帷幕灌浆在化农水库除险加固中的应用

李新建

帷幕灌浆在化农水库除险加固中的应用

李新建

一、工程概况

化农水库是江苏省盱眙县5座中型水库之一，位于盱眙县西南山区白塔河上游，王店乡境内，水库于1958年冬动工兴建，1960年5月建成，集水面积53.6km2，总库容4131万m3，是一座集防洪、灌溉、旅游、供水、养殖等综合利用于一体的中型水库。化农水库除险加固项目是我国大中型水库除险加固专项水利工程之一，加固后水库将达到设计50年一遇、校核1000年一遇的防洪标准。水库除险加固主要内容是：对大坝进行加固、防渗处理；拆建溢洪闸；拆建输水涵洞；增设必要的观测、管理设施。防渗处理采用多头小直径搅拌桩、高压喷射灌浆和帷幕灌浆多种防渗技术相结合的处理方法，其中溢洪闸底板基岩渗透处理采用帷幕灌浆工法。

二、地质条件

溢洪道闸底板基岩是强风化、中风化玄武岩，局部夹薄层宗红色泥岩，灰、灰紫、灰黑色，有气孔状、斑状结构，斑晶矿物以长石、辉石、橄榄石为主，结晶粒度较粗。裂隙、节理发育，岩心呈碎块状。

水库溢洪道枢纽建筑物位于1+116～1+180部位，直接坐落于强风化基岩上，天然地基存在渗漏问题。勘察期间于水库溢洪闸底板钻两个试验孔，进行了压水试验，强风化玄武岩的透水率为27～30Lu，透水率较大，属中等透水性，中风化玄武岩透水率为5～7Lu，属弱透水性。强风化基岩需进行防渗处理，设计采用帷幕灌浆方案进行处理。

三、帷幕灌浆施工

帷幕灌浆是将浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙中，形成阻水幕墙，以阻止或减少地基地下水的渗透，降低扬压力的一种灌浆工艺。帷幕灌浆浆液常使用纯水泥浆灌浆，特别适合岩基防渗处理，是水工建筑物防渗处理的主要手段。

1.施工布置

帷幕灌浆施部位是大坝桩号1+116～1+180，灌浆孔2排梅花形布置，排距2m，孔距2m，孔深7m。第一排灌浆孔是下游灌浆孔，有33个灌浆孔，轴线位置是大坝防渗墙的轴线位置；第二排灌浆孔是上游灌浆孔，有32个灌浆孔。该工程两排帷幕灌浆共计65个孔，总进尺是455m。灌浆孔的布置见图1。

2.现场工艺性试验

正式施工前，在施工地段进行帷幕灌浆试验，钻探先导孔，验证施工部位的地质结构，验证使用帷幕灌浆处理闸底板基岩渗透方法的可行性，并通过现场试验确定合适的施工参数。

试验位置布置在施工轴线上，桩号1+165～1+169，共布置5个孔，下游灌浆轴线布置3个，孔代号是W1、W2和W3，上游灌浆轴线布置2个，孔代号是W4和W5，选定其中S1先导孔，5个孔呈梯形分布，W1、W3和W5是Ⅰ序孔，W2和W4是Ⅱ序孔。试验中分排分序施工，先完成下游灌浆孔，后施工上游灌浆孔；先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，试验工艺及过程严格执行《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T-5148-2001）中的相关规定。试验完成后做压水试验，检查帷幕灌浆后试验部位的透水率，检查孔位于梯形的中间部位。试验孔的布置见图2。

图1　灌浆孔布置图

图2　试验孔布置图

先导孔W1取出的岩心呈褐色、灰褐色，易破碎，岩心分布蜂窝气孔，自上而下6m岩心局部夹薄层红色粘土，先导孔反应出的地质状况与勘测资料相符。

帷幕灌浆实验结束后，对试验段灌浆孔W1～W5灌浆情况进行统计分析。灌浆前Ⅰ序孔透水率是18～30Lu，单位注浆量230～300kg/m；Ⅱ序孔透水率是8～12Lu，单位注入量80～120kg/m。很明显，从Ⅰ序孔到Ⅱ序孔，单位注入量下降很快，灌浆效果明显。

