分段全孔注浆工艺在水库除险加固工程中的应用

王 彤

(中国昆仑工程公司 辽宁分公司，辽宁 辽阳 111003)

分段全孔注浆工艺在水库除险加固工程中的应用

王 彤

(中国昆仑工程公司 辽宁分公司，辽宁 辽阳 111003)

帷幕灌浆技术是广泛用于水库坝基加固处理的工程技术措施。文章根据小望海水库的特殊地质情况，从设备选用、钻进及灌注、帷幕灌浆和溶洞处理方面，给出了分段全孔注浆工艺在坝基加固工程中的具体应用，结论对类似工程具有较大的借鉴价值。

帷幕灌浆；分段全孔注浆；小望海水库

帷幕灌浆技术是利用钻孔灌注水泥浆液，对目标岩溶层中的缝隙或空腔进行填充，从而形成连续而完整的阻水帷幕。该技术不仅可以降低水工建筑物底部的渗透压力、减少渗流量，还可以在一定程度上提升基础的承载能力[1]。帷幕灌浆技术作为一种较为有效和成熟的地基防渗处理手段，在水利水电除险加固工程中得到了广泛应用[2]。常规的帷幕灌浆技术应用比较广泛，但是在岩溶地质发育明显的地质环境下，帷幕灌浆技术还处于不断探索阶段[3]。因此，加强该地质环境下帷幕灌浆技术的研究，合理创新应用新技术，对促进帷幕灌浆技术在水库除险加固工程中的应用具有重要意义。

1 工程概况

1.1 水库概况

小望海水库是辽宁省营口市沙河上的一座小Ⅱ型河道水库，控制流域面积约15.34 km2，水库正常蓄水位27.94 m，相应库容为17.3万m3。小望海水库的大坝为均质土坝，坝顶高程29.3 m，坝长257.4 m，最大坝高17.5 m，坝底宽28.4 m。水库的溢洪道位于大坝的左坝肩，最大泄流量为0.5 m3/s。现阶段水库坝顶坑洼不平，迎水坡面的浆砌石和卵石护坡残缺破损严重，背水面缺少排水设施，局部有较大的冲沟。由于水库修建时没有对坝基进行彻底清基和加固，渗漏情况比较严重。此外，水库修建时并没有进行完整的规划设计，投入不足。经过多年运行，该水库的病险情况日趋严重，对水库进行除险加固，提高防洪标准已经刻不容缓。

1.2 工程地质情况

根据区域地质资料和前期钻探结果，小望海水库坝址区存在岩溶现象。本次除险加固工程的前期地质勘查共布设17个勘查钻孔，根据钻探揭露的岩土特征，坝址区域的地层主要为：卵石层，厚度约为2.3～5.6 m，松散、饱水，部分间隙由中粗砂填充；强风化灰岩、强风化泥质岩，厚度为2.1～5 m，岩心一般呈短柱状，发育有较多的溶蚀孔洞，岩心的采取率低且断面具有明显的溶蚀现象，有明显的溶洞发育，部分溶洞内有红褐色粉质黏土填充物；中风化灰岩和泥质岩，其中夹杂有少量的白云岩，裂隙发育明显，部分岩心有溶蚀现象。根据地质情况和当地的地下水运移规律，地下水流会沿着岩层中的溶蚀孔洞和缝隙运移，这不仅是大坝渗漏的主因，长期来看还会威胁到坝基的安全。

2 分段全孔注浆工艺设计

在小望海水库除险加固过程中，针对坝基渗漏问题，结合工程地质条件，拟采用分段全孔注浆工艺进行大坝坝基防渗帷幕灌浆。

2.1 设备选用

根据小望海水库除险加固施工现场的具体情况，结合钻探工艺的具体要求，在防渗帷幕灌浆施工中选用MGY-135钻机。该钻机为履带式整体钻机，具有全液压回转器和夹持卸扣器，可以减轻人员劳动强度，提高钻孔效率。由于坝址区溶洞发育强烈，在施工中选择气动潜孔锤钻进工艺，并选择HGH-PPESS型空压机，排气压力为2.07 MPa。根据气动潜孔锤钻进工艺要求，选取长度为2～4 m的Φ89 mm钻杆和Φ150 mm冲击回转钻头。

