与经济，2014(9):138-139.

[5]罗永清.水泥黏土灌浆在海塘防渗加固中的可行性研究[J].中国水运(下半月)，2012(3):236.

[6]张贵金，杨松林，陈安重，等.适应深厚复杂岩土层防渗灌浆的可控性黏土水泥稳定浆材及快速配制[J].岩石力学与工程学报，2012(S1):3428-3436.

[7]张贵金，胡荣宗，钟平，等.新型可控性黏土水泥膏浆试验研究[J].水利水电技术，2013(2):66-70.

[8]劳正绍.水库防渗灌浆工程质量检测的要点探讨[J].中国水能及电气化，2013(5):3-6.

作者简介：董秋艳(1968-)，女，高级工程师，主要从事水利工程建设管理工作。

中图分类号：U417.3+3;TU753.8

文献标志码：A

文章编号：2096-0506(2016)05-0074-03