检查孔位于试验部位中间，孔编号JCK，采用单点压水试验检查，透水率为4Lu，与Ⅰ、Ⅱ序灌浆孔比较，透水率降低很多，且小于设计要求的5Lu。根据工艺性试验检查情况可知，按设计技术要求使用帷幕灌浆工艺处理闸底板基岩的透水是可行的。

3.帷幕灌浆施工

（1）钻孔

XY-1型回转式工程地质钻机，复合片钻头。上部封孔段孔径是108mm，下部非封孔段孔径为90mm。开钻前，测量放线，钻机对正孔位，用水平尺校核钻机工作面，使钻杆处于铅垂状态。帷幕灌浆孔深7m，为充分保证有效深孔，钻孔深7.3m，孔底0.3m是沉渣段。

在64m的施工段均匀设置2处施工孔为先导孔，先导孔钻孔时钻取岩心，分析地质状况，绘制柱状图并进行地质描述。

（2）钻孔裂隙冲洗、压水试验

灌浆前先对灌浆孔进行冲洗。冲洗时，将冲洗管插入孔内，用压力水或压缩空气冲洗，直至回水清净时止。孔内沉积厚度不超过20cm。

对冲洗后的灌浆孔做简易压水试验，压力值为0.3MPa。在稳定压力下，每3~5min测读一次压入流量，连续4次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min，试验即告结束，取最后压入流量作为计算值。

式中：q—试验段透水率（Lu）；

Q—压入流量（L/min）；

P—作用于试验段内的压力（MPa）；

L—试验段长度（m）。

（3）灌浆方法

灌浆深度范围在7m以内，孔深深度不大，根据规范要求采用全孔一次循环式灌浆方法，保持孔段内浆液呈循环状态，防止水泥沉淀。先进行下游排孔的灌浆，然后进行上游排孔的灌浆。帷幕灌浆分序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。

按设计要求，浆液为纯水泥浆，开灌水灰比为3∶1，浆液比级分为3∶1、2∶1、1∶l、0.8∶1、0.6∶1（或0.5∶1），浆液由稀至浓逐级变换。灌浆压力不低于0.5MPa。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；当某级浆液注入量已达300L以上，或灌浆时间已达30min，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水灰比；当注入率大于30L/min时，根据具体情况将越级变浓。

（4）灌浆结束和封孔

帷幕灌浆结束条件是：在灌浆压力不小于0.5MPa下，注入率不大于1L/min后，继续灌注30min，可结束灌浆。

灌浆结束后，使用灌浆时最后一级浓度的水泥浆液进行全孔灌浆封孔，水泥浆液沉淀后及时补充，直到孔内全部充满。

四、帷幕灌浆质量检查

此次帷幕灌浆结束后，及时对帷幕灌浆质量进行检测，此次检测共布置2个检测孔，分别布置在桩号1+150、1+170，孔深均为5.5m，采用压水试验对处理后的基岩透水率进行检测。经检测桩号1+150处检测孔的透水率为4.84Lu；桩号1+170处检测孔的透水率为3.94Lu。均满足设计不大于5Lu的设计要求。

五、结束语

化农水库溢洪道闸底板坝基基岩帷幕灌浆共完成65个灌浆孔，合计438.5m，共消耗PO.42.5级水泥60t，平均单位水泥注入量约130kg/m。帷幕灌浆前基岩的透水率一般在15~30Lu之间，多集中在18~25Lu之间；帷幕灌浆后基岩的透水率均小于5Lu。通过帷幕灌浆前后的透水率变化说明：溢洪道闸底板坝基基岩岩层经帷幕灌浆处理后，岩石裂隙填充良好，地层整体防渗性能得到了明显改善和提高。

经过化农水库溢洪道闸底板坝基基岩帷幕灌浆实践可以看出，在中等风化~弱风化岩层中采用帷幕灌浆方案进行防渗处理是可行的；同时该技术具有设备造价低、施工成本相对低、质量易于保证、机动灵活等优势，可以在山区水库除险加固中推广应用■

（作者单位：江苏淮源工程建设监理有限公司223001）