2.2 钻孔和埋入孔口管

在钻孔施工过程中，首先利用冲击回转钻钻孔，钻进至坝基基岩下1 m处后进行10～15 min的钻孔冲洗，以彻底冲洗干净孔底的残留岩粉。在冲洗结束后，利用Φ150 mm钻头钻进至设计岩层，并取出钻具和钻杆，然后在套管中埋设孔口管，并对接触岩土段利用孔口管进行灌浆。灌浆开始前先进行压力为0.8 MPa，历时约20 min的灌前压水，随即进行低压孔口灌浆，灌浆压力设定为1 MPa。低压灌浆之后在孔口管与孔壁填筑浓浆待凝。在低压灌浆时，如有浆液外侧冒出现象，需要拔起孔口管重新下入。

2.3 分段钻进灌浆工序

钻孔孔深达到设计深度后，利用孔口封闭器分段灌浆。各段均用Φ89 mm 钻杆作为注浆管，配合安装回浆管路和控制阀，在进行约30 min的先期压水试验后开始灌浆，灌浆过程中钻杆的底部应距钻孔的孔底 30～50 cm。在本段灌浆结束后随即进行下一段钻孔作业，连续施工直到孔顶封孔。此次帷幕灌浆施工设计为单排帷幕，孔序设置为 2。当第 I 序孔灌浆完成后，II 序孔即可开始施工。

2.4 帷幕灌浆施工

对于孔口管以下各灌段，如果有孔壁不稳或遭遇溶洞时，应采取自下而上的灌浆方式。灌浆使用的纯水泥浆液采用水灰比为1∶1和0.5∶1二级，开灌水灰比为1∶1，膏浆则采用三级配比。灌注浆液的选择应遵循如下原则：

(1)在灌浆压力不变的情况下，注入率持续下降或注入率不变的情况下，灌浆压力持续上升时，应该按原水灰比进行灌注。

(2)在 1∶1 浆液注入量超过300 L或灌注时间超过30 min的情况下，如果注入率没有明显降低或灌浆压力没有明显升高，则需要换0.5∶1 的浆液进行灌注。在0.5∶1 浆液或膏浆灌注时，当灌注时间超过30 min或注入量超过1000 L的情况下，如果注入率没有明显降低或灌浆压力没有明显升高，则需要更换膏浆或较浓一级膏浆进行灌注。

(3)如果钻孔过程中发生掉钻，则需要直接选用膏浆灌注。帷幕灌浆采用的压力如表1所示。

表1 灌浆压力表

2.5 封孔

在设计压力下，如果灌浆的注入率降低到2 L/min以下时，再灌注10 min即可结束。如果灌浆孔内没有注满浓浆，则需要继续注入0.5∶1浓浆进行置换。方法是将注浆管下入孔底，并注入0.5∶1浓浆，待注浆孔的孔口返浓浆时，慢慢上提注浆管，直至孔内浆液不再下沉时停止注浆。

在灌浆结束后，即可进行灌浆孔封孔，方法如下：

(1)利用导管注浆封孔，当孔口有涌水出现时，需要全孔作业，全面封孔。

(2)如果灌浆不满全孔，则需要对上部填充配合比为1∶2的水泥砂浆。

(3)对封孔后孔口段出现的干缩，应先清理干净孔口的浮浆和污水，再用配合比为1∶2的水泥砂浆填塞。

(4)在回填过程中要保证填料密实，与孔壁之间不存在缝隙，不出现空穴和漏水现象。

2.6 工程质量检查

采用以钻探为主，钻探与孔内电视相结合的方式进行质量检测。在灌浆施工结束 28 d后，在每个施工单元布置 1 个检查孔，进行取芯和压水试验，同时利用孔内电视技术对钻孔进行检测，对帷幕灌浆的质量进行评价。检查孔应优先布置在地质情况复杂，以及可能存在质量隐患等部位。评价标准为岩芯采取率要达到85%以上，且孔壁无贯通性空腔；透水率小于5 Lu；单元钻孔检查合格率 85%。

3 灌浆过程中的特殊情况处理

3.1 分段灌浆法溶洞处理

3.1.1 无充填型溶洞

工程所在地虽然呈岩溶发育地质，但是地下溶洞的主要成因是地下水运移侵蚀和海水入侵，因此，溶洞的直径一般不超过2 m。在灌浆过程中，如果遭遇空洞岩溶，可采用如下处理方案：对直径不超过0.5 m的小型溶洞，采用低配比黏土水泥膏浆进行灌注；对于直径大于0.5 m的空洞岩溶，采用高配比的水泥膏浆进行灌注。在灌注过程中根据注入量或注入速率的变化逐渐提高膏浆的浓度级别。如果灌注三倍洞径之后，灌注速率仍无明显降低，则可以在膏浆中加入一定量的水玻璃、锯木灰、纤维材料等外加剂和掺和料，以控制其扩散范围，加速膏浆凝固。其中，水玻璃应遵循由少到多的掺加原则，掺加量一般控制在5%～30%左右。

由于灌浆施工的大多地段位于河道中，溶洞内很可能存在地下水。如遇这种情况，应采用速凝膏浆进行灌注，还可以利用C15高流态混凝土与其进行交替灌注。如果在灌注30 m3/m后，溶洞仍未填满，则需要加入促凝剂，以控制扩散范围，降低施工成本。

3.1.2 有填充型溶洞

当灌浆施工中遭遇有填充物的溶洞时，要根据填充物特征采取针对性措施。

(1)如果溶洞充填物为砂、砂砾石，且直径大于0.5 m时，要先对溶洞进行冲洗，并根据溶洞深度和规模布置灌浆孔，再利用普通水泥浆液灌浆。

(2)如果充填物为砂性土或黏性土时，需要用大流量水进行冲洗，再采用1∶1、0.5∶1 二级纯水泥浆液由稀浆至浓浆至膏浆进行灌浆，必要时，可在浆液中掺加外加剂。

(3)在钻孔过程中如遇难以成孔，需要以泥浆护壁钻进，再利用孔口封闭法进行灌浆。

(4)无论采用了何种处理方式，最后均需再次利用常规方法灌浆，并达到灌浆结束标准方可封孔。

3.2 其他特殊情况的处理措施

由于帷幕灌浆特殊的地下作业环境，在施工过程中不可能对所有的个别情况进行预见和了解。在小望海水库大坝帷幕灌浆过程中可能出现的一些突发状况，仍需要采取多种应对处理措施。

(1)在灌浆过程中，出现冒浆以及大量浆液去向不明时，需根据具体情况采取封堵、减压、引流、增大浆液浓度，以及反复灌浆等措施。

(2)受地下溶洞影响，出现灌浆孔贯通情况时，应采取贯通孔同时灌浆措施，如不能同时灌浆，则要对串浆孔进行冲洗。

(3)灌浆应持续进行，若遇特殊情况中断灌浆，应尽快恢复。如果中断时间较长，在恢复灌浆前要先冲洗钻孔；在恢复灌浆后，应利用与开灌时比级相同的水泥浆进行灌注；如果恢复灌浆后的注入率较之前无明显变化，即可逐级加浓浆液继续灌注，直至灌浆结束；如果恢复灌浆后的注入率下降明显，且在短时间内停止吸浆，则应停止灌浆并采取补救措施。

(4)如果灌浆孔回浆失水变浓，则需要根据实际情况选用如下措施进行处理：采用分段阻塞循环式灌注；适当加大灌浆压力；加密灌浆孔；改用细水泥浆或化学浆液灌注。

4 结 论

小望海水库大坝帷幕灌浆施工于2015年12月顺利完工，经受了2016年汛期的高水位考验，水库运转一切正常，未发现大坝渗漏超标现象。从大坝防渗帷幕施工的结果来看，施工质量都达到了预期设计，取得了良好的防渗加固效果。因此，本次帷幕灌浆施工工艺和经验值得同类工程借鉴。

[1] 曾海艳,张建海,王震洲,等.某堆石坝帷幕缺陷处理后渗流稳定敏感性研究[J].水利与建筑工程学报,2014(6):118-122.

[2] 黄强,刘修跃,陆小军，等.三里坪大坝灌浆工程质量与进度控制[J].人民长江,2012(6):14-16.

[3] 杨力.浅谈小湾大坝帷幕灌浆施工工艺[J].水利与建筑工程学报,2010(1):155-159.

Application of sublevel full-hole grouting technology in reservoir reinforcement project

WANG Tong

(ChinaKunlunEngineeringCompanyLiaoningBranch,Liaoyang111003,China)

Curtain grouting technology is an engineering measure widely used in dam foundation reinforcement. In this paper, according to the special geological conditions of Xiaowanghai reservoir, application of sublevel full-hole grouting technology in dam foundation reinforcement project is studied from aspects of equipment selection, drilling and grouting, curtain grouting, karst cave disposal measures, the conclusion has important reference value for the similar project.

curtain grouting; sublevel full-hole grouting; Xiaowanghai reservoir

王 彤(1964-) ，男，辽宁海城人，工程师， 主要从事岩土工程勘察工作。E-mail:wt123@163.com。

TD265.4

B

2096-0506(2017)03-0054-04